《煤矿开采学》课程设计- 120万ta厚煤层带区设计.doc

煤矿开采学课程设计课 程 设 计 任 务 书姓名 专业班级 设计题目 120万t/a厚煤层带区设计 设计内容： 一、采区巷道布置二、采煤工艺设计三、工作面合理长度的确定四、采区巷道平剖图、工作面循环作业图表的编制设计时间：自 6月 22日至 7 月5 日 2011年 7 月 目 录前序4第一章 带区巷道布置6第一节 带区储量与服务年限6第二节 带区内的再划分8第三节 确定带区内开拓巷道布置及生产系统10第二章 采煤工艺设计13第一节 采煤工艺方式的确定13第二节 工作面合理长度的验证16第三节 采煤工作面循环作业图表的编制18小结21参考文献22前序一、目的1、初步应用煤矿开采学课程所学的知识，通过课程设计，加深对煤矿开采学课程的理解。 2、培养采矿工程专业学生动手能力，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阶段某采（带）区自下而上开采kl、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1l00m，采（带）区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，k1煤层属简单结构煤层，硬度系数f=2，k2和k3煤层属中硬煤层，各煤层瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。设计矿井的地面标高为+30m，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煤层底板下方25m处的稳定岩层中，为满足该采（带）区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设计采（带）区综合柱状图 柱状 厚度(m) 岩性描述 8.60 灰色泥质页岩，砂页岩互层 - 8.40 泥质细砂岩，碳质页岩互层 - 0.20 碳质页岩，松软 6.9 k1煤层，=1.30tm3 4.20 灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬 - 7.80 灰色砂质泥岩 3.0 k2煤层，=1.30tm3 - 4.60 薄层泥质细砂岩，稳定 .。 3.20 灰色细砂岩，中硬、稳定 2.20 k3煤层，煤质中硬,=1.30tm3 。3.20 灰白色粗砂岩、坚硬、抗压强度6080mpa 。 24.68 灰色中、细砂岩互层 第一章 带区巷道布置第一节 带区储量与服务年限 1、带区的生产能力带区生产能力选定为120万t/a 2、计算带区的工业储量、设计可采储量1.带区工业储量由公式zg=h*s*mi*r (公式1-1) 式中 zg- 带区工业储量，万t h- 带区倾斜长度，1100 m s- 带区走向长度，3000m r- 煤的容重 ，1.30t/m3 m-煤的厚度，6.9m zg=1100*3000*6.9*1.3 =2960.1 (万t)2.设计可采储量 设计可采储量 zk=（zg-p）*c (公式1-2)式中：zk- 设计可采储量, 万tzg- 工业储量 ，万tp- 永久煤柱损失，万t(边界煤柱)c- 带区采出率，厚煤层不低于75%，中厚煤层取80%，薄煤层85%。此处厚煤层去75% 说明：p为边界煤柱损失，包括上、下、左、右留下的煤柱即为p=p1+p2 p3(公式1-3)式中：p1-左右煤柱损失量之和 p2-上部煤柱损失量p3-上面两个角重复煤柱的损失量之和p=2*20*1100*1.3*6.9+25*3000*1.3*6.9-2*20*25*1.3*6.9=105.846万tzk=（2960.1-105.846）*75%=2140.7万t3.带区服务年限 由 t= zk/（a*k） (公式1-4)式中：t 带区服务年限，a;a 带区生产能力，120万t；zk 设计可采储量，2140.7万tk 储量备用系数，取1.4t=2140.7 /(120*1.4) = 12.74a4. 验算带区采出率a. 对于k1厚煤层： c=(zg1-p)*c工作面/zg1 (公式1-5) c 带区采出率，% ； c工作面工作面采出率，% ；厚煤层取93% zg1 带区煤层的工业储量，2960.1万t ；p 带区煤层的永久煤柱损失，105.846万t ； c=(zg1-p)*c工作面/zg1 =(2960.1-105.846)*93%/2960.1 =89.7% 75% 满足要求第二节 带区内的再划分1. 确定工作面长由已知条件知：该煤层为倾斜长度1100m。且采煤工艺选取的是较先进的综采，分层分采采煤法，由采煤学所学知识得知，综采工作面长度一般为120m250m，巷道宽度为4m5m,本题目选取5m，且带区生产能力为120万t/a，一个厚煤层的一个带区便可以满足生产要求，最终选定16个带区，带区边界煤柱左右均为20m,对拉工作面间采用 即8对对拉工作面，依次之间留小煤柱4m，故工作面长度为： l=（3000-2*20-4*7）/16=183.25(m)为方便采煤施工，工作面长度取为183m整数。