矿井开采课程设计—终结版

《矿井开采》课程设计

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目录

前言

第一章采区巷道布置

第一节采区储量与服务年限

第二节采区内的再划

第三节确定采区内准备巷道布置及生产系统第二章采煤工艺设计

第一节采煤工艺方式的确定

第二节工作面合理长度的确定

第三节采煤工作面循环作业图表的编制

附表

前言

一、目的

1、初步应用《矿井开采》课程所学的知识，通过课程设计加深对《矿井开采》课程的理解。

2、培养安全工程专业学生的动手能力，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

设计条件：

井田境界：采区倾斜长度2800m；采区走向长度1060m；

采区境界：采区倾斜长度700m；采区走向长度1060m；

8号煤层：煤层厚0.55-2.60m，平均1.39m。顶板为砂质泥岩，底板以砂质泥岩为主，地面标高+1210m~1480m；煤层埋藏稳定。（柱状图中的84煤层）煤的容重γ=1.5t/m3。煤质中硬偏软，坚固性系数f=1.0～2.5。

=200m3/h。矿井最大涌水量Q大=4矿井开采技术条件：矿井正常涌水量Q

正

30m3/h。瓦斯相对涌出量q=12.5m3/d·t；煤尘有爆炸性，无自然发火倾向。84号煤为低灰-高灰、特低硫-高硫贫煤，生产能力30万吨

三、课程设计内容

第一章采区巷道布置

第一节区储量与服务年限

1、采区生产能力选定为30万t/a

2、采区的工业储量、设计可采储量

(1) 采区的工业储量

Z g=H×L×m× γ ………………………………………(公式1-1)

式中：Z g---- 采区工业储量，万t；H---- 采区倾斜长度，700m；

L---- 采区走向长度，1060m；γ---- 煤的容重，1.50t/m3；

m---- 煤层煤的厚度，为1.39米；

Z g=700×1060×1.39×1.50=154.7万t

(2) 设计可采储量

Z K=(Z g-p)×C ……………………………………………………(公式1-2)式中：Z K---- 设计可采储量, 万t；

Z g---- 工业储量，万t；

p---- 永久煤柱损失量，万t；

C---- 采区采出率，厚煤层可取75%，中厚煤层取80%，薄煤层85%。本设计条件下取80%。

P=30×2×1060×1.39×1.50+15×2×(700-30×2)×1.39×1.50=13.53万t

P---- 上下两端永久煤柱损失量，左右两边永久煤柱损失量，万t；

Z K=( Z g-p)×C=(154.7-13.53)×0.8=112.94万t

(3)采区服务年限

T= Z K/A×K …………………………………………………………(公式1-3)式中：T---- 采区服务年限，a;

A---- 采区生产能力，30万t；

Z K---- 设计可采储量，112.94万t；

K----储量备用系数，取1.4。

T= Z K/A×K=112.94万t/(30万t ×1.4)=2.7a

(4)、验算采区采出率

1、对于84煤层:

C=(Z g-p)/Z g-----(公式1-4)

式中：C-----采区采出率，% ；

Z g---- 84煤层的工业储量，万t ；

p ---- 84煤层的永久煤柱损失，万t ；

C=(Z g-p)/Z g=91.%> 80%满足要求

第二节采区内的再划分

1、确定工作面长度

单一长壁工作面长度的确定应主要考虑地址条件、工作面通风能力、设备条件等三个因素的影响。

瓦斯相对涌出量q=12.5m3/d·t，为高瓦斯矿井。在高瓦斯矿井，工作面的通风能力则是限制工作面长度的重要因素，通风能力所允许的工作面长度可用一下公式计算：

Lm=60vMSC f/q b BPN

Lm——————依据工作面通风能力确定的工作面最大长度

V工作面允许的最大风速，4m/s

S工作面最小控顶距,m；B=3*0.8=2.4

m工作面采高，m；取2.7

风流收缩系数，取0.9-0.95；

C

f

B循环进度，m；取0.6

P煤层生产率，即单位工作面出煤量，P=m Cγ，t/m2；

P=2*0.91*1.5=2.73

γ煤的视密度，1.5

C工作面回采率，取0.91

N昼夜循环数，即每日割煤刀数（2）

根据技术分析和目前我国煤矿生产经验，普采面采高一般不超过2.5m，采高1.3～2.5m时，L=120～180m，因为该煤层为稳定，且大部分可采煤层，所以取L=150m

