河南理工大学矿井开采课程设计Word文档下载推荐.docx
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50）
2．采区准备巷道布置平面图（1：
2000）和剖面图
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、培养采矿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
所设计第一采区的生产能力为60万吨。
三、课程设计内容
井田境界：
走向长度为3059～3422m，倾向长度为1094m。
采区境界：
走向长度为1165～1317m，倾向长度为1094m。
15号煤层：
煤层厚5.05-8.60m，平均6.01m。
顶板为砂质泥岩或细砂岩，底板以砂质泥岩，地面标高+1210m~1480m；
煤层埋藏稳定。
煤的容重γ=1.4t/m3。
煤质中硬偏软，坚固性系数f=0.3～1.0.
矿井开采技术条件：
矿井正常涌水量Q正=300m3/h。
矿井最大涌水量Q大=630m3/h。
瓦斯相对涌出量q=20.5m3/d·
t；
煤尘无爆炸性，有自然发火倾向。
煤为特低灰-高灰、中硫-中高硫贫煤、无烟煤。
1、采区或带区巷道布置设计；
2、采煤工艺设计及编制循环图表。
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60万t/a。
2、采区的工业储量、设计可采储量。
（1）采区的工业储量
在所设计采区，煤层的走向长度为约为1520m，煤层的埋藏深度约为1100m，计算煤层的倾角
：
………………………………………（公式1-1）
由计算知煤层的倾角
，煤层为缓斜煤层，在计算采取的工业储量时，可以近似认为煤层倾向长度等于其在水平投影的长度。
在计算采区的工业储量时，钻井所测煤层三点的厚度分别为
，
。
（1）采区的工业储量
………………………………………（公式1-2）
式中：
----设计采区工业储量，单位为万t；
S----设计一采区表面积为S=2.08×
106m2
γ----煤的容重为
；
m----三个钻井处平均煤层厚度为m=5.22m；
Zg=2.08×
106×
1.4×
5.22=1520.06万t
（2）设计可采储量
……………………………………………………（公式1-3）
ZK----设计采区的可采储量，单位为万t；
Zg----采区工业储量，单位为万t；
p----永久煤柱损失量，单位为万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----上下两端永久煤柱损失量，左右两边永久煤柱损失量，单位为万t；
Zk=（Zg-P）×
C=（1520.06-105.11）×
0.75=1061.21万吨
（3）采区服务年限
…………………………………………………………（公式1-4）
T----采区服务年限单位为a;
A----采区生产能力为60万t；
ZK----设计可采储量为1061.21万t；
K----储量备用系数，取1.3;
=1061.21/（60×
1.3）=13.6年
采区服务年限取为14年。
（4）验算采区采出率
在所设计厚煤层中：
………………………………………………………（公式1-5）
C-----采区采出率，%；
Zg----煤层的工业储量，单位为万t；
p----煤层的永久煤柱损失，单位为万t；
=（1520.06-105.11）/1520.06=93.08%>
75%满足要求。
第二节采区内的再划
为了对各煤层选择合理的采煤方法，必须详细研究煤层的赋存条件和地质特征，结合具体地质条件和技术条件，综合考虑高产、高效、材料消耗少，成本低、便于管理等因素。
设计时应尽量采用行之有效的的先进技术，积极提高机械化水平。
结合本设计采区的实际情况，采用合理的采煤方法。
一采区平均厚度5.22m，煤层倾角在8°
左右。
同时煤层有易自燃发火倾向，煤尘无爆炸性。
顶板为砂质泥岩或细砂岩，底板以砂质泥岩，煤层顶板易垮落，底板中等稳定。
地面标高+1210m~1480m；
根据井田煤层赋存的地质条件，结合目前我国各种采煤方法的发展和使用情况，以及机械化水平的的提高，选择矿井的采煤方法为走向长壁，采煤工艺为综合机械化放顶煤采煤。
1、采煤方法的选择
采煤方法的选择应该结合具体地质条件和技术条件，综合考虑高产、高效、材料消耗少，成本低、便于管理等因素。
在所设计的采区中考虑到煤层属于缓斜厚煤层，煤层顶底板为砂质泥岩或细砂岩，在采煤施工中支护技术要求高，支护困难；
煤质为中硬偏软，煤尘无爆炸性，有自然发火倾向，煤为特低灰-高灰、中硫-中高硫贫煤、无烟煤等特点，矿井正常涌水，煤层瓦斯涌出量等特点。
本采区在采煤施工中，将煤层分为两层，顶分层采煤工作面的顶板采用单体液压支柱进行支护，其采煤采用综合机械化采煤工艺，但是要增加为下部分层铺设假顶的工作，以确保下分层，尤其是低分层的开采有足够的采高。
2、确定采煤工艺的参数
根据现有采煤工艺特点及综采设备的使用效果，确定采区工作面长度为200m，分为10个区段。
在采区布置采区下部车场，轨道上山和运输上山通过区段煤层的中部，采用综采工艺进行回采。
将每一区段分为采高为2.5～4.3m的煤层，从而进行缓斜分层走向长壁下行垮落采煤法进行开采。
3、采煤工作面的生产能力
………………………………………………………（公式2-1）
A0-----回采工作面年生产能力，单位为t；
L-----工作面推进度，单位为m/a；
l-----工作面长度，单位为m；
m-----煤层厚度，单位为m；
γ-----煤的容重，单位为t/m3；
K-----工作面回采率，取0.93.
