采区设计说明书.docx
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采区设计说明书
采矿工程专业
课程设计说明书
题目：
双鸭山新安煤矿西六采区（6＃、7＃）1.2Mt/a
姓名：
郭建龙
班级：
采矿10-5
学号：
36
指导教师：
金珠鹏
设计时间：
2013年11月日
黑龙江科技大学
课程设计任务书
一、设计题目：
双鸭山新安煤矿西六采区（6＃、7＃）1.2Mt/a采区设计
二、已知技术参数和设计要求：
根据已知的采区的地理交通位置、采区地质资料、煤层赋存条件、煤层厚度及倾角情况来完成设计，从而达到设计的目的。
三、设计的主要内容：
确切认识采区地质资料，根据所给资料设计采区。
首先确定采区煤田面积，设计计算采区储量和生产能力以及采区的服务年。
其次合理选择采煤方法和巷道的布置，采区回采工艺设计及合理选择生产设备，选型要符合采区生产能力的验算。
最后设计采区生产系统，通风系统，并对采区进行严格的风量验算。
设计采区达到实行高产、高效、安全生产。
四、工作量：
采区平面图、采区剖面图、设计说明书、采掘进规程，
五、工作计划：
通过采区的设计内容，合理完成采区的工作面布置以及各设备选型，正确进行风量验算等内容。
保证矿井的高产、高效、安全。
指导教师：
金珠鹏
摘要
黑龙江省双鸭山新安煤矿西六采区设计，本采区内共有2层可采煤层，煤层平均厚度2.7m。
设计采区的工业储量为1675wt，可采储量1235wt，服务年限7.3年。
本采区形式为单翼开采，采用走向长壁采煤法，工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤，一个工作面达产。
“四、六”工作制，三班采煤，一班准备，每天进6刀，截深0.8m，工作面长216m，采空区处理方法为全部垮落法。
关键词：
走向长壁循环方式采空区处理
第一章采区地质情况
1.1井田概况
1.1.1矿区情况
新安煤矿位于黑龙江省友谊县（三师十八团八营）境内，地理坐标为北纬46°26′00″—46°27′00″，东经131°40′00″—131°41′00″，坐标系统采用1954年北京坐标系统。
行政区划隶属于黑龙江省双鸭山市宝山区。
井田范围东以F3和F4断层为界，西以3勘探线为界，北以煤层露头为界，南抵南部断层，东西长4.5km，南北宽4.3km，面积：
15.4km2。
（1）地形地势
区内地势平坦，海拨标高41.5～75.6m。
（2）气象及地震情况
（3）本区属大陆性气候，温差较大，最低温度达-39℃，一般-20～30℃，每年11月至4月为结冻期，冻土带深度达20米左右，夏季最高温度零上38℃，雨季集中在7、8、9月份，平均降雨量约452～737mm。
新安矿区无地震史。
（4）水文地质情况
区内有人工河流三条，自北向南流，与该区东侧七星河汇合，流入绕力河注入乌苏里江。
（5）煤田开发史新安矿为新开发的煤田,所以无开发史。
（6）工农业及原料供应状况
（7）县勘探区所在友谊，是黑龙江省主要农产品基地之一，该县在2004年约有人口20万余人，耕地面积18万7千余亩，县办工业较发达，有煤、铁、拖拉机配件、农机制造、制酒、面粉、大米等大中型工厂数拾处。
井区西南约20km处是原始森林，木材蓄积量较大。
（6）水源及电源
新安矿区水源来自开采地下水,能够满足生产与生活需要.生产与生活用电均来自双鸭山市供电局。
1.2地质特征
1.2.1地层情况
从老至新有元古界麻山群，中生界下白垩统，以及新生界第三、第四系。
分别表述如下：
1、元古界麻山群：
主要分布在煤田外围，由拓榴石片岩，石英黑云母片岩及花岗片麻岩等组成的变质岩系，厚度不清。
