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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：
东荣二矿（18#）7.5Mt/a采区设计
班级：
采矿工程
姓名：
指导教师：
设计时间：
2013年11月
黑龙江科技大学
摘要
黑龙江省双鸭山东荣二矿采区设计，本采区内共有1层可采煤层，煤层平均厚度1.8m。
设计采区的工业储量为6887431t，可采储量4958950t，服务年限5年。
本采区形式为单翼开采，采用单一走向长壁采煤法，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180m，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1章采区地质情况
1.1采区概况
东荣二矿位于黑龙江省集贤煤田东南端。
行政区划属集贤县腰屯乡、升昌乡和二九一国营场管辖。
西南距福利屯32km。
经福利屯到双鸭山矿业集团公司所在地—双鸭山市为40km。
福利屯至富锦县公路穿过本井田中部，福前铁路在东荣矿区南部边缘外约3km处通过，交通比较方便。
详见图1-1。
图1-1交通示意图
双鸭山矿区东西宽8～11km，南北长23km，面积230km2，且规划用四对井进行开发，总规模为510万t/a，
本井田没有生产、在建及停闭矿井，也没有小煤窑，在井田外15km处有正生产的双鸭山矿业集团集贤煤矿，西面约18km处有集贤县升平小煤矿，集贤煤矿采用立井开拓，设计能力60万t/a，一水平标高-150m，目前正开采16#、17#、18#、23#煤层，共布置四个采区，矿井正常涌水量88.88m3/h，最大涌水量278.8m3/h，矿井瓦斯不大，属低沼气矿井。
1.2采区地质情况
1.2.1采区可采煤层的赋存情况
18号煤层是全井田发育的可采煤层，间距变化比较稳定，可采厚度一般为1.6～2m，平均1.8m，全层属于变化复杂的煤层，顶底板均为粉砂岩。
1.2.2顶板岩层性质、厚度
煤层一般为1.6～2m，平均1.8m，全层属于变化复杂的煤层，顶底板均为粉砂岩。
图1-2煤层柱状图
1.2.3地质构造
本井田位于三江盆地的西部，三江盆地是中生代以来的一个断层凹陷地，区域构造属新华夏系第二隆起带，北段由一些北东向展布的次一级隆起带和凹陷带组成，本井田属盆地内的绥滨-集贤凹陷带。
本井田的区域构造主要受新华夏系和北西向构造应力场的控制，又前者派生的次级构造占明显优势，本区主要断层为F9，F10，F24,F28，F51，F69六个主要断层，详见断层特征表1-2。
1.2.4瓦斯
采区瓦斯取样的控制浓度在318.5～935.4m，在737.5m以上，甲烷成分为0.85～35.45％，在800.4～933.2m深为28.62～43.98％，平均为34.65～37.88％。
二氧化硫一般为6.36～8.54％，瓦斯成分及含量均很低，由于地质报告没有明确提出矿井的瓦斯等级，所以本设计只能根据上述数据进行分析，同时参考集贤矿井的煤尘瓦斯情况，初步确定本矿井瓦斯等级为低沼气矿井，并有煤尘爆炸危险和自然发火倾向。
本采区的恒温带温度+5.6ºC，深度20m，-500m水平的平均地温为19.5ºC，-600m水平为22.9ºC，-900m水平为30.7ºC
煤层顶底板岩石主要为粉沙岩和细砂岩，抗压强度一般在500～1100kg/cm2左右。
根据资料，预计本矿井各煤层顶板类型均在一级Ⅱ类以上。
1.2.5水文地质
1、采区内各地段的水文地质特征各有不同，现分述如下：
第四系孔隙含水层，全井田广泛发育，除山坡地区较薄外，其余均很厚，由南向北逐渐增厚，水的主要补给来源是大气降水和山区地下水，涌水量0.705～7L/sm。
第三系孔隙含水层在井田内广泛分布，其厚度发育规律为由东南向西北逐渐增厚，向东便薄，涌水量为0.001～0.83L/sm。
煤系裂隙含水带，本含水带是直接充水含水层，它与第三系有水力联系，但很微弱。
基底岩层裂隙水：
分布与低山和丘陵地带，由花岗岩安山岩，及变质岩组成，对煤系裂隙水带补给量甚微，而且对矿床水无影响。
2采区内的主要隔水层有第四系顶部黏土，亚黏土，中部黏土，亚黏土层和第三系泥岩，砂岩层。
3、地面水及各含水层之间的关系
本采区煤系裂隙水补给条件较差，富水性较小，矿井在开采过程中，排水将以疏干煤系风化裂隙带的储水量为主，开采初期，矿井涌水量增大，随着开采的不断进行，水的静储量逐渐消耗，矿井的涌水量会逐渐减小，并趋于相对稳定状态。
