《煤矿开采学》课程设计 高志勤.doc

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1、煤矿开采学课程设计说明书 课程名称：煤矿开采学 姓 名：高志勤 学 号： 班 级：开采09秋-5 指导教师：刘 勇2011年07月目 录绪 论 2第一章 采区巷道布置 4 第一节 采区储量与服务年限 4 第二节 采区内的再划分 7 第三节 确定采区内准备巷道及布置系统 9第二章 采煤工艺设计 12第一节 采煤工艺方式的确定 12第二节 工作面合理长度的确定 16第三节 采煤工作面循环作业图表的编制 18小 结20绪论一、设计的目1.初步应用煤矿开采学课程所学的知识，通过课程设计，加深对煤矿开采学课程的理解。2.培养安全工程专业学生动手能力，对编写采矿技术文件，包括编写设计说明书及绘制设计图纸进

2、行初步锻炼。3.为毕业设计中编写毕业设计说明书及绘制毕业设计图纸打基础。二、设计题目（一）设计题目的一般条件某矿第一开采水平上山阶段采区、盘区或带区自下而上开采K1、K2和 K3煤层，煤层厚度、层间距及顶底板岩性见综合柱状图。该采区、盘区或带区走向长度2100m，区内各煤层埋藏平稳，埋深较深浅，地质构造简单，无断层，K1煤层属简单结构煤层，硬度系数 f=2，K2 和K3煤层属于硬煤层，各煤层瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。设计矿井的地面标高为+30m，煤层露头为-30m。第一开采水平为该采区服务的一条运输大巷布置在K3煤层底板下方25m处的稳定岩层中，为满足该区生产系统所需的其

3、余开拓巷道可根据采煤方法不同由设计者自行决定。（二）设计题目的煤层倾角条件1.设计题目的煤层倾角条件1煤层倾角条件1：煤层平均倾角为8，阶段倾斜长度1200m 。2.设计题目的煤层倾角条件2煤层倾角条件2：煤层平均倾角为16，阶段倾斜长度1000m 。三、课程设计内容1、采区、盘区或带区巷道布置设计；2、采煤工艺设计及编制循环图表四、进行方式学生按设计大纲要求，任选设计题目条件中的煤层倾角条件1或煤层倾角条件2，综合应用煤矿开采学所学知识，每个人独立完成一份课程设计。设计者之间可以讨论、借鉴，但不得相互抄袭，疑难问题可与指导教师共同研究解决。本课程设计要求方案进行技术分析与开掘工程量和维护费比

4、较。附表1： 煤层附近地层综合柱状图柱状厚度（m）岩性描述8.60灰色泥质页岩，砂页岩互层.8.40泥质细砂岩，碳质页岩互层0.20碳质页岩，松软6.90K1煤层，=1.30t/m.4.20灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬.7.80灰色砂质泥岩3.0K2煤层，=1.30t/m. .4.60薄层泥质细砂岩，稳定 .3.20灰色细砂岩，中硬，稳定2.20K3煤层，煤质中硬，=1.30t/m3.20灰白色粗砂岩，坚硬，抗压强度6080MPa.24.68灰色中、细砂岩互层第一章 采区巷道布置第一节 采区储量与服务年限一、采区的生产能力定为150万t/a，煤层平均倾角为16。（一）计算采区的工业储量、设计

5、可采储量1.采区的工业储量 Zg=HLM 式中： ZC 采区工业储量，万t； H 采区倾斜长度，1000m； L 采区走向长度，2100m； M 煤的厚度，M1=6.9m，M2=3.0m，M3=2.20m；煤的容重，1.30t/m；Zg1 = 100021006.91.3 = 1883.7万t Zg2 = 100021003.01.3 = 819万tZg3 = 100021002.201.3 = 600.6万tZg = Zg1 + Zg2 + Zg3 = 3303.3万t2.设计可采储量 ZK =（Zg P） C 式中： ZK设计可采储量, 万t；Zg 工业储量，万t； P 永久煤柱损失量，万

