煤矿采区课程设计.docx

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煤矿采区课程设计

一、设计题目

课程设计条件

采

区

概

况

位置

某矿东翼二采区，西部以一采区为界，东部以三采区为界

走向长度

自量，倾斜长度自量

大巷位置

回风大巷及运输分别设在+50M和-250M标高

运输方式

大巷采用3吨底卸式，架线电机车牵引14个

井底车场

环形车场

瓦斯等级

相对涌出量5m3/吨日

矿井通风方式

对角式

地表特征

柱状图

煤层赋

存条件

可采煤层数

倾角

厚度

煤岩性质

柱状

厚度m

砂岩

15

砂页岩

2

2#煤

4

砂页岩

12

3#煤

3.5

粗砂岩

20

4#煤

2.5

中砂岩

10

自量

C24m

C33.5m

C42.5m

地质

构造

断层

褶曲

火成岩侵入

无

走向有起伏

其他

发火期

2~3个月

设计

任务

确定采区生产能力为90万/年的采煤方法。

二、设计图纸的内容

本设计绘制两张大图（零号图纸）

1、采煤工作面层面图（1：

4000），剖面图（1:

4000），

2、工作面巷道布置平面图（1：

300）和剖面图。

设计图纸上、下、右各留10mm边框线，左边留25mm边框线，右下角留出标题栏。

第一章采区巷道布置

第一节采区储量与服务年限

1、设计生产能力90万t/年。

2、采区工业储量、设计可采储计算

（1）采区工业储量

Zg=H×L×（m1+m2）×γ（公式1-1）

式中：

Zg----采区工业储量，万t；

H----采区倾斜长度，1040m；

L----采区走向长度，2780m；

γ----煤的容重，1.50t/m3；

m1----煤层煤的厚度，为4米；

m2----煤层煤的厚度，为3.5米；

m3----煤层煤的厚度，为2米

Zg1=1040×2780×4.0×1.5=1734.72万t

Zg2=1040×2780×3.5×1.5=1517.88万t

Zg3=1040×2780×2.5×1.5=1084.2万t

Zg=1040×2780×（2.5+3.5+4）×1.5=4336.8万t

（2）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t；

C----采区采出率，厚煤层取75%，中厚煤取80%，薄煤层85%。

P1=15×2×2780×4×1.5+15×2×（1040-15×2）×4×1.5=82.36万t

P2=15×2×2780×3.5×1.5+15×2×（1040-30）×3.5×1.5=73.8万t

P3=15×2×2780×2.5×1.5+15×2×（1040-30）×2.5×1.5=52.74万t

Z1=（Zg1-p1）×C=（1734.72-82.36）×0.75=1238.82万t

Z2=（Zg2-p2）×C=（1517.88-73.8）×0.8=1155.3万t

Z3=（Zg3-p3）×C=（1084.2-52.74）×0.8=825.17万t

ZK=Z1+Z2+Z3=1238.82+1155.3+825.17=3219.29万t

（3）采区服务年限

T=ZK/（A×K）（公式1-3）

式中：

T----采区服务年限，a;

A----生产能力，90万t；

ZK----设计可采储量；

K----储量备用系数，取1.3。

T=ZK/（A×K）=3219.29/（90×1.3）=27.52a

取T=28年。

（4）验算采区采出率

采区采出率

C=（Zg-P）/Zg（公式1-4）

式中：

C-----采区采出率，%

Zg----采区的工业储量，万t

P----采区的煤柱损失量，万t

1煤层：

C1=（Zg1－P1）／Zg1=（1734.12-82.36）／1734.12=95.2%>75%

2煤层：

C2=（Zg2－P2）／Zg2=（1517.88-73.8）／1517.88=95.1%>75%

2煤层：

C3=（Zg3－P3）／Zg3=（1084.2-52.74）／1084.2=95.1%>75%

则1#、2#、3#均满足采区回采要求。

（符合国家对采区采出率的要求。

）

第二节采区内的再划分

1、确定工作面长度

由已知条件知：

该煤层左右边界各有15m的边界煤柱，上部、下部留15m护巷煤柱，故其煤层倾向共有：

1040-30=1010m的长度，走向长度2780-30=2750m。

地质构造简单，煤层附存条件较好，瓦斯涌出量小。

且现代工作面长度有加长趋势，且采煤工艺选取的是较先进的综采。

又知，一般而言，考虑到设备选型及技术方面的因素综采工作面长度为180～250m，巷道宽度为4m～4.5m,本采区选取4.5m，且采区生产能力为90万t/a，一个中厚煤层的一个工作面便可以满足生产要求，采用双巷布置,巷道间留煤墙，取5米，如图1-2：

取区段平巷的宽度为4.5m，留5m煤墙，则采煤工作面长度为：

L1=（b-2×q-（（2×L2+p）×n-p））/n（公式1-5）

式中：

L1——工作面长度，m；

L2——区段平巷宽度，m；

b——采区倾向长度，m；

q——采区上下边界预留煤柱宽度，m；

P——护巷煤柱宽度，m；

n——区段数目，个；

L1=（1040-2×15-（（2×4.5+5）×5）-5）/5=181m，取L=180

2、工作面生产能力

Qr=A/（T×1.1）（公式1-6）

式中：

A----采区生产能力，90万t/a；

Qr----工作面生产能力，t/天；

T----每a正常工作日，330天。

故：

Qr=A/（T×1.1）=90/（330×1.1）=2479.3t

目前，煤炭企业生产系统向高产高效集中化生产的方向发展，新建大型化矿井均朝“一矿一井一面”的设计思想改革，采用提高工作面单产，用一个工作面的产量来保证整个矿井的设计生产能力，故为适应现阶段煤炭行业的知道规范，本采区设计一个采煤工作面。