本井田最大涌水量285.06m3/h，正常涌水量86.75m3/h。
1.2.6煤质
1、煤种及其变化
本采区煤的挥发分一般大38.5％，属低变质煤，各煤层Y值平均为5～9m/m，粘结性较低，煤种主要为1/3焦煤，长焰煤次之，煤种在垂向上无明显变化。
2、煤的有害成分
灰分：
本采区煤的灰分含量（Ag）为10.96～24.45％，多属中低灰煤层，其中几个主要可采煤层均为低灰煤层。
硫：
各煤层硫的含量很低，原煤全硫（SgQ）为0.1～0.38％属特低硫煤。
磷：
各煤层原煤磷的平均含量为0.004～0.057％属特低-低磷煤。
3、发热量
各煤层煤的平均发热量（QfD）为3080～6920大卡/kg。
4、元素分析
各煤层碳（Cr）的平均含量为80.72～82.12％。
（Hr）的平均含量为5.12-5.76％。
（Or）的平均含量为10.61-12.62％，说明元素组成稳定，属低变质煤。
5、工业用途评述
本采区原煤按现行煤炭应用分类法属于Ⅰ～Ⅱ气煤，由于本区气煤低灰，低磷，低硫，具有一定的胶质层厚度，所以，本矿井原煤经洗选加工后可做为优良的配焦和化工精练，副产品可供动力或民用。
第2章采区储量与生产能力
2.1采区储量
储量计算公式为：
/cos18°
式中
——储量，Mt
——煤层面积，m2
——煤层厚度，m
——煤的视密度，t/m3
根据采区煤层地板等高线可知：
/cos18°
=2599339.88×1.8×1.4/cos18°
=6887431.38（t）
2.2采区生产能力
2.2.1采煤工作面年产量
式中：
——回采工作面年生产能力，t
——工作面推进度，m/a
I——工作面长度，m
——煤层厚度，m
——煤的视密度，t/m3
——工作面的回采率,取0.95
本采区采用综合机械化采煤工艺，工作制为四、六制，三班生产，一班检修，双向割煤往返一次割两刀，截深为0.8m，一年工作330d，工作面长度为
=120m，工作面的回采率取
=0.95，所以年推进度为
=6×0.8×330=1584m
所以
=1584×180×1.8×1.4×0.95
=682577.28（t）
2.2.2采区生产能力
采区生产的煤主要来自回采工作面。
掘进出煤一般不超过10%。
同采工作面个数为1个，则采区生产能力为：
=1.1×1×1×682577.28
=750835（t）
式中：
A——采区生产能力，t/a；
n——采区同时生产的工作面个数；
A0——每个工作面的生产能力，t/a；
K1——采区掘进出煤系数，取1.1；
K2——工作面产量不均衡系数
2.3采区服务年限
结合本采区的具体情况按以上方法可计算得到采区服务年限T与采区生产能力A的关系如下：
T=Z/1.4A
Z——采区设计可采储量，t
——采区工业储量，t
——永久煤柱损失，t
——采区回采率，0.8
结合本设计采区的具体情况，按以上方法可计算得到，煤柱损失为688743.14。
所以可采储量为：
=（6887431.38-688743.14）×0.8
=4958950.59（t）
采区服务年限：
T=Z/1.4A
=4958950.59／1.4×750835
=5（a）
第3章采区方案设计
3.1采煤方法的选择
本设计采区内煤层倾角平均为18°，采用走向长壁采煤法选用生产运输设备比较容易，行人、通风、运输等方便。
所以本设计采区选用走向长壁采煤法。
3.2采取巷道布置
3.2.1采区走向长度
采区走向长度1800m,可采走向长度1600m。
3.2.2区段长和区段数目
本采区倾斜长度为1000m，区段长设计为180m，1个采区均设5个区段。
3.2.3采区形式
因采区走向长度大约在1000m，故采区采用单翼开采的形式。
3.2.4采区上（下）山的数目和位置
本采区设轨道、运输、回风三条上山。
采区上山布置受可采煤层厚度、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。
1.上山数目的确定
布置三条上山（一条运输上山，一条轨道上山，一条回风上山），三条上山大致布置位于采区走向边界，各条上山间距设为20m。
2.上山位置的选择
（1）煤层上山
优点：
掘进容易、费用低、速度快、联络巷道工程量少；
缺点：
煤层上山受工作面采动影响较大，生产期间上山的维护困难，需要金属可伸缩支柱，煤柱留设多。
适用条件：
开采薄或中厚煤层的单一煤层采区，采区服务年限短；煤层顶底板岩石比较稳定，煤质在中硬以上，上山不难维护；为部分煤层服务的，维护期限不长的专用通风或运煤上山。
（2）岩石上山
