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采矿优化
目录
序言…………………………………………………………………………1
第一章采区巷道布置采区巷道布置
1.1采区巷道布置………………………………………………………3
1.2采区内的再划分……………………………………………………5
1.3
1.4确定采区内准备巷道布置和生产系统……………………………7
1.5
1.6采区中部甩车场线路设计…………………………………………10
第二章采煤工艺设计
2.1采煤工艺方式的确定………………………………………………16
2.2工作面合理长度确定………………………………………………19
2.3采煤工作面循环作业图表的编制…………………………………19
参考文献……………………………………………………………………20
序论
一、目的
1、初步应用《采矿优化》课程所学的知识，通过课程设计加深对《采矿优化》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
1、设计题目的一般条件
某矿第一开采水平上山某采（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（带）区走向长度3000m，倾斜长度1100m，采（带）区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，K1和K2煤层属简单结构煤层，硬度系数f=2，各煤层瓦斯涌出量也较小。
设计矿井的地面标高为+30米，煤层露头为-30m。
第一开采水平为该采（带）区服务的一条运输大巷布置在K3煤层底版下方25m处的稳定岩层中，为满足该采（带）区生产系统所需的其余开拓巷道可根据采煤方法不同由设计者自行决定。
2、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12°
（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°
三、课程设计内容
1、采区巷道布置设计；
2、采区中部甩车场线路设计（绕道线路和装车站线路）线路设计。
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《采矿优化》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经济比较。
第一章采区巷道布置
表一：
采区综合柱状图
序号
岩柱
厚度（m）
岩性描述
13
8.60
灰色泥质页岩，砂页岩互层
12
------------------------------------------------------------------------------------------------------
8.40
泥质细砂岩，碳质页岩互层
11
----------
0.20
碳质页岩，松软
9
6.9
K1煤层，=1.30t/m3
8
4.20
灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬
7
----------------------------------------------------------
7.80
灰色砂质泥岩
6
3.0
K2煤层
5
-----------------------------
-----------------------------
4.60
薄层泥质细砂岩，稳定
4
··················
3.20
灰色细砂岩，中硬、稳定
3
2.20
K3煤层，煤质中硬，=1.30t/m3
2
。
。
。
。
。
。
。
。
。
3.20
灰白色粗砂岩、坚硬、抗压强度60—80Mps
1
。
。
。
。
。
。
。
。
。
24.68
灰色中、细砂岩互层
1.1采区储量与服务年限
1、设计生产能力120万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+m3）×γ（公式1-1）
式中：
Zg----采区工业储量，万t；
H----采区倾斜长度，1100m；
L----采区走向长度，3000m；
γ----煤的容重，1.30t/m3；
m1----K1煤层煤的厚度，为6.9米；
m2----K2煤层煤的厚度，为3.0米；
m3----K3煤层煤的厚度，为2.2米；
Zg1=1100×3000×6.9×1.3=2960.10万t
Zg2=1100×3000×3.0×1.3=1287.00万t
Zg3=1100×3000×2.2×1.3=943.80万t
Zg=1100×3000×（6.9+3.0+2.2）×1.3=5190.9万t
（2）设计可采储量
ZK=（Zg-p）×C（公式1-2）
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，厚煤层可取75%，中厚煤层取80%，薄煤层85%。
P1=30×2×3000×6.9×1.3+15×2×（1100-30×2）×6.9×1.3+60×（1100-30×2）×1.3×6.9=245.42万t