2、下白垩统鸡西群城子河组：
城子河组为主要含煤地层，不整合覆于麻山群及古生代花岗岩之上，为陆相沉积，以灰白色砂岩与粉砂岩组成夹泞灰岩层10余层。
含煤59余层，其中可采者17层，集中分布于城子河组中段，总厚度878m。
3、穆棱组：
由深灰色、浅灰绿色及灰色的粉砂岩、泥岩组成，夹灰白色粉砂岩及薄层泞灰质岩石。
含煤性差，与下覆的城子河组地层为整合接触。
总厚度558m。
4、下白垩统桦山群：
见于向阳南部，由一套陆相碎屑岩类及中性火山碎屑岩类组成。
厚度达400m。
5、第三系：
见于向阳区南部及新安区东南部，以浅绿色细、中、粗粒泥质胶结的砂岩为主，夹黄绿色粉砂岩，呈半胶结状。
下部砾岩层与城子河组地层不整合接触，其上被第四系所覆盖。
厚度280m。
6、第四系：
分布近代河床及低洼湿地，主要由腐植土、砂、砾、亚粘土及玄武岩等组成。
厚度80米。
1.2.2地质构造
构造：
该区为双鸭山煤田东端，由德发向斜，保安背斜及向阳向斜组成一不对称煤盆地，而新安向斜则为双鸭山煤田北部兴隆凸地，东侧由于断裂而保存下来的煤盆地，地层走向受基盘控制，多为NE及NNE向、倾向S，一般倾角14～18°。
岩浆岩：
该区分布着不同时代及不同类型的侵入岩类和喷出岩类，据现有资料，侵入岩可分为元古界侵入岩类，燕山期侵入岩类，喷出岩类有燕山期喷出岩及喜山期喷发岩以及新构造期喷发岩。
1.2.3水文地质情况
本区地形西部高,东部平缓,七星河阶地绝对标高为43～55m,河漫滩绝对标高为53～58m,下白垩统煤系被很厚的第四系冲击层所复盖.七星河从区外东南部流过,河床蛇曲,据杨家围子河流观测站资料,最大流量达569m3/s,冬季流量很小,几乎断流。
七星河最高洪水位淹没范围为七星河以东，洪水位标高为50～59m。
1.2.4沼气、煤尘及煤的自燃性
1、瓦斯：
新安煤矿属于低瓦斯矿井，在地质条件简单，开采深度浅，-550米水平以上，瓦斯涌出量非常小。
随着深度增加，瓦斯涌出量逐渐增加，不同煤层瓦斯含量也有不同。
根据勘探资料10号煤层瓦斯含量较高，其它各煤层含量较小。
主要可采煤层CH4平均含量为0.15m3/t，可燃质、CO2各煤层平均含量为0.5m3/t，可燃质各主要可采煤层瓦斯自然成分以N2为主，CO2次之，CH4最少，本矿瓦斯相对涌出量为0.547m3/t，属于低瓦斯矿井。
2、煤尘：
根据煤尘爆炸性试验指标，煤尘爆炸指数45-53%之间，该矿开采的煤层属于易发生爆炸危险的煤层。
3、煤的自燃：
根据邻近矿井资料该矿井9#有自燃发火的倾向，煤层的自然发火期为3～6个月，矿井总体为Ⅱ级自然发火矿井。
4、地温特征：
本区恒温深度16～26米，温度6℃,从地温测量成果计算分析，本区平均地温梯度为2.7℃/100m,平均地热增温率为38.2m/1℃，地温梯度小于3℃。
本区基本属于地温正常区。
但随着开采深度的增加，地温将有所升高。
给生产安全带来负面影响。
5、地压特征：
根据地压观测资料，煤岩层在断层附近特别破碎，特别是在大断层附近表现的尤为明显。
随着开采深度的增加，地压增大。
1.2.5煤质、牌号及用途
根据中国煤炭的分类方案，本区以长焰煤为主，无烟煤、贫煤、弱粘结煤、气煤1号等次之。
各层煤的牌号分布与煤的原始质料及其转变、聚积环境及后期变质因素有关。
6、7号煤层为无烟煤、贫煤，由于煤层受侵入岩影响程度的不均一性，上述各煤层的牌号分布规律不明显。
根据大量煤的工业分析，结焦性试验，6线以东挥发分大于35%，胶质层3-5m/m，6线以西挥发分小于15%，胶质层为零。
根据上述主要煤质指数，6线东侧长焰煤可作动力煤，6线西侧无烟煤亦可作动力煤。
而其它煤种可作动力煤或民用煤。
灰份：
