中国矿业大学银川学院

中国矿业大学银川学院 采 区 课 程 设 计 说 明 书 课程名称：煤矿开采学 姓 名：王 世 伟 学 号：120090201115 班 级：采矿工程 2班 指导教师：张 海 峰 1 一. 采区概况及地质特征 1 1 采区概况 .1 2 采区构造及水文地质 .1 3 采区煤层赋存情况 二 采区储量及服务年限 .2 1 储量 .2 2 采区生产能力及服务年限 .2 三 采区巷道布置与采煤方法的选择 .3 1 采准巷道布置方案的提出 .3 2 采准巷道布置方案比较 .3 四采煤方法及回采工艺 5 4 采煤方法 .5 4 回采工艺 .6 五 采区生产系统和主要机械设备选型 .8 1 液压支架 .8 2 采煤机 .8 3 刮板输送 .8 4 转载机 .9 5 破碎机 .9 6 可伸缩胶带输送机 .9 7 乳化液泵 .9 8 回柱绞车 10 9 水泵 10 10 移动变电站 .10 一、采区概况及地质特征 1采区概况 本采区西部为井田边界，东部为三采区，上部-50m 标高以上为风化带煤柱， 下部边界标高-250m。 2采区地质构造及水文地质 采区内地质构造简单，为单斜构造。区内无断层和褶曲，东部局部有火 成岩侵入。无大的含水层和地下水，开采条件良好。 3采区煤层赋存情况 本采区内不仅有一层煤，厚度及顶板岩性见下图。煤层埋藏稳定，构造简 单， 煤质中硬，自然发火期为 3-12 个月。煤岩爆炸系数为 34-70。煤层瓦斯含量 小，采区所属矿井属于低瓦斯矿井。 煤层具体特征如下图所示 在该采区由煤层等高线图，可测的该采区的倾角为 17，采区平均走向长 为 2150 米，采区倾斜长度为 962 米，平均采高为 7 米。 运输和回风石门标高分别为-250m 和-50m 。 二、采区储量与服务年限 1采区工业储量 Zg=LHMD =2150962 71.4=2027 万吨 L采区走向长度 H采区斜长 M采取高度 D煤的容度 2煤柱损失量 P = P1 + P2 + P3 + P4 P1采区上下左右边界煤柱 P2采区上（下）山间的煤柱 P3工作面停采线至上（下）山的煤柱 P4上下区段平巷之间的煤柱 煤柱留设按照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程的 相 关规定确定。 采区上下山煤柱宽度（沿走向）：厚煤层为 20-25m，本采区取 20m， 工作面停采线至上（下）山的煤柱宽度：厚煤层为 30-40m，本采区取 40m， 上下区段平巷之间的煤柱宽度：厚煤层为 15-20m。本采区取 20m 采取边界俩个采区之间的煤柱厚度为 10m，取 10m P=(20+402+20)962+（20+203）215071.4=281.69 万吨 3采区可采储量 Zk=（Zg-P）C=（2027-281.69）75=1745.31 万吨 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- 采区回采率，厚煤层取 75%，中厚煤层取 80%，薄煤层 85%，这里 C = 0.75。 4采区才出率 采 区 工 业 储 量开 采 损 失采 区 工 业 储 量采 区 采 出 率 751.8602731.4510 5采区生产能力及服务年限 1确定工作面长 由已知条件知：该煤层倾向共有：962m 的长度。且采煤工艺选取的是较先进的 综采，综采放顶煤法，由采煤学所学知识得知，综放工作面长度一般为 150m240m，巷道宽度为 4m4.5m,本题目选取 4.5m，选定 4 个区段，区段煤 柱选为 20m,故工作面长度为： L=采区斜长-采区边界长-区段间的煤柱宽度-巷道宽度/4 =(962-20-203-4.58)/4=211.5m 取 5m 的整数倍，所以取 L=215m，4 个工作面。 2.采区年产量. A0=LHPC3001.05 式中： AO回采工作面年生产能力 L工作面长度 m H煤层厚度 m P工作面推进距离 m/d（三八制度，一天进 6 刀。 ） 煤的容度 C回采率 300年工作日数。 1.05掘进采出煤率 A0=LHPC3001.05=215761.40.953001.05=378.31 万 吨 3 服务年限 =ACZTk年 4.31.78954 4 工作面接替顺序 1102 1101 1104 1103 3106 1105 3108 1107 1110 停 采 线 100m 1119 煤层工作面接替顺序： 1101110211031104110511061107110811091110 注：箭头表示回采工作面的接替顺序。 三、采区内准备巷道布置及生产系统 1、完善开拓巷道 为了提高经济效益，本采区采用双翼走向开采，根据所给地质条件，在开 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煤层底板下方 25m 的稳定岩层中。 