2、确定采区内区段数目

回采工作面是沿倾斜方向布置，沿走向推进，采用走向长壁法开采。

工作面数目：N=(L-S0)/(l+l0) ……………………………………(公式1-4)式中：L ----- 煤层倾斜方向长度(m)；

S0---- 采区边界煤柱宽度(m)；

l ----- 工作面长度(m)；

l0---- 回采巷道宽度，因采用普采，故l0取3(m)。

N=(700-30×2)/(150+6) =4.1，取4.

3、工作面生产能力

Q r = A/T×1.1 ………………………………………………………(公式1-5)式中：A----采区生产能力，30万t/a ；

Q r ----工作面生产能力，万t ；

T----每年正常工作日，330天。

故：Q r= A/T×1.1 =300000t/330×1.1 =1000t

4、确定采区内同采工作面数及工作面接替顺序

生产能力为30万t/a,且工作面生产能力为1000t。目前开采准备系统的发展方向是高产高效生产集中化，采用提高工作面单产，以一个工作面产量保证采区产量，所以定为采区内一个工作面生产。

区段1001002

区段2001002

区段3001002

区段4001002

图1工作面接替顺序图

84煤层：区段1（001-002）→区段2（001-002）→区段3（001-002）→区段4（001-002）

(说明：以上箭头表示方向为工作面推进顺序。)

第三节确定采区内准备巷道布置及生产系统

1、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，把为该采区服务的运输大巷和回风大巷均布置在84煤层底板下方25m的稳定岩层中，两巷水平间距相距961.26m 。

2．确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较

首先确定回采巷道布置方式，由于地质构造简单，煤层赋存条件好，矿井=200m3/h。矿井最大涌水量Q大=430m3/h。矿井最大涌水量Q大正常涌水量Q

正

=430m3/h。瓦斯相对涌出量q=12.5m3/d·t，因此需要设专用回风巷。同时为减少煤柱损失，提高采出率，降低巷道维护费用，采用沿空掘巷的方式。因此采用工作面布置图1所示工作面接替顺序，就能弥补沿空掘巷时工作面接替复杂的缺点。

确定采区巷道布置系统，采区内有1层煤，在该层内布置4个区段，根据相关情况初步制定以下两个方案进行比较：

方案一：两岩一煤上山

在距84煤层底板15m处岩石中布置两条岩石上山，一条为运输上山，另一条为轨道上山，两上山层位有一定差距，使其分别联结两翼的区段;平巷不交叉。通风路线：新风从阶段运输大巷→采区主石门→采区下部车场→轨道上山→中部甩车场→区段轨道集中平巷→区段联络巷道→区段运输平巷→工作面→区段回风平巷→回风石门→阶段回风大巷。该方案的特点是：岩石工程量大，掘进费用高，联络石门长，但维护条件好，维护费用低，有利于通风，运输能力大。

方案二：两煤一岩上山

在距84煤层底板15m处岩石中布置一条岩石运输上山，在84煤层中布置另一条轨道上山。通风路线：新风从阶段运输大巷→采区主石门→采区下部车场→轨道上山→中部甩车场→区段轨道集中平巷→区段联络巷道→区段运输平巷→工作面→区段回风平巷→回风石门→阶段回风大巷。该方案的特点是：节省了一

效果比较好，易于维护，所以采用两煤一岩上山采区联合布置方式。巷道布置情况见巷道布置图、采区巷道平面图、剖面图。

3．确定工作面回采巷道布置方式及工作面推进终点位置

回采巷道布置方式.：后退式沿空留巷掘进方式。

分析：先掘出区段运输巷到采区边界，工作面后退式回采，回采后在沿空留出平巷作为下区段回风巷。这种方式可克服前进式回采时前方煤层赋存情况不明和留巷影响工作面端头采煤等缺点，但要增加平巷的掘进量。且目前我国采用后退式沿空留巷掘进方式的比较多，为了减少沿空留巷的维护时间，再回采顺序上要求上区段回采结束后立即转入下区段回采。