其工作面接替顺序如下表：

对于1#煤层：

1102

停

采

线

40m

1101

1104

1103

1106

1105

1108

1107

1110

1109

1#煤层工作面接替顺序：

1101→1102→1103→1104→1105→1106→1107→1108→1109→1110

对于2#煤层：

2102

停

采

线

40m

2101

2104

2103

2106

2105

2108

2107

2110

2109

2#煤层工作面接替顺序：

2101→2102→2103→2104→2105→2106→2107→2108→2109→2110

对于3#煤层：

3102

停

采

线

40m

3101

3104

3103

3106

3105

3108

3107

3110

3109

3#煤层工作面接替顺序：

3101→3102→3103→3104→3105→3106→3107→3108→3109→3110

注：

箭头表示回采工作面的接替顺序。

第三节确定采区内准备巷道布置及生产系统

一、根据所选题目条件，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1#煤层中上部边界+50处开掘一条阶段回风大巷。

第一开采水平为该采区服务的一条运输大巷，布置在3#煤层底板下方-250的稳定岩层中。

二、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较

确定采区巷道布置系统，采区内有三层煤，采用联合布置，每一层都布置5个工作面，根据相关情况初步制定以下三个方案进行比较。

方案一：

（一）.煤层上山

方案一示意图

1.优缺点

煤层上山掘进容易，费用低，速度快，联络巷道工程量少，生产系统简单并可补充勘探资料。

但是巷道维护困难，成本高。

2.适用条件

（1）、开采薄或中厚煤层的采区，采区服务年限短；

（2）、开采分层数少的厚煤层，煤层顶底板岩石比较稳固、煤质中硬以上；

（3）、煤层群联合准备的采区，下部有维护条件好的薄及中厚煤层。

方案二：

（一）.岩石上山

图1-3方案二示意图

1.优缺点

岩石上山布置在煤层底板岩层中，掘进速度慢，准备时间长，受煤层倾角变化和走向断层影响小，维护条件好，维护成本低。

2.适用条件

服务年限长的采区。

上山条数的确定

采区上山至少要有两条，即一条运输上山，一条轨道上山。

当采区生产能力较大、瓦斯涌出量较大、下山采区、后煤层采区以及煤层群联合布置时，常增加一条通风上山，并兼作行人和辅助提升之用。

本采区采用2条上山。

上山间的相互关系

采区上山之间在层面上需要保持一定间距。

当采用两条岩石上山布置时，其间距一般取20～25m；采用三条岩石上山布置时，其间距缩小到10～15m。

采区上山可以在同一层位的煤岩层中，也可以根据需要，在层位上保持一定的高差。

上山的用途

上山布置在岩层中，分别为轨道上山、运输上山。

轨道上山是用于运输采区的材料、工作人员、设备、矸石、铺设管路和电缆线以及铺设轨道，主要担负采区辅助运输工作，常在轨道上山的上部布置绞车房，同时还作为采区的进风巷道，新鲜空气从轨道上山分别向采区各地方供给；在轨道上山内可以修水沟，起由工作面，经区段运输平巷流下来的矿水的引流的作用。

运输上山主要是用于运输煤炭。

综上所述，确定本采区的上山布置在煤层底板岩层中，采用双岩布置上山，上山间距为20m。

分别为为轨道上山、运输上山。

三、采区巷道的形式

我国煤矿井下使用的巷道断面形状，按其结构的轮廓线可以分为两种：

折线型：

矩形、梯形、不规则形；

曲线型：

直墙拱形（如三心拱形、半圆拱形、圆弧拱形）以及封闭拱形、椭圆形、圆形等。

见图3-1巷道断面形状。

图3-1巷道断面形状

1、影响巷道断面选择的因素

1、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。

2、巷道用途和服务年限也是选择巷道断面形状不可缺少的重要因素。

3、矿区的支架材料和习惯使用的支护方式，也直接影响巷道断面形状的选择；

4、掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定影响。

5、需要风量大的矿井，选择通风阻力小的断面和支护方式，有利于安全和具有经济效益。

综上所述，采区上山的断面形状选择拱形巷道，其宽取4m，墙高取1.8m。

因此采区上山的总净高度为3.8m，以保证能满足运输能力、通风和行人的要求。

采区平巷（区段运输平巷和区段回风平巷）也是拱形巷道，借以缓和地应力对巷道的影响。

（巷道断面图如下）

采区上山断面图

区段回风平巷断面图

在采区中，上山布置在煤层底板相对较稳定岩层中，围岩比较稳定，可以采用锚网联合支护。

其余的巷道也可用同样支护方式支护，必要或局部需要时，还可使用一些加强支护。

2、采区巷道掘进顺序

注释：

在上表中，步骤二轨道上山、运输上山应当同时掘进，以减少贯通的时间。

步骤四中，应先掘进运输和回风石门，然后一组掘进区段平巷（区段运输平巷或区段回风平巷皆可），一组掘进溜煤眼。

第四节确定工作面回采巷道布置方式及工作面推进终点位置

1、根据煤层储存条件可知，1#煤层厚4m，2#煤层厚3.5m，为厚煤层和中厚煤层，瓦斯含量较低，涌水量也较小，易于维护。

采用双巷布置，且一个工作面就可