P2=30×2×3000×3.0×1.3+15×2×（1100-30×2）×3.0×1.3+60×（1100-30×2）×1.3×3.0=106.704万t
P3=30×2×3000×2.2×1.3+15×2×（1100-30×2）×2.2×1.3+60×（1100-30×2）×1.3×2.2=78.3万t
ZK1=（Zg1-p1）×C1=（2960.10-245.42）×0.75=2036.01万t
ZK2=（Zg2-p2）×C2=（1287.00-106.704）×0.80=944.24万t
ZK3=（Zg3-p3）×C3=（943.80-78.3）×0.80=692.4万t
ZK=ZK3+ZK3+ZK3=2036.01+944.24+692.4=3672.65万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，120万t；
ZK----设计可采储量；
K----储量备用系数，取1.3。
T=ZK/（A×K）=3672.65/（120×1.3）=23.5a
取T=24年。
（4）验算采区采出率
（公式1-4）
式中：
n----区段数目，个；
------煤的容重，t/m3;
L1----工作面的长度，m;
b1-----区段单翼走向长度，m；
h1-----采煤机割煤高度，m；
h2-----放顶煤厚度，m；
-----放出系数，可取0.8；
-----工作面采出率，对于厚煤层，
=0.93；对于中厚煤层，
=0.95；对于薄煤层，
=0.97；
L2-----区段平巷宽度，m；
b2-----区段平巷高，m；
S------区段平巷双翼走向长度，m；
Zg-----采区工业储量，万t；
m1煤层：
=78.3%≥75%
故m1煤层满足要求。
m2煤层：
=88.74%≥80%
故m2煤层满足要求。
m3煤层：
=90.78%≥80%
故m2煤层满足要求。
综上所述：
m1,m2,m3均满足规程采出率要求。
1.2采区内的再划分
1.2.1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，上部留30m防水煤柱，下部留30m护巷煤柱，故其煤层倾向共有：
1100-60=1040m的长度，走向长度3000-30=2970m。
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120万t/a，一个中厚煤层的一个工作面便可以满足生产要求，采用沿空掘巷方式,巷道间留较小煤柱，取5米，如图1-2：
取区段平巷的宽度为4.5m，留5m小煤墙，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=（1100-2×30-（（4.5+5）×5）-4.5）/5=197.6m
1.2.2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，120万t/a；
Qr----工作面生产能力，t/天；
T----每a正常工作日，300天。
故：
Qr=A/（T×1.1）=120/（300×1.1）=3636.4t
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K1煤层：
1101
停
采
线
60m
1102
1103
1104
1105
1106
1107
1108
1109
1110
K1煤层工作面接替顺序：
1101→1102→1103→1104→1105→1106→1107→1108→1109→1110
对于K2煤层：
2101
停
采
线
60m
2102
2103
2104
2105
2106
2107
2108
2109
2110
K2煤层工作面接替顺序：
2101→2102→2103→2104→2105→2106→2107→2108→2109→2110
对于K3煤层：
3101
停
采
线
60m
3102
3103
3104
3105
3106
3107
3108
3109
3110
K3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。
1.3.1确定采区内准备巷道布置和生产系统
（1）完善开拓巷道
为了缩短采区准备时间并提高经济效益，根据所给地质条件，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。
（2）确定巷道布置系统
首先确定回采巷道布置方式，由于地质构造简单，无断层,煤层赋存条件好，涌水量较小，瓦斯涌出量较小，无自然发火倾向,直接顶较厚且易跨落。
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。
（3）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（由于K1,K2煤层在我的设计中相同，所以仅以K3煤层为例说明）：
方案一：
双岩石上山
将两条上山都布置在K3煤层底板岩石中，其中运输上山布置在距离底板15m处，轨道上山布置在运输上山上方5m，即距离K3煤层10m处。
如图1-3：
方案二：
双煤层上山
将两条上山都布置在K3煤层中。
如图1-4：
方案三：
一岩一煤上山
