采礦工程課程設(shè)計(jì)

1、一、目的1、 初步應(yīng)用采煤學(xué)課程所學(xué)的知識，通過課程設(shè)計(jì)加深對采煤學(xué)課程的理解。2、 培養(yǎng)采礦工程專業(yè)學(xué)生的動手能力，對編寫采礦技術(shù)文件，包括編寫設(shè)計(jì)說明書及繪制設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行初步鍛煉。3、 為畢業(yè)設(shè)計(jì)中編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及繪制畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙打基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)題目某礦第一開采水平上山階段某采區(qū)自下而上開采k1、k2和k3煤層，煤層厚度、間距及頂?shù)装鎺r性見綜合柱狀圖。該采區(qū)走向長度2100m，傾斜長度1000m，采區(qū)內(nèi)各煤層埋藏平穩(wěn)，平均傾角12度,地質(zhì)構(gòu)造簡單，無斷層，k1煤層較松軟,k2和k3屬于中硬煤層,是簡單結(jié)構(gòu)，各煤層瓦斯涌出量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小。設(shè)計(jì)礦井的地面標(biāo)高為+30 m

2、 煤層露頭為-30m.第一開采水平為該采區(qū)服務(wù)的一條運(yùn)輸大巷布置在k3煤層下方25 m的穩(wěn)定巖層中,為滿足生產(chǎn)系統(tǒng)所需的其余開拓巷道可根據(jù)采煤方法的不同中由同學(xué)自行決定.第一章 采區(qū)巷道布置第一節(jié) 采區(qū)儲量與服務(wù)年限1、采區(qū)的生產(chǎn)能力采區(qū)生產(chǎn)能力選定為150萬t/a2、計(jì)算采區(qū)的工業(yè)儲量、設(shè)計(jì)可采儲量1.采區(qū)工業(yè)儲量由公式Zg=H*S*(m1+m3)*r (公式1-1)式中 Zg- 采區(qū)工業(yè)儲量，萬tH- 采區(qū)傾斜長度，1000mS- 采區(qū)走向長度，2100mr- 煤的容重 ，1.30t/m3mi- 第i層煤的厚度，6.9+3.0+2.2=12.1m2.設(shè)計(jì)可采儲量設(shè)計(jì)可采儲量 Zk=（Zg-

3、p）*C (公式1-2)式中：Zk- 設(shè)計(jì)可采儲量, 萬tZg- 工業(yè)儲量 ，萬tp- 永久煤柱損失，萬tC- 采區(qū)采出率，厚煤層可取75%，中厚煤層取80%，薄煤層85%。說明：p可取其為工業(yè)儲量的10%來計(jì)算，即p=10%*ZgZk=（3303.3-3303.3*10）*80=2378.38 萬t3.采區(qū)服務(wù)年限由 T= Zk/（A*k） (公式1-3)式中： T 采區(qū)服務(wù)年限，a;A 采區(qū)生產(chǎn)能力，150萬t；Zk 設(shè)計(jì)可采儲量，2378.38萬tK 儲量備用系數(shù)，取1.4T=2378.38 /(150*1.4) = 11.33 a4. 驗(yàn)算采區(qū)采出率a. 對于k1中厚煤層：C=(Zg1

4、-p1)/Zg1 (公式1-4)C 采區(qū)采出率，% ；Zg1 k1煤層的工業(yè)儲量，萬t ；p1 k1煤層的永久煤柱損失，萬t ；說明：采區(qū)邊界保護(hù)煤柱取5m，停采煤柱取30m，區(qū)段煤柱5m.C=(Zg1-p1)/Zg1=（1883.7-118.88）/1883.7=93%>75% 滿足要求b. 對于K2中厚煤層：C=(Zg2-p2)/Zg2 (公式1-5)C 采區(qū)采出率，% ；Zg2 k2煤層的工業(yè)儲量，萬t ；P2 k2煤層的永久煤柱損失，萬t ；說明： K2煤層與K1煤層相同。Zg2=2100*1000*3*1.3=819萬tP2=（30+10）*1000*3*1.3+5*5*210

