采矿学课程设计(海孜矿).doc

采矿学课程设计采矿学课程设计 安全工程学院安全工程学院 采矿工程采矿工程 班班 2012 年年 7 月月 华北科技学院 09 课程设计 1 School of Safety Mining North China Institute of Science 2 保证具备完善的生产系统 有利于充分发挥机电设备的效能 并为采用新技术 发 展综合机械化和自动化创造条件 3 力求在技术和经济上合理 尽量简化巷道系统 减少巷道掘进和维护工程量 减少 设备占用台数和生产费用 便于采掘正常衔接 4 煤炭损失少 有利于提高采出率 5 安全生产条件好 符合 煤矿安全规程 的有关规定 华北科技学院 09 课程设计 25 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 2 采准巷道布置方案确定 根据该带区的地质条件和煤层赋存条件 及考虑到倾角小于 12 时优先选用倾斜 长壁采煤法的原则 确定本矿井设计首采带区采用倾斜长壁俯斜后退式 上山条带 巷道布置方案 该种设计的优点有 1 巷道布置简单 巷道掘进和维护费用低 投产快 倾斜长壁采煤法回采工作面 两端的巷道直接与运输大巷和回风大巷相连 取消了采区上山等巷道的掘进 可以节 省巷道 15 20 的掘进 2 运输系统简单 占用设备少 运输效率高 运输费用低 工作面出煤经分带斜 巷直达运输大巷 运输环节少 3 可以使采煤工作面保持等长 减少了因工作面长度变化给生产带来的不利影响 对综采非常有利 4 通风线路短 风流方向转折变化少 同时使巷道交叉点和风桥等通风构筑物也 相应减少 成本低 3 带区巷道布置方案说明 平剖面图说明 设计带区走向长度为 1100 米 倾斜长度平均为 1400 米 决定采用带区式集中联 合布置 具体方案如下 1 大巷 该井田共有一层煤 层厚为 10m 选择带区布置方式 2 绕道 从轨道大巷开始 沿着 10 煤层底板岩层布置一条岩石斜巷 用于运料 和进风和行人 在端头处用设机车设备 3 联络巷 在两条煤层大巷中间 掘一条联络巷 使得两条大巷分别用于运煤 和运料时通风顺畅 4 工作面回采巷道 沿煤层倾斜方向在带区两侧各开掘一条条带斜巷 分别用 于运输和运料 5 开切眼 在回采巷道的端头开掘开切眼巷道 用于布置采煤设备 巷道具体布置情况见井田巷道布置平面图 剖面图 均是以首采带区为例说明的 华北科技学院 09 课程设计 26 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 4 带区的划分 带区划分要合理地确定条带的长度及数目 条带长度等于回采工作面的长度加上 两顺槽的宽度 本设计用沿空掘巷 无护巷煤柱的宽度 以及巷道宽度 带区划分一 般以主要开采煤层为准 兼顾其它煤层 以便取得较高的产量和效率 条带划分还应 考虑以地质构造作为条带边界 以免影响回采工作面的正常生产 考虑到设计带区的 生产能力 地质条件 管理水平和现有装备水平等 初步选定条带宽度为 200 米 采 用沿空掘巷 无护巷煤柱 则条带数目为 N 1100 15 2 200 8 2 5 由于共有 1 层煤 因而带区内工作面数为 5 个 剩余的三角煤进行残采 5 带区主要硐室的布置 带区主要硐室包括带区煤仓 带区绞车房和带区变电所等 1 带区煤仓 煤仓的形式及参数 井巷式煤仓按煤仓的中轴与水平面的夹角分为垂直煤仓和倾斜煤仓两种 垂直煤 仓一般为圆形断面 圆形断面利用率高 不易形成死角 便于维护 施工方便 施工 速快 本矿带区煤仓都选用垂直煤仓 煤仓采用倾斜式圆形断面 倾角 70 直径 6m 斜长 30m 煤仓容量 合理的煤仓容量应在保证正常生产和运输的前提下 工程量最省 按采煤机连续 割煤的产量计算 Q Q0 LMb C0kt 式中 Q 带区煤仓容量 t Q0 防空仓漏风留煤量 一般取 5 10t L 工作面长度 m M 采高 m b 进刀深度 m 煤的容重 t m3 C0 工作面采出率 kt 同时生产的工作面系数 综采时 kt 1 华北科技学院 09 课程设计 27 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 则 Q 10 300 3 3 0 8 1 56 95 1 980 4 表 5 6 煤仓容量与带区生产能力关系 容积验算 溜煤眼有效容积 Q 3 14 3 30 1 30 0 9 991 93t 980 4t 2 所选溜煤眼合理 2 带区绞车房的布置 带区绞车房主要依据绞车房的型号及规格 基础尺寸 绞车房的服务年限和所处 的围岩性质进行设计 绞车选用 JKY2 5 2B 型 其主要参数见表 5 3 2 表 5 7 绞车参数表 钢丝绳负荷 kN 滚筒尺寸 mm 最大 静张 力 最大静 张力差 绳速 m s 直径宽度 容 绳量 m 外形尺寸 长 宽 高 mm 重量 kg 90 0055 00 0 4 2500200014407300 4900 29007600 1 绞车房的位置 带区绞车房布置在围岩稳定 无淋水 地压小 易维护的地点 在满足绞车房施 工 机械安装和提升运输要求的前提下 绞车房应尽量靠近变坡点 以减少巷道工程 量 绞车房与相邻巷道要有足够的保护煤柱或岩柱 一般不小于 10 m 以利绞车房的 维护 2 绞车房断面形状及支护 