说明：在采区巷道布置平面图内，工作面布置和推进的位置应以达到采区设计产量及安全为准。工作面推进到距回风大巷30米处的位置，即为避开采掘超前影响所留设的30m护巷。

附采区巷道及设备布置平面、剖面图(比例1∶1000或1∶2000)。

第二章采煤工艺设计

第一节采煤工艺方式的确定

1、84煤层为对象设置采煤工艺。

由于84煤层厚度为1.39m，属于薄煤层，煤质中硬偏软，坚固性系数f=1.0～2.5m，故可用普通机械化采煤工艺，一次采全高，工作面“三八”制作业形式，即两班采煤，一班准备。

工作面回采工艺流程为：采煤机向上割煤、移架→采煤机向下装煤→推移刮板输送机→斜切进刀→推移刮板输送机。

2、工作面的设备选用国产设备。

3、采煤与装煤

(1)落煤方式与采煤机的选择

采用普通机械化采煤，双滚筒采煤机直接落煤和装煤。依据采区的设计生产能力确定工作面每天的推进度为：

Lo= Q r/γm l=3.19m

Lo=工作面每天的推进度；

γ---- 煤的容重，1.50t/m3；

m---- 煤层煤的厚度，为1.39m；

l ----- 工作面长度，m；

Q r----工作面生产能力，万t ；

所选采煤机的滚筒截深为900mm，每天正规循环推进四刀，每个循环0.9m，可满足每天至少推进3.19m的要求。

根据煤层的实际情况，查询《采矿工程设计手册》，选用型号为EL600。

(2)进刀方式：为了合理利用工作时间，提高效率。采用端头斜切割三角煤进刀方式，双向割煤。

4、运煤

(1)工作面采用可弯曲刮板输送机运煤，运输平巷采用转载机和胶带运输机运煤。

工作面可弯曲刮板输送机型号：SGB—630/180

(2)以设备选用配套原则为基础并结合采煤工作面采煤能力具体情况，工作

面采用支撑掩护式液压支架支护，从《采矿工程设计手册》选用设备：ZJH12 00/14/30（X—1TY）悬移顶梁支架

(3)移架方式

由于顶板是灰色砂岩及深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩、石灰岩组成，顶板

稳定型较差，应采用及时支护方式，故选择单架顺序移架方式进行移架。顺序移架方式移架速度快，该方式操作简单，容易保证规格质量，能够适应该煤层

顶板的不稳定性。

（4）支护方式：由于84煤层煤质中硬偏软，顶板有不稳定的深灰、灰黑色砂质泥岩和泥岩，采高为2.6m，为防止片帮和冒顶，选用及时支护方式进

行支护。

（5）工作面的支架需求量:

由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；

得：n= （150+3+3）/1.0=156，取156架。

(6)端头支架

由于巷道宽3m，而架宽为1.0m，因此选3架，左右两端共需6架。另两架空间用单体支架金属铰接顶梁支护。从《采矿设计手册》选用如下设备：端头支架型号：PDZ（掩护式）

(7)超前支护方式和距离

由于采用普采工艺开采，支撑压力分布范围为20～30m，峰值点距煤壁前方5-15m,所以超前支护的距离为20m。选用单体支柱和金属铰接顶梁支护。

(8）校核支架的强度和高度

①校核高度

经查《采矿设计手册》得到：

在实际使用中，通常所选用的支架的最大结构高度比最大采高大200mm 左右，即：H max= M max+0.2m；最小结构高度应比最小的采高小250—350m m，即：H min= M min-(0.2 5～0.35)m

已知选用的ZJH1200/14/30（X—1TY）悬支撑掩护式液压支架的最大结构高度为3.0m>（2.6+0.2）m，满足要求。支架的最小结构高度为0.25m<0.5-(0.