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，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,煤层直接顶为粉砂岩， 根据相关情况初步制定以下两个采区上山布置方案进行比较： 方案一：两条岩石上山 将两条上山都布置在煤层底板岩石中，轨道上山布置在距离底板 10m 处， 运输上山布置在距离底板 15m 处，两上山分别联结两翼的区段，平巷不交叉。 其布置特点为，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：双煤上山 将两条上山都布置在煤层底板上 方案三：一煤一岩上山 将两条上山分别布置在煤层的底板和煤层中，运输上山布置在距离底板 10m 处，轨道上山布置在煤层中。特点：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。 技术经济比较： 项目 方案 第一方案 双岩上山方案 第二方案 双煤上山方案 第三方案 一煤一岩上山方案 掘进工程量 工程量大，因两下山 均在岩层中，要多掘 进石门和溜煤眼。 工程量小 工程量较大 工程难度 困难。一是岩巷施工，二是巷道连接复杂 较容易 困难 采区方案经济比较表 项目 方案 第一方案 双岩上山方案 第二方案 双煤上山方案 上山 长度 m 962*2 962*2 掘进单价/元m-1 850 750 费用/元 1870000 1540000 溜煤眼费用 10m 0 单价/元m-1 10000 8000 总费用（三项） 1970000 1540000 巷道维护 长度/m 962*2 962*2 单价/元m-1a-1 维护时间/a 费用/元 管理环节 多。一是溜煤眼多，二是漏风地点多 少 多（同第一方案） 巷道维护 维护工程量少，维护 费用低 煤层下山，锚杆、锚 索联合支护，维护工 程量大，费用高 第一条煤层下山， 维护工程量较大， 费用较高 支架回收 无法回收 不可回收 煤层上山支架可以回收利用 工程期 岩石上山掘进速度慢 掘进上山掘进速度快 同第一方案 采区方案经济比较汇总表 项目 方案 第一方案 第二方案 1、初期投资/元 （包括上山、石门两条、 溜煤眼一组） 初期投资比较/（%） 总费用/元 （1）总投资 （2）总费用 总费用比较 从如上的经济比较中，可以看出双煤上山所需的总费用要比其它方法所需 的总费用要少，因此在经济上更加合理，沿煤层掘进具有超前探煤作用。同时 我国的煤巷支护技术也有了很大的提高，尤其是锚喷支护技术，完全可以满足 煤层上山的需要。综合考虑以上因素，可采用在煤层中布置轨道上山，煤层下 方处布置运输上山。即：选中双煤上山方式布置生产系统。 3、确定工作面回采巷道布置方式 由于采区内煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，各煤层瓦斯涌出量较 低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。结合综放面特点，但由于巷道断面较 大，要求采用强度较高的支护材料。 4、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 40m 停采线位置处，即为避开采掘超前影响而 留设的护巷煤柱处。 5、采区上部和下部车场选型 (1)考虑到采用采区上部平车场有车辆运行顺当、调车方便等优点，确定采用上 部平车场。 (2)由于采区生产能力大，故下部车场可选择大巷装车式下部车场顶板绕道式， 由于煤层倾角为 12。，而且顶底板围岩稳定，所以选用该形式的车场。 装车 站采用折返式。 调车。辅助提升下部车厂采用底板绕道式。 四、采煤方法及回采工艺 1采煤方法 本采区内共有一层煤，采用综合机械化放顶煤采煤法，回采工作面长度为 215 米，工作面推进度为 6 米。采 2.5 米，放 4.5 米，采/放=5/91/3.采用 “三八工作制度” ，一班割 2 刀煤。根据标高、走向长度、生产能力将每个煤层 划分为 4 个区段，区段运输巷道与回风巷道间留设煤柱。 2回采工艺 1、回采工艺的确定 回采工艺是人们根据回采工作面煤层的赋存条件，运用某种技术装备进行 的生产方式，在回采工作面进行破煤、装煤、运煤、支架及处理采空区等各种 工艺。 回采工艺选择的原则： （1）尽可能使用机械采煤，达到工作面高产高效。 （2）劳动安全条件好。 （3）煤炭损失少，回采率高。 （4）材料消耗少，成本低。 2、工艺顺序 割煤移架推溜 割煤： 割煤方式为双向割煤，往返一次割两刀。端头自开切口斜切进刀，螺旋滚 筒自动装煤，割煤时，必须保证顶底板平整、煤壁齐直，不得出现割底煤留伞 檐现象。 移架支护顶板： 采煤机割过煤后，清净架前浮煤，随之把护帮板、伸缩梁收回移架支护顶 板，移架滞后采煤机后滚筒 3 米到 5 米，最大不超过 9 米，采煤机过后必须及 时推出护帮板及伸缩梁来控制帮顶，移架步距为 0.25 米。 