优点：
维护状况良好，维护费用低，煤柱留设少。
缺点：
掘进困难，联络巷道工程量大。
适用条件：
对单一厚煤层采区和联合准备采区，在未采用可伸缩金属支柱的情况下，为改善维护条件，将上山布置在煤层底板岩石中。
结合本采区煤层厚度小，服务年限短，瓦斯含量高的特点，为安全起见，拟布置三条岩层上山，故设计采区选用方案一。
所以将三条上山均布置在煤层中。
3.2.5区段平巷的布置
区段运输平巷和区段回风平巷都沿煤层走向布置，上区段运输平巷长1506m，回风平巷长1500m。
3.2.6采区内煤层开采顺序
本采区共开采一层煤，采用后退式开采。
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
1.选择原则
（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。
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：
图3-1采区输送机上山巷道断面图
表3-1
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
（2）采区轨道上山巷道断面图及参数
图3-2采区轨道上山巷道断面图
表3-2
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
（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4章回采工艺
4.1落煤
本设计采区采用采煤机割煤。
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=180×4.8×1.8×1.4×0.95=2068t/d
采煤工作面四六工作制，一天15小时出煤，则每小时产量为
=137.9t/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
=60×1.5×1.8×0.8×1.4=181.4t/h。
满足:
符合要求。
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2m，最小采高1.6m，因此液压支架支护结构高度范围为：
1.2～2.2m。
表4-1采煤机特征表
·
采高
适应煤倾角范围
滚筒直径
MG200-W
1.5m～3.0m
≤30º
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
0~5.5m/min
1900t/h
过煤高度
总重
机面高度
煤层硬度
0.655m
21t
1.1m
f≤3
表4-2液压支架
型号
ZZ4000/17/35
外形
5673×1420×1700
支撑高度
1.7～3.5m
支架中心
1500mm
类型
支撑掩护式
移架步距
800mm
4.2支护
工作面内部使用ZZ4000/17/35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=12°
则：
18#煤工作面：
0.48MPa
2、按岩重法估算
式中
——采高，18煤厚1.8m；
——顶板岩石容重，2.5t/m3；
——煤层倾，18°。
经计算：
18#煤工作面：
0.25～0.34MPa；
综上：
支护强度要大于0.34MPa，根据支护强度的计算，18#煤工作面选用ZZ4000/17/35型支撑掩护式液压支架。
技术参数见表4-1。
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4-2：
表4-3液压支架技术参数表
项目
单位
18#煤工作面
型号
ZZ-4000/17/35
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
表4-4端头液压支架技术特征
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
4.2.2工作面支架布置方式
工作面支架布置方式如图4-1：
图4-1工作面设备布置示意图
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
采空区采用全部垮落法处理。
4.3.2回柱放顶方法
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4-3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。