6、t； C采区采出率，厚煤层可取75%，中厚煤层取80%，薄煤层85%。分别取左右边界煤柱各15m，上部防水煤柱与下部护巷煤柱各30m，则：P1 = 2100302+(1000-302)1026.91.3 = 130.25万tP2 = 2100302+(1000-302)1023.01.3 = 56.63万tP3 = 2100302+(1000-302)1022.201.3 = 41.53万tZK1 =（Zg1 - P1）C1 = （1883.7-130.25）75% = 1315.1万tZK3 = （Zg2 - P2 ）C2 =（819-56.63）80% = 609.9万tZK3 = （Zg

7、3 - P3 ）C3 =（600.6-41.53）80% = 447.3 万tZK = ZK1 + ZK2 + ZK3 = 1315.1 + 609.9 + 447.3 = 2372.3万t 3.采区服务年限T= ZK/(AK) 100% 式中： T 采区服务年限，a; A 采区生产能力，120万t； ZK 设计可采储量，万t； K 储量备用系数，取1.3。 T = ZK/(AK) 100% = 2372.3/（1501.3）= 12.2a 取T=12年 4.验算采区回采率 C = （ZC P P支柱）/ ZC式中：C 采区回采率，% ； ZC 煤层的工业储量，万t ； P 煤层的永久煤柱损失

8、，万t； P支柱 区段煤柱损失，万t；对于K1煤层: P支柱1 = 4246.91.3 = 0.87 C1 =（ZC1 P1 - P支柱1）/ ZC1 =（1883.7-130.25-0.087）/1883.7 = 93.1%75%对于K2煤层：P支柱2 = 42431.3 = 0.038C2 =（ZC2 P2 - P支柱2）/ ZC2 =（819-56.63-0.038）/819 = 93.08%80%对于K3煤层：P支柱3 = 4242.21.3 = 0.028C3 =（ZC3 P3- P支柱3 ）/ ZC3 =（600.6-41.53-0.028）/600.6 = 93.08%80%则K

9、1 、K2 、K3均满足采区回采要求。第二节 采区的再划分一、确定工作面长度及采区区段数目由已知条件知：该煤层倾向共有：1000m的长度。且采煤工艺选取的是先进的综采，一次采全高放顶煤法，由采煤学所学知识得知，综放工作面长度一般为130m190m，巷道宽度为4m4.5m,本题目选取4.5m，且采区生产能力为150万t/a，一个中厚煤层的一个区段便可以满足生产要求，最终选定5个区段，区段煤柱选为24m,故工作面长度为： L = (1000-30)/5 - 4.52-24 = 161.1(m)取5m的整数倍，所以取L=160m二、确定工作面生产能力 采区生产能力的基础是采煤工作面的生产能力，采煤工

10、作面的生产能力取决于煤层厚度、工作面长度和推进度。一个采煤工作面的生产能力可由下式计算： A0 = L采V0m C 式中：A0 工作面生产能力，万t/a ; L采工作面长度；m， V0 工作面推进度.综采面年推进度可达10002000m，取1100m。煤容重，t/m3C工作面采出率，一般为0.930.97，取0.93 A0= L采V0m C = 16011006.91.30.93 = 146.8万t三、确定采区内同采工作面数及工作面接替顺序由于采区生产能力为150万t/a,且工作面生产能力为146.8万t,对于K1煤层布置一个工作面便基本可满足生产要求（由于所选采煤机截深为630mm，一天共进

11、6刀，故工作面生产能力为：0.636146.86.91.30.93330 = 152.7万t），而对于K2、 K3煤层可采取两个工作面同时回采，以满足生产要求。其具体回采顺序如：表1.1所示：表1.1 回采顺序表101021010110202102011030210301101041010310204102031030410303101061010510206102051030610305101081010710208102071030810307101101010910210102091031010309101121011110212102111031210311K1 煤层K2煤层K3 煤层