9、10层煤基本一致，8层基本接近，其它层勘探灰份偏低，而生产煤样灰份均偏高。
其原因，生产煤样包括夹石，而钻探煤样剔除0.05m以上的夹石，因此灰份偏低。
挥发份：
多数相差1％左右，个别层相差2％。
发热量：
发热量相应较高。
第二章采区储量与生产能力
2.1采区储量
2.1.1井田境界
根据确定井田境界的依据及邻近矿区井田的实际情况,邻近井田境界确定为：
东经131`7`-131`13`，北纬45°44´~45°48´。
南界分大丰洋终区相邻，东界（F12断层）与东方红精查勘探区相邻，西界（F7断层）与北岗矿深部区相邻，北界和西北界新安详查区相邻。
2.1.2井田未来发展情况
该井田东部以F12断层为界,西部以F7断层采掘范围,随着技术的进步和勘探水平全面的提高,井田范围内的探明储量会越来越精确,可能在更深部发现可采煤层.
2.1.3采区储量计算
井田范围内计算的煤层有6、7、两层,各煤层储量计算边界与井田境界基本一致.矿井储量是指矿井内所埋藏的数量,具有工业价值的煤炭数量.它不仅包含着煤炭在地下埋藏的数量,而且还表示煤炭的质量,反映井田的勘探程度及开采技术条件.矿井储量可分为矿井地质储量,矿井工业储量和矿井可采储量.
采区设计储量是采区工业储量减去设计计算的断层煤柱，防水煤柱，井田境界煤柱和已有的地面建筑物，构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量后的储量。
采区可采储量是指采区设计储量减去保护煤柱，矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱煤量后乘以采区回采率的储量。
2.1.4保安煤柱
为了安全生产，按照矿井依据《规程》规定，留设保安煤柱如下：
1.各煤层在露头处留设20m保安煤柱。
2.边界断层留设40m煤柱。
3.井田内部断层留设25m煤柱。
4.河流两侧各留设25m煤柱。
5.地面留设50m煤柱。
按以上计算方法得：
采区永久煤柱损失为：
万吨
2.2储量计算方法
2.2.1储量计算的评价
本设计采区的各类储量计算严格执照有关规定执行。
由于技术水平所限，储量的计算设计所得到的各种储量与实际可能有一定误差。
储量计算公式为：
Q——储量（万吨）
S——面积（m2）
M——厚度（m）
d——容重（t/m3）
万吨
万吨
万吨
2.3采区工作制度、生产能力、服务年限
2.3.1采区工作制度
该设计矿井年工作日确定为330d,矿井每日净提升时间为14h采用四班六小时工作制制度。
2.3.2采区生产能力
2.3.2.1回采工作面年生产能力
万吨/a
式中：
A0——回采工作面年生产能力，吨；
L——工作面推进度，米／年；
l——工作面长度，米；
m——煤层厚度，米；
r——煤的容重，t/m3；
K3——工作面回采率，取0.93-0.97。
2.3.2.采区生产能力
采区生产的煤主要来自回采工作面。
掘进出煤一般为
5％～10%。
万吨/a
式中：
A——采区生产能力，万吨/年；
n——采区同时生产的工作面个数；
A0——每个工作面的生产能力，万吨/年；
B——掘进出煤率，取1.05-1.1；
K——工作面产量不均衡系数，（沿空留巷取下限，其余取上限，区内单工作面取1；两个工作面时取0.95；三个工作面时取0.9。
2.3.3 采区服务年限
采区服务年限Ｔ与采区生产能力Ａ的关系如下：
式中：
Z------采区设计可采储量，t
------采区工业储量，t
P------永久煤柱损失，t
K------采区采出率，0.80
结合本设计采区的具体情况，按以上方法计算可得到，煤柱的损失为131万吨
所以可采储量为：
万吨
采区服务年限：
年
回采要求：
