河南理工大学矿井开采课程设计.docx
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河南理工大学矿井开采课程设计
目 录
第一章 采区巷道布置………………………………………3
第一节 采区储量与服务年限…………………………………………3
1、采区生产能力。
2、采区的设计可采储量；
3、采区的服务年限；
4、验算采区采出率。
第二节 采区内的再划分……………………………………………….6
1、采煤工作面长度；
2、采区内的区段数目；
3．工作面生产能力；
4、采区内采煤工作面数目及工作面接替顺序。
第三节 确定采区内准备巷道布置及生产系统………………………8
1、采区所需开拓巷道的完善
2、方案技术分析与经济比较
3、回采巷道布置方式分析
4、通风系统简图
5、上、下部车场选型。
第二章采煤工艺设计……………………………………….10
第一节 采煤工艺方式的确定…………………………………………10
1、采煤方法设计
2、采煤机的选用
3、采煤
4、装煤
5、运煤
6、支护
7．处理采空区
第二节 工作面合理长度的验证…………………………………….13
1、煤层地质条件
2、工作面生产能力
3、运输设备及管理水平
4、顶板管理及通风能力
5、工作面长度确定
第三节 采煤工作面循环作业图表的编制………………………….15
1．工作面布置图、循环作业图、劳动组织表、技术经济指标表
2．工种及出勤人数
六、图纸设计…………………………………………………………..19
1．采煤工作面层面布置图（1：
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）
式中：
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）
式中：
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）
式中：
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。
矿井正常涌水量Q正=300m3/h。
。
瓦斯相对涌出量q=20.5m3/d·t；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；煤层埋藏稳定。
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。
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。
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）
式中：
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=55242×5.3×210×1.4×0.93=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
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
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。
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。
方案一：
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
方案二：
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。
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
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。
由
式中：
F-----为支架支护面积，
由
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%
<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。
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。
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×L×m×γ×K=55242×5.3×170×1.4×0.93=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。
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。
劳动组织表
序号
工种
班次
合计
一班
二班
检修
1
支架
4
4
8
2
机组司机
2
2
4
3
移溜工
3
3
6
4
泵站司机
1
1
2
5
电工
1
1
2
6
溜子司机
1
1
2
7
机组检修
4
4
8
支架检修
4
4
9
泵站检修
4
4
10
电检修
5
5
11
端头工
6
6
12
12
溜子检修
3
3
13
破煤工
2
2
4
14
修护工
15
15
15
记录员
1
1
2
4
16
送料工
4
4
17
班长
1
1
1
3
18
井下保管
1
1
2
4
19
材料员
3
3
20
队长
1
1
1
3
合计
22
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
序号
项目
单位
指标
1
工作面倾角
（°）
8
2
工作面长度
m
170
3
工作面采高
m
3.40
4
进刀深度
m
0.6
7
昼夜出勤工
工
53
8
回采工效率
吨/工
50.1
9
截齿消耗
个/万吨
40
10
乳化液消耗
千克/万吨
60
11
工作面回采率
%
93
12
油脂消耗
千克/万吨
60
综采工作面层面布置图（1：
50）
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