12、对于K1煤层，其厚度为6.9m,布置一个综放工作面便可以满足生产要求。对于3.0m的K2煤层和2.2m的K3煤层采取两个工作面同时生产，以满足生产要求。K1煤层开采顺序：101021010110104101031010610105101081010710110101091011210111K2煤层开采顺序：（10201，10203）（10202，10204）（10205，10207）（10206，10208）（10209，10210）（10211，10212）K3煤层开采顺序：（10301，10303）（10302，10304）（10305，10307）（10306，10308）（10309，

13、10310）（10311，10312）说明：以上箭头表示方向为工作面推进顺序，括号内为同采工作面。第三节 确定采区内准备巷道布置和生产系统一、完善开拓巷道为了减少煤柱损失提高采出率，利于灭灾并提高经济效益，根据所给地质条件及采矿工程设计规划，在第一开采水平中，把为该采区服务的运输大巷和回风大巷均布置在K3煤层底板下方25m的稳定岩层中，两巷水平间距相距961.26m 。二、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较 1确定采区内准备巷道布置 根据题目所选条件，完善采区所需的开拓巷道及准备巷道。还需两条上山。2布置上山数目、位置及进行方案关于技术经济比较：方案一 一煤一岩上山布置，运输上山布置在k3

14、煤层底板下10 m处，轨道上山布置在煤层中。如图一方案二 两条岩石上山布置，两条上山均布置在k3 以下的岩层中，如图二10m20m20m图一 图二3.可行性方案选择巷道以及硐室的掘进费用 方案 项目方案一(万元)方案二(万元)岩石上山(1000-40)*1578=151.5 （1000-40）*1578*2=303煤层上山(1000-40)*1284=123.30回风石门44.8/sin160*1152=18.767144.8/sin160*1152=18.7671区段石门29.8/sin160*1152=12.4834 29.8/sin160*1152=12.4834变电所(2.25*4+2

15、.5*4+/4*42)*144=0.4886(2.25*4+2.5*4+/4*42)*144=0.4886绞车房(2.75*3.5+/4*42)*162=0.3593(2.75*3.5+/4*42)*162=0.3593采区煤仓/4*82*32*144=29.6616/4*82*32*144=29.6616总费用334.5364.巷道以及硐室的维护费用 方案 项目方案一(万元)方案二(万元)岩石上山(1000-40)*30*11=31.8（1000-40）*30*2*11=63.1煤层上山(1000-40)*90*11=95.10回风石门44.8/sin16*80*29.76=38.78534

16、4.8/sin16*80*29.76=38.7853区段石门29.76*29.8/sin16*80=25.799229.76*29.8/sin16*80=25.7992变电所62*30*29.76=5.535362*30*29.76=5.5353采区煤仓1.2*2824*0.6*0.381=0.07741.2*2824*0.6*0.381=0.0774总费用196.96132.97方案一的总费用：531.46万元方案二的总费用：496.97万元从如上的经济比较中，可以看出双岩上山所需的总费用要比一煤一岩上山所需的总费用要少，因此在经济上更加合理，双岩上山维护费用少且无需留煤柱。综合考虑以上因素

17、，可采用在K3煤层下15m处集中布置两条岩石上山，。即：选中双岩上山方式布置生产系统。4、确定工作面回采巷道布置方式.K1煤层为厚煤层，单独开采时，可满足生产要求，故先开采K1煤层，K1煤层采完后，接着采K2，K3煤层。考虑到K1煤层生产能力较大，且矿井瓦斯涌岀量较低，为更好地进行工作面接替，减少煤柱损失，故采用沿空掘巷。沿采空区留5m 的护巷煤柱。 在采区巷道布置平面图内，工作面布置及推进的位置应以达到采区设计产量为准。由于K1、 K2、 K3煤层采取联合布置的开采方式，且岩体较稳定煤层上山易维护，故在K1煤层两侧各留5m边界煤柱。煤层适合综采一次采全高放顶煤。K2、K3煤层一次采全高。5、