中厚煤层不应小于80%，薄煤层不应小于85%。
第三章采区方案设计
3.1采煤方法的选择
采区边界无明显地质构造，采区煤层为低涌水量、低瓦斯煤层。
根据采区煤层的地质情况，倾斜长壁采煤方法不适合该采区（倾斜长壁采煤煤层倾角必须小于12度），故采用走向长壁这种方法技术成熟，设备的选型多样，使巷道掘进、辅助运输、行人都比较容易，通风线路布置简单，可靠。
综上所述，可确定本采区的采煤方法为走向长壁采煤法，一次采全高。
3.2采区巷道布置
一、此设计的采区是6#,7#号煤，走向长度是1600m，采区内划为7个区段，每个区段斜长220m
二、由于本采区是采用走向长壁采煤法，故沿走向将采区划分为7个区段，区段长是220m。
三、采区形式采用双翼后退式采煤方法，这种采煤方法煤炭损失少，劳动成本低，劳动条件好，容易实现集中生产和高产高效，便于管理。
四、采区上山布置，受煤层厚度、采区服务年限及产量、瓦斯涌出量、煤层顶底板岩性等因素的影响，应综合考虑上述因素，使上山布置方案在技术上可行，在经济上合理。
五．采区上山的布置
1.上山条数的确定
在一般情况下，布置两条上山（一条运输上山，一条轨道上山），就可以满足采区运输、通风和行人的需要，但在下列情况下还需要布置一条回风上山。
1）生产能力很大的厚煤层采区，集中联合布置采区、分组联合布置采区。
2）产量较大，瓦斯涌出量很大的采区特别是下山采区。
3）产量较大，经常出现上、下分阶段同时生产、需要简化通风系统的采区。
4）运输和轨道上山均布置在底板岩石中，需要弄清煤层情况或为提前掘进其他采区的巷道以及需要泄水的采区。
考虑该矿井为低瓦斯矿井且产量较大，拟布置三条上山，分别为轨道上山，运输上山和回风上山，为了实现生产均衡的要求，三条上山大致布置位于采区右侧边界，各条上山间距大致留设为25m。
通过经济比较，得出三条煤层上山布置方案在经济上合理，故本设计采区选用三条煤层上山布置在7#煤层中。
上山倾角都为14°，在煤层底板起坡。
轨道上山内用串车提升，运输上山内铺设普通胶带输送机运输，通风上山通达回风大巷，采用分区式抽出式通风方式。
六、采区内煤层开采顺序为先采最上层煤
3.3巷道断面设计
3.3.1巷道断面设计应满足的条件
（1）保证人员通行安全；
（2）合理布置该断面的管路及电缆等；
（3）断面通过最大风量时，不得超过《规程》规定的风速；
（4）按水量要求，设置水沟；
（5）不得小于《规程》规定的最小净断面和最小净高度；
（6）满足其它要求，如需在巷道一侧堆放坑木和材料或安装其它设备等
3.3.2巷道断面选择
我国煤矿井下使用的断面形状，按其构成的轮廓可分为折线形和曲线形两大类，前者如矩形、梯形、不规则型；后者如半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、马蹄形、椭圆形和圆形等。
巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过围岩性质；巷道的用途及其服务年限；选用的支架材料和支护方式；巷道的掘进方法和采用的掘进设备因素。
一般情况下，作用在巷道上的地压大小和方向，在选择巷道断面形状时起主要作用。
当顶压和测压均不大时，可选用梯形或矩形断面；当顶压较大，侧压较小时，则应选用诸如马蹄形、椭圆形或者圆形等断面。
巷道的用途及所需的服务年限也是考虑选择巷道断面形状的不可或缺的因素。
服务年限长达几十年的开拓巷道，采用砖石混凝土和锚喷支护的各种拱形断面较为有利；服务年限十几年的准备巷道以往多采用梯形断面，现在采用锚喷支护和拱形断面日益增多；服务年限短的回采巷道因受采动影响，须采用具有可缩性金属支架的梯形断面。