本采区采用综合机械化采煤工艺，工作制为三八制，二班半采煤半班准备，双向割煤往返一次割两刀，截深为5.3m，一年工作330天，工作面长度为200m，工作面的回采率取0.93，所以采煤机推进度
，年掘进度L=（L0×
0.93）/10=55242m
所以：
采煤机实际年生产能力：
A0=ι×
L×
m×
γ×
K=55242×
5.3×
210×
0.93=80.05万t/a
4、确定采区工作面接替顺序
生产能力为60万t/a，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。
在采区进行施工生产时，采用上山施工的方式，先第一区段的煤层，然后由上向下依次进行施工作业。
以第一区段为例进行施工作业方式及施工顺序进行说明。
沿第一区段进行划分采高为2.5～4.3m的煤层，运输上山和轨道上山位于第一区段中部。
在上水平布置区段回风大巷，下水平布置区段运输大巷。
利用缓斜煤层下行垮落法进行施工作业，并为下部煤巷的作业铺设人工假顶。
随着采煤工作面的推进，有计划地进行采空区的支护与放顶，采下的煤沿平行于采煤作业面的方向运出采场。
区段1
001
002
区段2
区段3
区段4
区段5
区段6
区段7
区段8
区段9
区段10
图1第一采区工作面接替顺序图
第一采区煤层施工顺序：
区段1（001→002）→区段2（001→002）→区段3（001→002）→区段4（001→002）→区段5（001→002）→区段6（001→002）→区段7（001→002）→区段8（001→002）→区段9（001→002））→区段10（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，在第一开采水平中，在开采煤层的两端分别布置区段回风大巷和运输大巷，随着工作面的推进有计划的处理采空区。
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，同时为减少煤柱损失，提高采出率，随着顶分层的垮落，保留上水平的区段运输平巷，作为下分层的区段回风巷。
方案一：
两条岩石上山
在地板高度1280m的煤层，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；
石门联系各煤层。
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：
一煤一岩上山
在地板高度1280m的煤层，15m处岩石中布置一条岩石运输上山，在地板高度1280m的煤层煤层中布置另一条轨道上山，石门联系各煤层。
节省了一条岩石上山，相对减少了岩石工程量，但轨道上山不易维护，维护费用高，需要保护煤柱。
岩石工程量达，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
通过方案一、方案二的比较，根据生产的需要，采用方案一。
在此基础上，可以在满足生产、安全和施工基础上，提高巷道利用率从而减小巷道的掘进工作量，取得最大的经济效益。
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.：
单巷沿空掘巷掘进方式。
分析：
已知采区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，同时，各煤层瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。
因此有利于综合机械化作业，可以充分发挥棕采高产高效的优势。
同时，为减小煤柱损失，提高采出率。
综合考虑各种因素，采用沿空掘巷掘进方式。
这种方式掘出的巷道正处在应力降低区，即好维护又提高了采出率，有取代沿空留巷的趋势。
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。
第二章采煤工艺设计
第一节采煤工艺方式的确定
1、选一采区煤层为对象设置采煤工艺。
由于煤层厚度为5.22m，属于厚煤层，煤质中硬偏软，坚固性系数f=0.3～1.0，结构简单，无断层，可采用走向长壁放顶煤采煤法，综合机械化采煤，一次采全厚放顶煤开采，沿煤层底板布置机采工作面，一次采出煤层的全部厚度。
根据实际情况和设备检修能力，组织两班采煤，一班准备的三班作业制。
双向割煤往返一次割两刀，截深为600mm，一年工作330天，工作面长度为170m，工作面的回采率取0.93。
割五刀放一次顶煤，放煤步距为1.2m。
采煤机割煤高度为1.8m，放煤高度平均为3.4m，采放比为1：
1.89。
放顶步距：
割两刀放一次顶煤，放顶步距0.6×
2=1.2m。
据《采矿工程设计手册》，一般情况下，当采用小截深（0.5～0.6m）时，割两刀放一次顶煤，放煤步距为2倍的采煤机截深。
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→放顶煤支架放煤→放顶煤支架前移。
2、综采工作面的设备选用国产设备。
3、采煤。
工作面长度为170m,煤层倾角平均为8°
顶底板都比较稳定。
倾向长度为2011m，煤厚为5.22m，采用走向长壁放顶煤采煤法，综合机械化采煤，一次采全厚放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。
（1）落煤方式与采煤机的选择