图4-2工作面移架方式
4.4采煤工艺
本设计采区煤层赋存条件较好，地质构造简单，采用走向长壁后退式综合机械化采煤。
4.5生产技术管理
4.5.1循环方式
采用“四-六”工作制，三班采煤，一班检修。
滚筒截深为0.8m，每班割2刀，每天割六刀，日推进度为4.8m。
表4-5工作面顺环图表
4.6安全技术措施
4.6.1保安煤柱的一般规定
依据保护煤柱的设计原则如下：
（1）在一般情况下，保护煤柱应根据受护面积边界和移动角值进行圈定;
（2）地面受护面积包括受护对象及周围的受护带;
（3）当受护边界与煤层走向斜交时，根据基岩移动角求得垂直与受护边界方向的上山方向移动角和下山方向移动角，然后再确定保护煤柱;
（4）立井保护煤柱应按其深度，用途，煤层赋存条件和地形特点留设，立井深度大于或等于400m的以边界角圈定，小于400m的以移动角圈定。
为了安全生产，本设计矿井依据《煤矿安全规程》规定，留设保安煤柱如下：
①各煤层在露头处留设50m保安煤柱；
②边界断层留设30m保安煤柱；
③井田内部断层留设20m保安煤柱；
④河流两侧各留设20m保安煤柱；
⑤地面建筑物留设50m保安煤柱。
4.6.2防止沼气爆炸的措施
①必须建立严格完善的规章制度，严格按《煤矿安全规程》中的有关规定工作；
②在井下一定距离内应有完善的防尘撒水系统；
③在有些地段采用水帘喷雾撒水散布岩粉及设置水棚等综合防尘措施,尤其在风速过大的地方,应采取严格的防尘措施。
第5章采区生产系统
5.1采区运输
5.1.1采区运输系统及运输方式
在考虑到整个开采方法及井田的地质因素，结合该矿井井型、服务年限、开拓准备方式、采掘工作面集中程度、通风方式、巷道断面以及巷道布置情况，确定各运输方式和运输系统如下：
①煤炭运输：
工作面落煤
刮板输送机运输
转载机转载
区段运输平巷可伸缩胶带输送机
溜煤眼
运输上山胶带输送机
采区煤仓
绕道装车
底卸式矿车运输
井底煤仓
主井提升至地面。
②材料运输：
副井
井底车场
主运输石门
运输大巷
采区下部车场
轨道上山
区段回风石门
区段轨道平巷
采掘工作面。
③矸石运输：
采掘工作面
区段轨道平巷
区段回风石门
轨道上山
采区下部车场
运输大巷
主运输石门
井底车场
副井提升至地面
5.1.2采区运输设备的选择
工作面输送机选型原则：
（1）刮板输送机输送能力应大于工作面最大生产能力的1.2倍
（2）要根据刮板链的负荷情况，确定链条数目，结合煤质硬度选择链条的结构形式，煤质较硬块度较大时优先选用双边链，煤质较软时，可选用单链或双中链。
综上所述，刮板输送机选择型号为：
SGB-630/220，输送量400t/h，刮板链数0.85m/s，机槽尺寸：
1500×630，当B=800mm时输送机弯曲段长度为12米。
1、回采工作面运输设备的选择
工作面刮板输送机生产能力的选择原则是保证采煤机采落的煤被全部运出，并留有一定的备用能力。
工作面刮板输送机的运输能力应满足：
式中
——刮板输送机应具有的运输能力，t/h；
——采煤机截割速度不均衡系数，1.1；
——采煤机平均落煤能力，214.2t/h；
——采煤机与刮板输送机同向运动时的修正系数，1.08；
——运输方向及倾角系数，1.0。
经计算工作面刮板输送机的运输能力应大于：
=1.1×181.4×1.08×1=215.5t/h；
转载机、破碎机能力应大于刮板输送机能力。
18#煤工作面设计选用国产SGB-630/220型刮板输送机、SZZ-630/90转载机、LPS-4000破碎机。
技术参数分别见表5-1、5-2、5-3:
表5-1刮板输送机技术参数表
项目
单位
18#煤工作面
型号
SGZ-630/220
输送能力
t/h
450
电动机功率
kW
2×110
链速
m/s
0.93
刮板链型式
m
中双链
中部槽规格
mm（L×W×H）
1500×630×252
表5-2转载机技术参数表
项目
单位
18#煤工作面
型号
SZZ-630/90
输送能力
t/h
600
电动机功率
kW
132
设计长度
m
30
供电电压
V
1140V/660V
中部槽规格
mm（L×W×H）
1500×630×222
表5-3破碎机技术参数表
项目
单位
18#煤工作面
型号
LPS-2000
通过能力
t/h
2000
电动机功率
kW
160
出口粒度
mm
≤300
供电电压
V
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