本采区内服务年限长的运输大巷、主要运输石门，上山采用直墙半圆拱形；服务年限比较短的区段平巷可采用梯形或者矩形断面。
3.3.3巷道断面尺寸的确定
（1）采区输送机上山巷道断面图及参数：
围岩类别
断面/m2
设计掘进尺寸
喷射厚度/mm
净周长/m
净
设计掘进
宽度/mm
高度/mm
Ⅱ
14．5
16.4
4740
3970
120
14.5
采区输送机上山巷道断面图及尺寸
（2）采区轨道上山巷道断面图及参数
采区轨道上山巷道断面图
围岩类别
断面/m2
设计掘进尺寸
喷射厚度/mm
净周长/m
净
设计掘进
宽度/mm
高度/mm
Ⅱ
14．5
16.4
4740
3970
120
14.5
采区轨道上山巷道断面尺寸
（3）采区回风上山：
断面形状尺寸和上面的一样，但巷道内部布置任何东西，保持巷道通风流畅。
第四章回采工艺
4.1落煤
本设计采区采用采煤机割煤。
4.1.1采煤机选型
工作面综合生产能力的确定可根据下式计算：
A0=LV0MrC0
式中:
A0——工作面日生产能力，t/d；
V0——日推进度，m；
L——工作面长度，m；
M——煤层厚度，m；
r——视密度，t/m³；
C0——工作面采出率，一般取0.93～0.97。
则A0=216.4×6×2.7×1.4×0.95=4663t/d
采煤工作面四六工作制，一天18小时出煤，则每小时产量为
=230t/h。
2.采煤机生产能力确定
采煤机的生产能力确定应大于等于工作面生产能力，即：
采煤机生产能力可根据下式计算：
式中:
——采煤机牵引速度，m/min；
——采高，m；
——截深，m；
——视密度，t/m³。
则当牵引速度
=1.5时
=60×1.5×2.7×0.8×1.4=272t/h。
满足:
符合要求。
·
采高
适应煤倾角范围
滚筒直径
MG400/920WD
1.3m～2.4m
≤15º
1.2m
截深
牵引形势
牵引速度
最大生产能力
0.8m
无链电牵引
0～8.69m/min
1900t/h
过煤高度
总重
机面高度
煤层硬度
0.655m
60t
1.5m
f≤4
采煤机特征表
3.刮板输送机选型原则
刮板机的生产能力应大于采煤机的生产能力。
4.液压支架的选型原则
通常所选用的支架的最大结构高度比最大采高大200mm。
即：
Hmax=Mmax+0.2m。
最小结构高度应比最小的采高小250—350mm。
即：
Hmin=Mmin-（0.25～0.35）m。
设计煤层最大采高2.7m，最小采高1.5m，因此液压支架支护结构高度范围为：
1.2～2.9m。
型号
ZZ4400/16/33
外形
4530×1450×1600
支撑高度
1.6～3.3m
支架中心
1500mm
类型
支撑掩护式
移架步距
800mm
液压支架特征表
4.2支护
工作面内部使用XDY-1SW悬移液压支架支护；工作面端头支护方式为基本支架加走向迈步台棚支护，并采用超前支护方式，超前20m左右。
4.2.1支架选型及规格的确定
根据该矿井煤层顶底板情况和煤层赋存条件，参照近年来邻近矿区矿井综合机械化开采实践，确定选用支撑-掩护式液压支架。
支架支护强度按以下方式估算：
1、按顶板分类估算
式中：
——采高；采高等于平均煤厚
——顶板岩石容重，一般取γ=2.5t/m3；
——顶板破碎常数，取1.3；
——顶板周期来压不动载系数，与顶板岩石性质有关：
老顶级别：
—g=1.1
—g=1.3
—g=1.5～1.7
—g=1.8～2
本设计取g=1.6
——附加阻力系数，B=1.6；
——煤层倾角，取α=14°
则：
6#煤工作面：
0.6MPa
项目
单位
6#煤工作面
型号
ZZ-6000/29/47
支撑高度
mm
1640～3500
初撑力
kN
3712