18、 采区上、中、下部车场选型采区上部车场选用单道顺向平车场；采区下部车场选用大巷装车顶板绕道式，由于煤层倾角为16。，而且顶底板围岩稳定，所以选用该形式的车场。 采区中部车场该采区开采近距离煤层群，轨道上山布置在底板岩石中，倾角为 16，向区段石门甩车。轨道上山和石门内均铺设600mm轨距的线路，轨形为15kg/m，采用1t矿车单钩提升，每钩提升3个矿车，要求甩车场存车线设双轨高低道。斜面线路布置采用一次回转方式。第二章 采煤工艺设计第一节 采煤工艺方式的确定一、 选取K1煤层为对象，进行采煤工艺设计。1. 选第一煤层，即K1煤层为对象设置采煤工艺。且K1煤层厚度为6.9m，属于中硬煤层，故可用

19、综合机械化采煤一次采全高放顶煤工艺。2.选用国产设备经查采矿设计手册得知：根据煤层的实际情况，选用MG880WD采煤机，参数如下：采高 1.83.7m适应煤层硬度 f=13煤层倾角 35截深 630mm滚筒直径 1.6 m牵引式 无链牵引力 532KN牵引速度 07 m/min滚筒中心距 8180 mm机身高度 1499 mm卧底量200mm 该滚筒采煤机由鸡西煤机厂制造。2. 采煤与装煤落煤方式：采用双滚筒采煤机直接落煤。进刀方式斜切进刀双向割煤，如图所示采 放 比：由经验可知，采放比在1：13之间为合理，故取采3m放3.9m。采放比为：1：1.3。截 深：采煤机截深选为630mm。上下缺口

20、长度：2025m。放煤步距：由于顶煤厚度较大，则放煤步距采用两采一放。放煤方式：单轮、间隔、多口放煤。（实践证明：该方式丢煤少，混矸少，又易于实现高产高效，故采用。）3、 运煤运煤选用SGZ764/500型可弯曲刮板输送机。SGZ764/500型可弯曲刮板输送机技术特征表：型号SGZ764/500型规格性能运输能力t/h1100设备高度m200传送速度m/s1.21刮板链型式双链规格30*108t破断负荷kn1107间距mm1080偶合器型号介质减速器速比1：308L布置方式平布电动机型号KBYD680/250功率2*250*125电压v11404、 支护与处理采空区K1煤层厚度6.9m，煤层

21、结构简单，因此为减少煤柱损失，采用综放回采工艺。为提高煤的冒放性和采出率，减少煤层，并考虑到矿压和煤层倾角较大时的支架稳定性，放顶煤支架选择低位双输送机S520017/32型，其技术特征如下表：分类型号初承力KN支护强度Mpa拉架力KN外型长m重量t放煤方式低位双输ZFS520017/325200/45520.76155/395404618插板式无脊背5、架中心距：1.5m6、移架方式有依次顺序、分组交错和成组整体顺序式三种。且由于分组交错式，移架速度快，能满足采煤机快速牵引的需要，适用于顶板比较稳定的高产工作面。故选用分组交错式。7支护方式 由于K1煤层f = 2，为防止片帮和冒顶，因此选用

22、及时支护。8端头支架 经查采矿设计手册得到：PDZ端头支架（掩护式），支架参数如下： 支撑高度 1.63.8 工作阻力 9000 KN 初撑力 7070 KN 支护强度 0.51 Mpa 该支架由郑州煤机厂制造。9超前支护方式和距离由于采用综放开采，支撑压力分布范围大，峰值点距煤壁前方 5-15m,分布范围10-30m，所以超前支护的距离为25m。 选用单体支柱和金属铰接顶梁支护。铰接顶梁的长度为1200mm。10计算工作面的支架需求量 N = L E式中： N 工作面支架数目，取整数； L 工作面长度，m； E 架中心距； N = 160/1.5 = 107（架） 端头支架：由于巷道宽度为4