多余长度算入边界保护煤柱。2. 确定工作面生产能力带区生产能力的基础是采煤工作面的生产能力，采煤工作面的生产能力取决于煤层厚度（采用分层分采上层采高为3m、下层采高为3.9m）工作面长度和推进度。一个采煤工作面的生产能力可由下式计算： a0= l采*v0* m* c (公式1-5) 式中：a0 工作面生产能力，120万t/a ; l采工作面长度；183m， v0 工作面推进度. m-煤层厚度3m 煤容重，1.30t/m3c工作面采出率，一般为0.930.97，厚煤层取0.93 v0= a0/（l采* m* c）= 1200000/（183*3*1.30*0.93）=1808m工作面推进度：v0=0.63*n*300 0.63-所选采煤机截深为630mm即0.63mn-每个工作日进刀数300-一年300个工作日故:n=1808/（0.63*300）=9.57刀 实际每个工作日进刀为10刀此时一个采煤工作面的生产能力：a0= 0.63*183*3*1.3*5*300=67.4万t/a对拉采煤工作面的生产能力：a1=67.4*2=134.8万t/a3确定带区内工作面数目及接替顺序由于带区生产能力为120万t/a,且对拉工作面生产能力为134.8万t,对于k1煤层布置一个对拉工作面便可满足生产要求。对于k1 煤层，其厚度为6.9m,布置一个对拉工作面便可以满足生产要求。k1煤层开采顺序：12345678说明：以上箭头表示方向为工作面推进方向。第三节 确定带区开拓巷道布置及生产系统1确定带区内开拓巷道布置根据题目所选条件，完善带区所需的开拓巷道。运输大巷布置在k1煤层底板下方50m处的稳定岩层中。2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，自然发火倾向较弱。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。3方案选择 方案一：分带单独布置 每一个分带分别开斜巷进入上部煤层，每一个分带都布置一个煤仓直通运输大巷。 方案二：带区联合布置 运输大巷通过材料斜巷进入上部煤层，在上部煤层布置运煤集中平巷，整个带区布置一个煤仓。技术经济比较：巷道硐室掘进费用方案方案一方案二工程名称单价（元）工程量（m）费用（万元）工程量（m）费用（万元）回风运料斜巷（m）157815216=2432383.76961522=30447.9712进风行人斜巷（m）15789416=1504237.3312942=18829.6664煤仓（元/m3）1443.14422516/4=502472.34563.1442252/4=6289.0432集中平巷（元/m）8313600-102=3580297.4980合计693.4464384.1788巷道硐室掘维护费用方案方案一方案二工程名称单价（元）工程量（m）费用（万元）工程量（m）费用（万元）回风运料斜巷（m）40元/a.m1521616.02=38960.64158.5842515216.022=4870.0819.48032进风行人斜巷（m）40元/a.m941616.02=24094.0896.38439416.022=3011.7612.04704小计254.9685531.52736煤仓（元/m3）30元/a.m2516.0216=640819.22402516.021=400.51.2015集中平巷（m）160元/a.m2257716.02=82567.081321.07328合计529.16111321.0797生产经营费用方案方案一方案二工程名称单价（元）工程量（m）费用（万元）工程量（m）费用（万元）斜巷（m）1164元/m9416=1504175.0656942=18821.8832煤巷（m）951元/m2516=40038.0400252=504.755合计213.105626.6382费用汇总表矿井费用名称方案一方案二掘进（万元）693.4464384.1788维护（万元）529.16111321.0797生产（万元）213.105626.6382总计（万元）1435.71311731.8967方案一：系统简单，通风容易，但生产调度管理复杂，煤仓太多，维护困难，装煤点多，管理复杂。方案二：采用集中化生产，从根本上克服了方案一的缺点。虽然方案二维护费用高，但从技术和管理等方面的综合分析，选择方案二更优越。综上所述，选择带区联合布置方式，巷道布置情况见巷道布置图、带区巷道剖面4 确定带区通风布置系统 各煤层通风系统为：运输大巷材料斜巷煤层运输集中平巷分带运输斜巷采煤工作面分带回风斜巷回风大巷第二章 采煤工艺设计第一节 采煤工艺方式的确定1. 选第一煤层，即k1煤层为对象设置采煤工艺。分采k1煤层第一分层厚度为3m，属于中硬煤层，故可用综合机械化采煤工艺。下层煤采用放顶煤方式。2.选用国产设备经查采矿设计手册得知：根据煤层的实际情况，选用mg880wd采煤机，参数如下：采高 1.83.7m适应煤层硬度 f=13煤层倾角 35截深 630mm滚筒直径 1.6 m牵引式 无链牵引力 532kn牵引速度 07 m/min滚筒中心距 8180 mm机身高度 1499 mm卧底量200mm 该滚筒采煤机由鸡西煤机厂制造。