5、0*3*1.3=36.075萬tC=(Zg3-p3)/Zg3=（819-36.075）/819=95.6%> 80% 滿足要求c. 對于K3中厚煤層：C=(Zg2-p2)/Zg2 (公式1-5)C 采區(qū)采出率，% ；Zg3 k3煤層的工業(yè)儲量，萬t ；P3 k3煤層的永久煤柱損失，萬t ；說明： K3煤層的保護(hù)上山煤柱一側(cè)取30米，其余與K1煤層相同。C=(Zg3-p3)/Zg3=（600.6-35.035）/600.6=94%> 80% 滿足要求第二節(jié) 采區(qū)內(nèi)的再劃分1. 確定工作面長由已知條件知：該煤層傾向共有：1000m的長度。且采煤工藝選取的是較先進(jìn)的綜采，一次采全高放頂煤

6、法，由采煤學(xué)所學(xué)知識得知，綜放工作面長度一般為130m190m，巷道寬度為4m4.5m,本題目選取4.5m，且采區(qū)生產(chǎn)能力為150萬t/a，一個中厚煤層的一個區(qū)段便可以滿足生產(chǎn)要求，最終選定6個區(qū)段，區(qū)段煤柱選為5m,故工作面長度為： L=1000/6-4.5*2-5=153(m)取5m的整數(shù)倍，所以取L=150m2. 確定工作面生產(chǎn)能力采區(qū)生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)是采煤工作面的生產(chǎn)能力，采煤工作面的生產(chǎn)能力取決于煤層厚度、工作面長度和推進(jìn)度。一個采煤工作面的生產(chǎn)能力可由下式計(jì)算：A0= L采*V0* m* C (公式1-5)式中：A0 工作面生產(chǎn)能力，萬t/a ;L采 工作面長度；m，V0 工作面推進(jìn)

7、度.綜采面年推進(jìn)度可達(dá)10002000m，取1200m。煤容重，t /m3C工作面采出率，一般為0.930.97，取0.93A0= L采*V0* m* C3確定采區(qū)內(nèi)工作面數(shù)目及接替順序K1煤層開采順序：101021010110104101031010610105101081010710110101091011210111K2煤層開采順序：（10201，10203）（10202，10204）（10205，10207）（10206，10208）（10209，10210）（10211，10212）K3煤層開采順序：（10301，10303）（10302，10304）（10305，10307）（10

8、306，10308）（10309，10310）（10311，10312）說明：以上箭頭表示方向?yàn)楣ぷ髅嫱七M(jìn)順序，括號內(nèi)為同采工作面。第三節(jié) 確定采區(qū)準(zhǔn)備巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)1確定采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道布置根據(jù)題目所選條件，完善采區(qū)所需的開拓巷道及準(zhǔn)備巷道。還需兩條上山。2布置上山數(shù)目、位置及進(jìn)行方案關(guān)于技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：方案一 一煤一巖上山布置，運(yùn)輸上山布置在k3煤層底板下10 m處，軌道上山布置在煤層中。方案二 兩條煤層上山布置，兩條上山均布置在k3煤層中方案三 兩條巖石上山布置，兩條上山均布置在k3煤層底板下方10m處3.可行性方案選擇（1.）技術(shù)因素比較綜觀以上三種方案，由于雙煤上山服務(wù)年限較長，巷道

9、維護(hù)困難，因此否決方案二。（2.）經(jīng)濟(jì)因素比較（2.1）運(yùn)輸上山掘進(jìn)費(fèi)用：兩方案相同（2.2）軌道上山掘進(jìn)費(fèi)用：方案一：1000*（1284+776）=206萬元方案三：1000*（1578+776）=235.4萬元（2.3）區(qū)段運(yùn)輸石門掘進(jìn)費(fèi)用：方案一：151*（1152+716）=28.2萬元方案三：104*（1152+716）=19.4萬元（2.4）采區(qū)上部車場掘進(jìn)費(fèi)用：兩方案相同（2.5 ）采區(qū)絞車房掘進(jìn)費(fèi)用：兩方案相同（2.6）運(yùn)輸上山維護(hù)費(fèi)用：兩方案相同（2.7）軌道上山維護(hù)費(fèi)用：方案一 1000*90=9萬元方案三 1000*30=3萬元（2.8）區(qū)段運(yùn)輸石門維護(hù)費(fèi)用：方案一 1