推溜： 在支架移完后，顺序推移，滞后移架 1015 米左右，运输机弯曲段保持在 15 米左右，不得将运输机推成急弯，采煤机斜切进刀退出后，将机头（机尾） 推上去。严禁相向操作，推溜后，溜子必须保证平直。 顶板管理： 根据以往矿压观测资料，预计本面直接顶初次跨落步距为 1520 米。周期 来压步距为 1320 米。顺槽支撑压力超前影响范围预计为 6090 米。 采区内同时生产的采煤工作面数目为一个，其他工作面准备。采区内共有 工作面 4 个。 .1、滚筒的位置 采用双滚筒采煤机，在运行过程中为了司机操作安全，煤尘少，装煤效果 好，前滚筒沿顶板割煤，后滚筒沿底板割煤，并有一定的卧底量，以增加采煤 机对底板平整性及输送机槽歪斜的适应能力，避免采煤机和输送机因底板鼓起 或浮煤垫起而向采空区倾斜。 2、采煤机割煤方式 采煤机的割煤方式： 双向割煤，端头斜切进刀。 进刀过程如下： a 当采煤机割煤至工作面 端头时，其后的输送机槽已移近煤壁，采煤机身 处尚有一段下部煤，如图 a 所示。 b 调整滚筒位置，前滚筒下降，后滚筒上升，并沿输送机弯曲段反向割入 煤壁，直至输送机直线段为止，然后将输送机移直，如图 b 所示。 c 再调换两个滚筒上下位置，中心返回割煤至输送机机头处，如图 c 所示。 d 将三角煤割掉，煤壁割直后，再次调换上下滚筒位置，返程正常割煤，如图 d 所示。 3、采空区处理方法 确定采空区处理方法 随着采煤工作面的不断向前推进，顶板悬露面积越赤越大，为了工作面的 安全和正常生产，就需要及时对采空区进行处理。由于顶板特征，煤层厚度和 保护地表的特殊要求等条件不同，采空区有多种处理方法，但最常用的是全部 垮落法。 全部垮落法，当工作面从开切眼推进一定距离后，主动撤除采灯工作空 间以外的支架，使接顶自然垮落以后随着工作面的推进，每隔一段距离就按计 划回柱放顶。这样可以减少工作面的控顶距，而且由于顶板垮落后破碎岩石体 积膨胀而充填采空区，从而减轻工作面压力和防止对工作面产生不良影响。 确定控顶距及放顶距，以及特种支架形式。 端头支护：工作面上、下采用锚梁网支护，端头液压支架护顶。 五、采区主要机械设备选型 1、液压支架 综采工作面选型的重点石工作面的“三机”配套，其中液压支架是核心。 而液压支架选型实质上是研究支架与围岩相互关系，因此液压支架选型涉及顶 板分类，要根据工作面矿压特性选定液压支架支护阻力，并要考虑每层赋存条 件对支架结构的要求进行选型。 本采区第一层煤的顶板为 10 米厚的粉砂岩，极为坚硬。采煤方法为综采放 顶煤开采。因此选用切顶能力强，工作阻力为 8600KN 的强力型支撑掩护式支架。 型号：ZY8600-24/50D 工作阻力：8600KN 支撑高度：2400-5000mm 2、采煤机 采煤机的选型通常是要符合煤层赋存条件对生产能力的要求，以及刮板输 送机和液压支架的匹配要求，综合以上选有链牵引采煤机。 型号：MG400/940-QWD 截深：1m 电机功率：940KW 最大牵引速度：8.69m/min 滚筒直径：2000mm、2500mm 3、刮板输送 与采煤机配套使用时，其输送量应为采煤机最大生产能力的 1.2 倍。 为了配合滚筒采煤机自开切口，应优先选用短机头和短机尾。 为了配合采煤机有链牵引的需要，在机头和机尾部设采煤机牵引链的张 紧装置及固定装置。 根据工作面的生产能力选择与液压支架和采煤机配套的边双链刮板输送机。 型号：SGZ-1000/2855 链速：1.25m/s 输送量：900t/h 电机功率：2700KW 4、转载机 所选转载机的运输能力要大于工作面输送机的运输能力，它的链速一般 工作面输送机。 型号：SZZ-764/160 链速：1.44m/s 运输能力：1000t/h 5、破碎机 破碎机的类型和破煤能力，应满足工作面生产可能出现的大块煤、岩等状 况的需要。 型号：LPS-1000 破碎能力：1000 t/h 电机功率：110KW 6、可伸缩胶带输送机 胶带输送机的带宽及其传动功率的选择，必须大于转载机的运输能力，一 般应为 1.2 倍；胶带输送机单机铺设长度要与综采面推进长度相适应。 型号：DSP-1063/1000 带宽：1200mm 电机功率：3160KW 运输能力：1200 t/h 带速：2.5m/s 7、乳化液泵 乳化液泵站输出的液流压力，应满足液压支架额定工作压力的需要。 型号：MRB-125/320 流量：315L/min 压力：31.5Mpa 电机功率：132KW 8、回柱绞车 型号：JM-14 9、水泵 型号：ZBA-6 流量：315 L/min 压力：10Mpa 电机功率：160KW 10、移动变电站 型号：ZYKB-500 采区煤层赋存条件稳定，地质构造简单，煤层倾角较小，变化不大。根据 所选的技术设备可以完成计划任务。 三、循环作业方式 采煤工作面的循环作业是指完成一