2. 采煤与装煤落煤方式：采用双滚筒采煤机直接落煤。进刀方式： 斜切进刀，双向割煤。截 深：采煤机截深选为630mm。上下进刀长度：2025m。3、 运煤运煤选用sgz764/500型可弯曲刮板输送机。sgz764/500型可弯曲刮板输送机技术特征表：型号sgz764/500型规格性能运输能力t/h1100设备高度m200传送速度m/s1.21刮板链型式双链规格30*108t破断负荷kn1107间距mm1080偶合器型号介质减速器速比1：308l布置方式平布电动机型号kbyd680/250功率2*250*125电压v11404 支护与处理采空区k1煤层厚度6.9m，煤层结构简单，因此为减少煤柱损失，采用分层分采工艺。为提高煤的冒放性和采出率，提高安全性与减少夹矸，上层煤采完后直接采用人工假顶，下层煤直接采用放顶煤开采，并考虑到矿压和煤层倾角较大时的支架稳定性，放顶煤支架选择低位双输送机zfs520017/32型，其技术特征如下表：分类型号初承力kn支护强度mpa拉架力kn外型长m重量t放煤方式低位双输zfs520017/325200/45520.76155/395404618插板式无脊背5、架中心距：1.5m6、移架方式有依次顺序、分组交错和成组整体顺序式三种。且由于分组交错式，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。故选用分组交错式。7支护方式 由于k1煤层f = 2，为防止片帮和冒顶，因此选用及时支护。8端头支架 经查采矿设计手册得到：pdz端头支架（掩护式），支架参数如下： 支撑高度 1.63.8 工作阻力 9000 kn 初撑力 7070 kn 支护强度 0.51 mpa 该支架由郑州煤机厂制造。9超前支护方式和距离由于采用综放开采，支撑压力分布范围大，峰值点距煤壁前方 5-15m,分布范围10-30m，所以超前支护的距离为25m。 选用单体支柱和金属铰接顶梁支护。铰接顶梁的长度为1200mm。 10计算工作面的支架需求量 n = l * e 式中： n 工作面支架数目，取整数； l 工作面长度，m； e 架中心距； n = 183/1.5 = 122（架） 端头支架：由于巷道宽度为5m，而架宽为1.6 m，因此选3架，即，两端共有6架。 11处理采空区 一般采用全部跨落法处理。 第二节 工作面合理长度的验证1、煤层地质条件该带区内的两层可采煤层的地质条件对于布置高产高效工作面非常有利。煤层厚度适中，倾角不大且顶底板稳定，无明显影响生产的地质构造，瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小，便于布置较长的工作面进行回采。2、工作面生产能力 工作面的设计生产能力为：a0= l采*v0* m* c=120万t。a0 ： 工作面生产能力；l采： 带区工作面长度；c ： 带区采出率；： 煤层容量；m： 煤层总厚度； v0： 工作面推进度； k1煤层的实际生产能力为：a1=l*e*n*r*m=67.万ta1：k1工作面生产能力；l： k1工作面产度；e： 架中心距；n： 支柱和顶梁数量；r： 煤的实体密度；m：煤层厚度。a1与 a0的差值在允许的范围内，可以达到生产要求，工作面的长度确定的合理。3、运输设备及管理水平带区生产选用的设备均为国内先进的的生产设备，能满足工作面的长度、产量和进度的要求，管理较高，有利于生产。4、顶板管理及通风能力该带区的顶板较稳定，工作面可以适当的加长，综放工作面的长度一般在120250m，所以选择的工作面的长度合适。5、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1、正规循环作业图表2、劳动组织表 工作面劳动组织表序号 班数工种一二三合计1班长22262采煤机司机11133输送机司机11134转载机司机11135胶带机司机11136移架工33397放煤工22268推（拉）溜工33399超前维护工333910电器修理工111311运料工005512安全质检员111313清架工222614送饭工111315油泵工111316检修工0055合计23233379序号项目单位数量备注1煤层厚度m6.92煤层倾角123采高m3.04采煤机台25液压支架架2506端头支架架67刮板输送机部28破碎机台19转载机部210胶带输送机部211循环进尺m3.1512日产量t4496.3113生产方式二班半采半班准备14出勤人数人7915回采工效t /工5716截齿消耗个/万t2017乳化液消耗kg/万t18018油脂消耗kg/万t7019日循环数个2.53、技术经济指标表工作面技术经济指标表小 结做完这次设计后我有种如释重负的感觉，收获很多，没做之前想得太过简单，以为只要把资料收集好就万事俱备了，具体操作时才知道自己错了，只有想法犹如纸上谈兵，根本解决不了实际问题。想象和现实相差太远，做事不能太盲目，要深思熟虑。毕业设计不仅是对所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多，通过这次毕业设计，