10、51*80=1.2萬元方案三 104*80=0.8萬元（2.9）運(yùn)輸上山運(yùn)輸費(fèi)用：兩方案相同（2.10）軌道上山運(yùn)輸費(fèi)用：兩方案相同各方案總計(jì)費(fèi)用（相同工程項(xiàng)目除外）：方案一 244.4萬元方案三 258.6萬元從如上的經(jīng)濟(jì)比較中，可以看出一煤一巖上山所需的總費(fèi)用要比雙巖上山所需的總費(fèi)用要少，因此在經(jīng)濟(jì)上更加合理，沿煤層掘進(jìn)具有超前探煤作用。同時我國的煤巷支護(hù)技術(shù)也有了很大的提高，尤其是錨噴支護(hù)技術(shù)，完全可以滿足煤層上山的需要。綜合考慮以上因素，可采用在K3煤層中布置軌道上山，在K3煤層下方10m處布置運(yùn)輸上山。即：選中一煤一巖上山方式布置生產(chǎn)系統(tǒng)。3 確定工作面回采巷道布置方式.K1煤層為厚

11、煤層，單獨(dú)開采時，可滿足生產(chǎn)要求，故先開采K1煤層，K1煤層采完后，接著采K2，K3煤層?？紤]到K1煤層生產(chǎn)能力較大，且礦井瓦斯涌岀量較低，為更好地進(jìn)行工作面接替，減少煤柱損失，故采用沿空掘巷。沿采空區(qū)留5m 的護(hù)巷煤柱。4在采區(qū)巷道布置平面圖內(nèi)，工作面布置及推進(jìn)的位置應(yīng)以達(dá)到采區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)量為準(zhǔn)。 由于k1，k2，k3煤層采取聯(lián)合布置的開采方式，且?guī)r體較穩(wěn)定，煤層上山易維護(hù)，故在k1煤層兩側(cè)各留5m邊界煤柱，在上山附近留30m的停采煤柱。煤層適合綜采一次采全高放頂煤。k2，k3煤層一次采全高。5K1煤層上、下區(qū)段交替期間同時生產(chǎn)的通風(fēng)系統(tǒng)如圖1.1圖1.1 通風(fēng)系統(tǒng)圖(見下頁)6采區(qū)上、中、下部

12、車場選型采區(qū)上部車場選用單道順向平車場；采區(qū)下部車場選用大巷裝車頂板繞道式，由于煤層傾角為12。，而且頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)定，所以選用該形式的車場。采區(qū)中部車場該采區(qū)開采近距離煤層群，軌道上山布置在底板巖石中，傾角為12°，向區(qū)段石門甩車。軌道上山和石門內(nèi)均鋪設(shè)600mm軌距的線路，軌形為15kg/m，采用1t礦車單鉤提升，每鉤提升3個礦車，要求甩車場存車線設(shè)雙軌高低道。斜面線路布置采用一次回轉(zhuǎn)方式。第二章 采煤工藝設(shè)計(jì)第一節(jié) 采煤工藝方式的確定1. 選第一煤層，即k1煤層為對象設(shè)置采煤工藝。且k1煤層厚度為6.9m，屬于中硬煤層，故可用綜合機(jī)械化采煤一次采全高放頂煤工藝。2.選用國產(chǎn)設(shè)備經(jīng)

13、查采礦設(shè)計(jì)手冊得知：根據(jù)煤層的實(shí)際情況，選用MG880WD采煤機(jī)，參數(shù)如下： 采高 1.83.7m適應(yīng)煤層硬度 f=13煤層傾角 35°截深 630mm滾筒直徑 1.6 m牽引式 無鏈牽引力 532KN牽引速度 07 m/min滾筒中心距 8180 mm機(jī)身高度 1499 mm臥底量 200mm該滾筒采煤機(jī)由雞西煤機(jī)廠制造。2. 采煤與裝煤落煤方式：采用雙滾筒采煤機(jī)直接落煤。進(jìn)刀方式： 斜切進(jìn)刀，雙向割煤。采放比：由經(jīng)驗(yàn)可知，采放比在1：13之間為合理，故取采3m放3.9m。采放比為：1：1.3。 截深：采煤機(jī)截深選為630mm。上下缺口長度：2025m。放煤步距：由于頂煤厚度較大，