采用综合机械化采煤，双滚筒采煤机直接落煤和装煤。
根据工作面的位置，选择采煤机滚筒的旋转方向，依据采区的设计生产能力确定工作面每天的推进度为：
选择采煤机的滚筒截深为600mm，每天正规循环推进十刀，每个循环0.6m，可满足每天至少推进3.65m的要求。
根据煤层的实际情况，经查《采矿设计手册》，选用合适采煤机。
（2）进刀方式：
为了合理利用工作时间，提高效率,采用往返两刀割煤方式。
采煤机自工作面下切口开始上行割顶煤，放顶煤支架临时支护顶板。
放顶煤支架滞后采煤机一定距离依次开动推移千斤顶推移输送机，与此同时，输送机铲煤板清浮煤。
推移完输送机后，放顶煤支架临时支护顶板，割两刀放一次顶煤。
（3）放煤方式：
单轮、间隔、多口放煤。
将工作面分成2~3个段，段内同时开启相邻两个放煤口，每次放出三分之一到二分之一的顶煤量，按顺序循环放煤，将该段的顶煤全部放完，然后再进行下一段的放煤，这种方式工艺简单，便于工人掌握，并可在实践中逐步提高采出率。
A-上行割煤、推移刮板输送机；
B－下行重复上行工序；
割三角煤进刀方式示意图
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：
SGZ-730/260；
（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YFS3000-19/28型放顶煤支架。
（3）移架方式：
由于采用及时支护方式，而且工作面每天推进6刀，故选择顺序移架方式进行移架。
顺序移架方式移架速度快，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。
5、支护
端头支架：
由于巷道宽4.5m，而架宽为1.5m，因此选3架，左右两端共需6架。
从《采矿设计手册》选用如下设备：
端头支架型号：
PDZ（掩护式）
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：
最小结构高度应比最小的采高小250～350mm，即：
已知选用的ZZS6000—17/37支撑掩护式液压支架的最大结构高度3.7m，满足要求。
支架的最小结构高度为
，满足要求。
②校核强度
由
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。
F-----为支架支护面积，
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%
<
支架工作阻力6000KN，满足要求。
（5）.处理采空区:
采空区全部垮落。
第二节工作面合理长度的验证
1、从煤层地质条件考虑
该采区可采煤层的地质条件较好，无断层，煤层倾角为8°
，煤层厚5.05-5.30m，平均5.22m。
根据采煤工艺布置170m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60万t/a。
正规循环每天进六刀，采煤机滚筒截深为600mm，所以煤层的工作面实际年生产能力为：
A0=ι×
170×
0.93=64.80万t/a
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170米在管理上可以的。
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，综采工作面的长度一般在150~250m，所以选择的工作面的长度为170m较合适。
另外，工作面的瓦斯涌出量较低，通风问题能够解决。
5．从巷道布置角度考虑
由于采区倾斜长度为1094m，除去煤柱宽及巷道宽125m，剩余969m，把每个工作面长度定为170米，n=969/170=5.7取n=6即分为6工作面。
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
综采工作面一般以割煤、移架、推溜三个主要工序为主线。
完成这三个工序即为完成一个循环。
故常布置多循环方式组织作业，在册人数为104人，见下劳动组织表。
在安排作业方式时，必须把机械设备检修作为综采的一个工序，适当安排，保证检修时间。
劳动组织表
序号
工种
班次
合计
一班
二班
检修
1
支架
4
8
2
机组司机
3
移溜工
6
泵站司机
5
电工
溜子司机
7
机组检修
支架检修
9
泵站检修
10
电检修
11
端头工
12
溜子检修
13
破煤工
14
修护工
15
记录员
16
送料工
17
班长
18
井下保管
19
材料员
20
队长
22
48
92
综采生产、割煤和移架平行作业，无须单独回柱放顶时间。
因此，准备班的工作量不是太大，主要是检修设备、更换易损零部件、前移转载机、回收运输和回风巷支架、平巷超前支护工作。
在工作面还有如加固煤壁、扶正支架、整理工作面端头等。
但这些工作可以平行进行，一般一班即可顺利完成。
循环作业图表：
3、技术经济指标表
项目
单位
指标
工作面倾角
（°
工作面长度
m
170
工作面采高
3.40
进刀深度
0.6
昼夜出勤工
工
53
回采工效率
吨/工
50.1
截齿消耗
个/万吨
40
乳化液消耗
千克/万吨
60
工作面回采率
%
93
油脂消耗
综采工作面层面布置图（1：
50）
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