将两条上山分别布置在K3煤层的底板和煤层中，运输上山布置在距离K3底板5m处，轨道上山布置在K3煤层中。
如图1-5：
技术经济比较：
表1-6掘进费用表
方案
工程名称
方案一
方案二
方案三
单价
工程量
费用
（万元）
工程量
费用
（万元）
工程量
费用
（万元）
岩石上山（m）
1578
1100×1.2×2=2640
416.6
0.00
0.00
1100×1.2=
1320
208.3
煤层上山（m）
1248
0.00
0.00
1100×1.2×2=
2640
338.976
1100×1.2=
1320
169.488
煤仓
（元/m3）
144
1.2×3.14×42×15/0.924×5=
4893.506
70.5
0.00
0.00
1.2×3.14×42×5/0.924×5
=1631.796
23.5
甩入石门（元/m）
1152
1.2×10/0.276×5=
434.8
50.1
0.00
0.00
0.00
0.00
合计
537.2
338.976
410.288
表1-6维护费用表
方案
工程名称
方案一
方案二
方案三
单价
工程量
费用
（万元）
工程量
费用
（万元）
工程量
费用
（万元）
岩石上山（m）
40
2640×16
=42240
168.96
0.00
0.00
1320×16
=21120
84.48
煤层上山（m）
90
0.00
0.00
2640×16
=42240
380.16
1320×16
=21120
190.08
煤仓
（元/m3）
80
93.6×16
=1497.6
11.98
0.00
0.00
31.2×16
=2496
19.968
甩入石门（元/m）
80
434.8×16
=6956.8
55.7
0.00
0.00
0.00
0.00
合计
236.64
380.16
294.528
表1-6辅助费用表
方案
工程名称
方案一
方案二
方案三
单价
工程量
费用
（万元）
工程量
费用
（万元）
工程量
费用
（万元）
煤仓
（元/m3）
951
434.8
41.35
0.00
0.00
31.2
2.97
甩入石门（元/m）
951
93.6
8.9
0.00
0.00
0.00
0.00
合计
50.25
2.97
表1-6费用总汇表
费用项目
方案一
方案二
方案三
掘进费用
537.2
338.976
410.288
维护费用
236.64
380.16
294.528
辅助费用
50.25
0.00
2.97
费用总计
824.09
719.136
675.736
百分率
121.95%
106.42%
100%
表1-7技术比较表
方案一
方案二
方案三
优点：
两条上山均布置在岩石中，巷道稳定，受采掘干扰较小，且维护容易
两条上山均布置在同一煤层中，降低了出矸量，提高了煤炭的生产率，掘进容易
兼有方案一和二的优点，维护较容易
缺点
岩石工程量大，掘进费用高，工期长
维护困难，受采掘影响较大
增加了岩石工程量，降低了生产率，增加了掘进成本
综上技术经济比较所述：
故选择方案三，即一煤一岩上山的煤层群联合布置的准备方式，其示意图如图1-5。
工作面推进位置的确定：
在采区巷道布置中，工作面布置及推进到的位置应以达到采区设计产量安全为准，工作面应推进到距上山20m处停采线位置处，即为避开采掘影响对上山的影响而留设的20m护巷煤柱处。
采区上部和下部车场选型：
（1）考虑到采用采用采区上部车场有车辆运行顺当、调车方便等优点和有通风不良，有下行风的缺点，确定采用上部平车场。
（2）由于运输大巷距阶段运输大巷25m，采区生产能力大，故下部车场可选择大巷装车式下部车场。
1.4采区中部甩车场线路设计
1.4.1斜面线路联接系统参数计算
该采区开采近距离煤层群，倾角为12°。
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，甩车场存车线设双轨道。
斜面线路布置采用二次回转方式。
（1）道岔选择及角度换算
由于是辅助提升故道岔均选择DK615-4-12（左）道岔。
道岔参数为α1=14°15′，a1=a2=3340,b1=b2=3500。
斜面线路一次回转角α1=14°15′
斜面线路二次回转角δ=α1+α2=14°15′+14°15′=28°30′
一次回转角的水平投影角α1′=arctan（tanα1/cosβ）=14°47′58″（β为轨道上山倾角16°）
二次回转角的水平投影角δ′=arctan（tanδ/cosβ）=29°17′34″（β为轨道上山倾角16°）
一次伪倾斜角β′=arcsin（sinβcosα1）=arcsin（sin16°cos14°15′）=15°29′42″
二次伪倾斜角β″=arcsin（sinβcosδ）=arcsin（sin16°cos28°30′）=154°1′6″
为了使计算直观简便，做出车场线路布置草图如图1-8：
图1-8中部甩车场线路计算草图
图1-8中部甩车场线路计算草图
（2）斜面平行线路联接点参数确定如图1-9：
本设计采用中间人行道，线路中心距S=1900mm，为简化计算，斜面联接点距中心距与线路中心距相同，曲线半径取R′=9000mm，则各参数计算如下：
B=Scotα=1900×cot14°15′=7481mm