2 5～0.35)m，满足要求。

②校核强度

由q=K×M×ρ×g×10-6

式中：q ——支护强度，Mpa；

K ——作用于支架上的顶板岩石厚度系数，取6；

M ——采高，m；

ρ ——岩石密度，取2.5×103Kg/m3;

g——取10N/Kg。

q=6×2.6×2.5×103×10×10-6=0.39Mpa <0.44Mpa 满足强度要求。

由Q=q×F×103KN

式中：F——为支架支护面积，F = 2.260×0.68 = 1.5368m2

Q=0.39×1.5368×103=599.4 KN

由P = Q / η

式中：P ——支架的工作阻力，KN；

Q ——支架的有效工作阻力，KN；

η ——支架的支撑效率，取80%

P=3735÷0.8=749.2KN <支架工作阻力1200KN，满足要求。

5、处理采空区

一般采用全部跨落法处理采空区。

第二节工作面合理长度的验证

1．从煤层地质条件考虑

该采区内的84可采煤层的地质条件较好，无断层，煤层倾角为8°，煤层厚度较薄，顶底板较稳定，瓦斯涌出量高，自然发火倾向较弱，涌水量也较大，所以布置150米的工作面比较合适。

2．从工作面生产能力考虑

工作面的设计生产能力为30万吨/年。正规循环每天进四刀，采煤机滚筒截深为700mm，所以84煤层的工作面实际年生产能力为：

330×0.900×4×1.39×150×1.5×0.91= 33.8(万吨)

能够满足设计生产能力的要求，一个工作面生产就能够满足设计生产能力的要求，并且考虑到其他各个方面对生产的影响，工作面的长度确定的合理。3．从运输设备及管理水平角度考虑

采区生产选用的设备均为国内先进的的生产设备，工作面选用的160米刮板输送机能够利用国内先进的技术，能够与时俱进的跟上技术的发展。

由于现在提倡管理人员的知识化、年轻化，所以工作面长度为160米在管理上是毫无问题的。

4．从顶板管理及通风能力考虑

该采区的顶板较稳定，工作面可以适当的加长，普采工作面的长度一般在1 20~180m，所以选择的工作面的长度为150米较合适。另外，工作面的瓦斯涌出量较大，通风问题可以通过专用回风巷解决。

5．从巷道布置角度考虑

由于采区倾斜方向长为700米，除去煤柱宽及巷道宽100米，剩余600米，把每个工作面长度定为150米，600÷150=4，正好为4区段。

6. 经济合理的工作面

工作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、工作面层面图（1：50）、带区巷道布置平面图（1：2000）和剖面图(1：1000)见附图。

2、相关工种及出勤人数，参照《煤矿开采学》教学例题和现场经验安排循环作业图表如下：

a.循环作业图

b.工作面劳动组织表

序号工种早班中班检修班合计

1 管理人员 1 1

2 4

2 采煤机司机 2 2

3 7

3 输送机司机 1 1 2 4

4 转载机司机 1 1 2 4

5 胶带机司机 1 1 4 6

6 移架工 6 4 3 13

7 超前维护工 3 2 4 9

8 跟班电工 1 1 4 6

9 运料工 4 4

10 安全质量员 1 1 1 3

11 跟班机修工 2 2 3 7

12 送饭工 1 1 1 3

合计20 15 33 68

c.工作面主要经济技术指标表

序号项目单

数量

位

1 煤层厚度m 1.39

2 煤层倾角°8

3 平均采高m 2.6

4 采煤机台 1

5 液压支架架156

6 端头支架架2×3

7 刮板输送机部 1

8 破碎机台 1

9 转载机部 1

10 胶带输送机部 2

11 循环进尺m 0.9

12 日产量t 1000

13 生产方式二采一准（三八制）

14 出勤人数人68

15 回采工效t/工14.7

16 日循环数个 4

3、普采工作面设备配套如下：

普采工作面设备配套表

序号设备型号

1 采煤机E L600

2 液压支架ZJH1200/14/30（X—1TY）

3 端头支架PDZ

4 刮板输送机SGB—630/180

参考文献：

1、徐永圻，《煤矿开采学》（修订本），徐州：中国矿业大学出版社，2009。

2、王运敏、主编，《中国采矿设备手册》，北京：科学出版社，2007。

3、张荣立、何国伟、李铎主编，《采矿工程设计手册》，北京：煤炭工业出版社，2003 。

4、张恩强、勾攀峰、陈海波主编《井巷工程》徐州：中国矿业大学出版社，2010.