23、.5m，而架宽为1.6 m，因此选3架，即，两端共有6架。11处理采空区： 一般采用全部跨落法处理。 第二节 工作面合理长度的确定1、煤层地质条件该采区内的两层可采煤层的地质条件对于布置高产高效工作面非常有利。煤层厚度适中，倾角不大且顶底板稳定，无明显影响生产的地质构造，瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小，便于布置较长的工作面进行回采。2、工作面生产能力 工作面的设计生产能力为：A0= L采V0 m C=157.2万t。 K1煤层的实际生产能力为：A1=LENrM=160万t A1与 A0的差值在允许的范围内，可以达到生产要求，工作面的长度确定的合理。3、运输设备及管理水平采区生产

24、选用的设备均为国内先进的的生产设备，能满足工作面的长度、产量和进度的要求，管理较高，有利于生产。4、顶板管理及通风能力该采区的顶板较稳定，工作面可以适当的加长，综放工作面的长度一般在130190m，所以选择的工作面的长度合适。另外，工作面长度与通风无直接的关系，但对于瓦斯涌处量较低的K1、K2、K3煤层，工作面的风速可以适当的减小，通风能力可以降低一些。5、巷道布置由于K1、K2、K3煤层的赋存条件相同但开采技术不同， K1煤层的储量比K2、K3大，K1为主采煤层，K2、K3为辅助煤层 ，两者相互配合达到生产要求，尽量提高煤炭采出率，巷道布置尽量保持一致，可以适当变化。6、经济合理的工作面工作

25、面的长度与地质因素及技术因素的关系十分的密切 ，直接影响生产效率所以根据条件，以高产量、高效率为原则选择合理的工作面长度。合理的工作面以生产成本低，经济效益高为目标。尽量加快工作面的推进速度，减少巷道的维护时间，降低回采总成本，使设备、资源得到最高利用。第三节 采煤工作面循环作业图表的编制1、 劳动组织表 劳动组织表序号 班数工种一二三合计1班长22262采煤机司机33283输送机司机22264转载机司机11135胶带机司机11136移架工33399泵站工111310机电维修工003314端头完好工6661815运料工0011316跟班队长1113合计202032722工作面主要经济技术指标工

26、作面主要经济技术指标序号项目单位数量备注1煤层厚度m6.92煤层倾角163采高m3.04采煤机台15液压支架架1076端头支架架67刮板输送机部28破碎机台19转载机部110胶带输送机部211循环进尺m3.7812日产量t444813生产方式二班半采半班准备14出勤人数人72小结本次课程设计的主要内容是采区的巷道布置以及采煤工艺的设计，它到底想要传授给我们些什么知识？或者说我究竟从这个设计中学到了什么？我的想法很简单，无非是想增加一些专业知识。我不是很聪明，也没有自己想象中的那么勤奋，但是，事实上，我觉得我得到的远远比预想的要多。通过这次设计，我不仅对采区的设计有了更进一步的认识与了解，进一步

27、巩固和加深了课程理论知识，更重要的，是获得了一种新的思考与解决问题的方法。如果能切实应用到生产生活中，不可否认，这是多么让人兴奋的一件事。 本次课程设计虽然结束了，但是对于我们来说，未来的路还很长，还需要付出百倍的努力。我希望并坚信，我们能走的更好！参考文献：1.徐永圻煤矿开采学 徐州：中国矿业大学出版，2003版2.钱鸣高、石平五矿山压力及岩层控制 徐州：中国矿业大学出版，2003版3、徐永圻、陈炎光中国采煤方法 徐州：中国矿业大学出版，19914、徐永圻中国煤矿采煤方法图集 徐州：中国矿业大学出版社，19905、张先尘、钱鸣高中国采煤学 北京：煤炭工业出版社，20036、陈郑正采煤专业课程设计指导书 徐州：中国矿业大学出版社，19987、钱鸣高、石平五矿山压力及岩层控制 徐州：中国矿业大学出版，20038、张荣立、何国纬、李绎采矿工程设计手册20039、汪理全采矿学课程设计大纲 徐州：中国矿业大学采矿工程系，2005。