工作阻力
kN
4479
支护强度
MPa
0.83
支架中心距
mm
1200
泵站压力
MPa
30.1
推移步距
mm
775
支架运输尺寸
mm
5900×1400×1640
液压支架技术参数表
2、按岩重法估算
式中
——采高，6#煤厚2.7m；
——顶板岩石容重，2.5t/m3；
——煤层倾，14°。
经计算：
6#煤工作面：
0.38～0.51MPa；
综上：
支护强度要大于0.51MPa，根据支护强度的计算，6#煤工作面选用ZZ-6000/29/47型支撑掩护式液压支架。
工作面端头支护：
工作面端头空顶区采用ZT1P28000/17/35型端头支架支护，支架控顶以外区域采用交错托棚支护，棚梁使用规格为Ф20cm×5.2m的一面平大梁，梁腿采用DZ35-20/110Q型外注液式单体支柱。
压力大时，增加单体支柱数量为一梁7-8柱。
ZT1P28000/17/35型端头支架的技术特征如表：
参数
技术特征
单位
型号
ZT1P28000/17/35
支撑高度
最大
3500
mm
最小
1700
mm
工作阻力
8000
kN
初撑力
6280
kN
支护强度
0.46
MPa
支架重量
35
t
对底板最大比压
0.61
MPa
端头液压支架技术特征
4.2.2工作面支架布置方式
工作面支架布置方式如下图：
1、采煤机；2、刮板输送机；3、液压支架；4、下端头支架；
5、上端头支架；6、转载机；7、可伸缩带式输送机；8、配电箱；
9、乳化液泵站；10、设备列车；11、移动变电站；
12、喷雾泵站；13、液压安全绞车；14、集中控制台
4.3采空区处理方法
4.3.1采空区处理方法
采用全部垮落法处理采空区。
4.3.2移架方式
设计采用的移架方式：
分段式移架，属于依次顺序式，单架依次顺序式，又称单架连续式，如图所示，支架沿采煤机牵引方向依次前移，移动步距等于截深，支架移成一条直线。
该方式操作简单，容易保证规格质量，能适应不稳定顶板，应用较多，技术相对成熟。
4.4采煤工艺
兼于本采区设计生产能力为120wt/a及地质条件、煤层赋存的情况以综合机械化回采较为合理
序号
设备名称
规格型号
单位
使用数量
采煤
掘进
备用
合计
1
湿失煤电钻
ZMS-12A
台
2
2
5
9
2
可弯曲刮板输送机
SGZ-630/220
台
1
1
3
悬移液压支架
XDY-1SW
架
220
40
260
4
乳化液泵站
RB80/200
组
2
2
5
注液枪
DZ-G1
支
12
2
14
6
回柱绞车
JH2-5
台
1
1
7
调度绞车
JD-11.4
台
2
3
2
7
8
调度绞车
JD-25
台
1
1
2
9
凿岩机
YT-24
台
4
2
6
10
砼喷射机
转子v5.5KW
台
1
1
11
砼搅拌机
安IV5.5KW
台
2
2
12
锚杆打眼安装机
MGJ-1
台
2
2
13
局扇
JBT51-2
台
2
1
3
14
煤巷掘进机
ELMB-75
2
2
15
1吨矿车翻车机
手动自制
1
1
16
发爆机
MFB-100
台
6
12
4
22
17
橡胶风筒
米
2100
2100
18
双滚筒采煤机
MG250-581-WD
台
1
1
19
喷雾泵站
PB-200/63
套
2
1
3
20
可伸缩胶带输送机
SD-80
台
4
1
5
21
可弯曲刮板输送机
SGW-40T
台
2
1
3
采煤机械设备表
4.5生产技术管理
4.5.1循环工艺流程
工作面采用分段追机作业，全工作面分为三段，移架滞后采煤机割煤，推移输送机滞后移架，具体流程为：
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