14、則放煤步距采用兩采一放。放煤方式：單輪、間隔、多口放煤。（實(shí)踐證明：該方式丟煤少，混矸少，又易于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，故采用。）3. 運(yùn)煤運(yùn)煤選用SGZ764/500型可彎曲刮板輸送機(jī)。SGZ764/500型可彎曲刮板輸送機(jī)技術(shù)特征表：4、 支護(hù)與處理采空區(qū)k1煤層厚度6.9m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，因此為減少煤柱損失，采用綜放回采工藝。為提高煤的冒放性和采出率，減少煤層，并考慮到礦壓和煤層傾角較大時的支架穩(wěn)定性，放頂煤支架選擇低位雙輸送機(jī)ZFS520017/32型，其技術(shù)特征如下表：5、架中心距：1.5m6、移架方式有依次順序、分組交錯和成組整體順序式三種。且由于分組交錯式，移架速度快，能滿足采煤機(jī)快速牽引

15、的需要，適用于頂板比較穩(wěn)定的高產(chǎn)工作面。故選用分組交錯式。7支護(hù)方式由于k1煤層f = 2，為防止片幫和冒頂，因此選用及時支護(hù)。8端頭支架經(jīng)查采礦設(shè)計(jì)手冊得到：PDZ端頭支架（掩護(hù)式），支架參數(shù)如下：支撐高度 1.63.8工作阻力 9000 KN初撐力 7070 KN支護(hù)強(qiáng)度 0.51 Mpa該支架由鄭州煤機(jī)廠制造。9超前支護(hù)方式和距離由于采用綜放開采，支撐壓力分布范圍大，峰值點(diǎn)距煤壁前方 5-15m,分布范圍10-30m，所以超前支護(hù)的距離為25m。選用單體支柱和金屬鉸接頂梁支護(hù)。鉸接頂梁的長度為1200mm。10計(jì)算工作面的支架需求量N = L * E式中： N 工作面支架數(shù)目，取整數(shù)；L

16、 工作面長度，m；E 架中心距；N = 150/1.5 = 100（架）端頭支架：由于巷道寬度為4.5m，而架寬為1.6 m，因此選3架，即，兩端共有6架。11處理采空區(qū)一般采用全部跨落法處理。第二節(jié) 工作面合理長度的驗(yàn)證1煤層地質(zhì)條件該采區(qū)內(nèi)的兩層可采煤層的地質(zhì)條件對于布置高產(chǎn)高效工作面非常有利。煤層厚度適中，傾角不大且頂?shù)装宸€(wěn)定，無明顯影響生產(chǎn)的地質(zhì)構(gòu)造，瓦斯涌出量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小，便于布置較長的工作面進(jìn)行回采。2. 工作面生產(chǎn)能力工作面的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為：A0= L采*V0* m* C=150.2萬t。K1煤層的實(shí)際生產(chǎn)能力為：A1=L*E*N*r*M=165A1與 A0的差值在允許的范圍內(nèi)，可以達(dá)到生產(chǎn)要求，工作面的長度確定的合理。3. 運(yùn)輸設(shè)備及管理水平采區(qū)生產(chǎn)選用的設(shè)備均為國內(nèi)先進(jìn)的的生產(chǎn)設(shè)備，能滿足工作面的長度、產(chǎn)量和進(jìn)度的要求，管理較高，有利于生產(chǎn)。4.頂板管理及通風(fēng)能力該采區(qū)的頂板較穩(wěn)定，工作面可以適當(dāng)?shù)募娱L，綜放工作面的長度一般在130190m，所以選擇的工作面的長度合適。另外，工作面長度與通風(fēng)無直接的關(guān)系，但對于瓦斯涌處量較低的K1、K2、K3煤層，工作面的風(fēng)速可以適當(dāng)?shù)臏p