m=S/sinα=1900/sin14°15′=7719mm
T=Rtan（α/2）=9000×tan（14°15′/2）=1125mm
n=m-T=7719-1125==6594mm
c=n-b=6594-3500=3094mm
L=a+B+T=3340+7481+1125=11946mm
（3）竖曲线相对位置
竖曲线相对参数：
高道平均坡度：
ia=11‰,rg=arctania=37′49″
低道平均坡度：
id=9‰,rd=arctanid=30′56″
低道竖曲线半径：
Rd=9000mm
取高道竖曲线半径：
Rg=20000mm
高道竖曲线参数：
βg=β′-rg=15°29′42″-37′49″=14°51′53″
hg=Rg（cosrg-cosβ′）=20000（cos37′49″-cos15°29′42″）=725.71mm
Lg=Rg（sinβ′-sinrg）=20000（sin15°29′42″-sin37′49″）=5123.08mm
Tg=Rg×tan（βg/2）=20000×tan（14°51′53″/2）=2609.03mm
Kg=Rg×βg/57.3°=5188.38mm
低道竖曲线参数：
βd=β′＋rd=15°29′42″-30′56″=16°38″
hd=Rd（cosrd-cosβ′）=9000（cos30′56″-cos15°29′42″）=326.75mm
Ld=Rd（sinβ′-sinrd）=9000（sin15°29′42″＋sin30′56″）=2485.37mm
Td=Rd×tan（βd/2）=9000×tan（16°38″/2）=1265.71mm
Kd=Rd×βd/57.3°=2514.75mm
最大高低差H：
由于是辅助提升，储车线长度按三钩计算，每钩提1t矿车3辆，故高低道储车线长度不小于3×3×2=18m，起坡点间距设为零，则有：
H=18000×11‰+18000×9‰=360mm
竖曲线的相对位置：
L1=[（T-L）sinβ+msinβ″+hg-hd+H]=2358.83mm
两竖曲线下端点（起坡点）的水平距离为L2，则有
L2=L1cosβ′+Ld-Lg=2358.83×cos15°29′42″+2485.37-5123.08=-364.61mm
负值表示低道起坡点超前与高道起坡点，其间距满足要求，说明S选取2000mm合适。
（4）高低道存车线参数确定
闭合点O的位置计算如图1-10：
设高差为X，则：
tanrd=（X-△X）/Lhg=0.009
tanrg=（H-X）/Lhg=0.011
△X=L2×id=364.61×0.009=3.281mm
将△X带入则可得X=163.80mm，Lhg=17835.93mm
（5）平曲线参数确定
取曲线外半径R1=9000mm
取曲线内半径R2=9000-1900=7100mm
曲线转角α=14°47′58″
K1=R1α/57.3°=9000×14°47′58″/57.3°=2324.52mm
K2=R2α/57.3°=7100×14°47′58″/57.3°=1833.79mm
△K=K1-K2=2324.52-1833.79=490.73mm
T1=R1tanα/2=1168.85mm
T2=R2tanα/2=922.09mm
（6）存车线长度
高道存车线长度为Lhg=17835.93mm；
低道存车线长度Lhd=Lhg-L2=17835.93+364.61=18200.54mm；
存车线处于曲线段处，高道存车线处于外曲线，外曲线和内曲线得弧长之差为
△K=K1-K2=2324.52-1833.79=490.73mm
则有低道存车线得总长度为
L=Lhg＋△K=17835.93+490.73=18326.66mm
具有自动下滑得长度为17835.93mm，平破长度为490.73mm，应在闭合点之前。
存车线直线段长度d:
d=Lhd-C1-K2=18200.54-2000-1833.79=14366.75mm
在平曲线终止后接14366.75mm得直线段，然后接存车线第三道岔得平行线路联接点。
存车线单开道岔平行线路连接点长度Lk：
存车线单开道岔DK615-4-12，。
则Lk=a+B+T=3340+7481+1125=11946mm
（7）甩车场线路总平面轮廓尺寸及坡度：
M2=a×cosβ+（b+L+a+L1+Td）cosβ′cosα+（Td+C1+T1）cosα+T1+d+Lk
=3340×cos16°+（3500+8606+3340+2358.83+1265.71）×cos15°29′42″×
cos14°47′58″+（1265.71+2000+922.09）×cos14°47′58″+
922.09+14366.25+11946
=52262.07mm
H2=（b+L+a+L1+Td）cosβ′sinα+（Td+C1+T1）sinα+S
=（3500++3340+2358.83+1265.71）×cos15°29′42″×sin14°47′58″+
（1265.71+2000+922.09）×sin14°47′58″+1900
=7663.97mm
（8）线路各点标高
设低道起坡点标高
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