绞车房端面一般设计成半圆拱形 用全料石或混凝土料面墙砌筑 有条件的地方 用锚喷支护 本矿井的绞车房断面采用半圆拱形 采用锚喷支护 3 带区变电所的布置 带区变电所是带区供电的枢纽 带区变电所布置在围岩稳定 无淋水 地压小 带区生产能力 万 t a 1 30 以下30 4545 60 60 100 以上 带区煤仓容量 t 50 100100 200200 300250 500 华北科技学院 09 课程设计 28 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 通风良好的地点 并位于在带区用电负荷的中心 高压电气设备与低压电气设备宜分别集中在一侧布置 硐室宽度取 3 6 m 变电 所的高度根据人行高度 设备高度及吊挂电灯的高度要求确定为 3 5 m 带区变电所 采用不可燃材料支护 本带区选用锚喷支护 底板用 100 号混凝土铺底 带区变电所 硐室见下图 图 5 1 带区变电所断面示意图 5 2 3 生产系统 1 运煤系统 1 通风系统 副井 轨道石门 轨道大巷 轨道斜巷 工作面 运输斜道 回风巷道 风井 1 运煤系统 回采工作面落煤 带区运输斜巷 带区煤仓 运输大巷 井底煤仓 主井 地面 2 运料系统 副井 轨道大巷 轨道斜巷 工作面 华北科技学院 09 课程设计 29 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 5 2 3 带区生产能力和采出率 1 生产能力的确定 海孜矿建设为一矿一井 带区生产能力既为矿井生产能力 矿井设计生产能力为 180 万 t a 2 采区采出率 厚煤层一般不小于 93 中厚煤层不小于 95 薄煤层不小于 97 六 采六 采煤工艺方式煤工艺方式 6 1 采煤方法的初选 对于缓斜 倾斜 薄及中厚煤层 一般使用单一走向长壁采煤法 倾角小于 14 时 则应考虑用倾斜长壁采煤法的可能性 本带区煤层均赋存稳定 倾角较小 厚度适中 顶底板多为细砂岩 粉砂岩易破碎 煤厚度为 9m 根据上述条件 决定用倾斜长壁放顶煤采煤法 顶板跨落法 以支撑掩护式支架 华北科技学院 09 课程设计 30 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 支撑顶板 工作面 四六 制作业形式 即三班采煤 一班准备 为了实现综采工作面最大生产能力和安全生产 采煤机 刮板输送机和液压支架 简称 三机 之间在性能参数 工作面空间尺寸以及相互连接部分的形式 强度 和尺寸等方面 必须相互匹配协调 保证适用 6 2 综采工作面回采工艺设计 6 2 1 综采工作面的设备选型及配套 1 采煤机的选用 用于长壁工作面的采煤机械有采煤机和刨煤机 综采工作面由于效率较高 一般 都采用大功率的双滚筒采煤机 采煤机的牵引方式有锚链式 适应于倾角 0 35 的回采工作面 无链齿销式 应用于倾角 0 55 的回采工作面 根据回采工作面的倾角大小 采煤机的牵引方 式选为无链电牵引 采煤机装机功率根据工作面煤质硬度 采高及生产率等要求 参考同类型采煤机 的使用条件来选定 类比见表 6 1 表 6 1 采煤机的使用条件 采煤机功率 kw 采高 m 单滚筒双滚筒 0 6 0 90 50 0 100 0 9 1 350 100 100 200 1 3 2 0100 150 200 400 2 0 4 5150 200400 1000 注 华北科技学院 09 课程设计 31 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 因此采煤机选用 MG475 W 型采煤机 其技术参数如表 6 2 所示 表 6 2 采煤机技术参数表 型号 MG475 W 采高范围 m 1 8 3 6 倾角 35 适 应 条 件 普氏系数 f F 2 5 牵引力 kN 550 296 牵引速度 m min 0 12 牵引方式无链 调速方式液压无级 牵 引 机 构 保护方式电机功率过载及恒压保护 型号ZB 125 斜轴泵 工作流量 L min 271 主液压泵 工作压力 Mpa 16 5 液 压 元 件 液压马达型号ZM125 斜轴马达 滚筒直径 mm 1800 截深 mm 800 滚筒转速 r jmin 37 截 割 机 构 卧底量 mm 285 型号 YBC 200 功率 kw 2 200 电压 V 660 1140 配 套 电 动 机 转速 r min 1472 华北科技学院 09 课程设计 32 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 降尘方式内外喷雾 机器重量 t 40 2 工作面刮板输送机 刮板机的输送能力必须与采煤机的生产能力相匹配 具体选型设计见第七章 选 用型号为 SGZ880 2 3 400 型刮板输送机 其技术参数如 6 3 所示 表 6 3 刮板输送机技术参数表 SGZ880 2 3 400 设计长度 m 250 出厂长度 m 200 输送量 t h 1500 刮板链速 m s 1 6 链条型式中双链 型号 EWJ400 200 功率 kW 2 3 400 电压等级 V 1140 电 动机 转速 r min 1480 链规格 34 126 C 破断拉力 kN 1450 中心距 mm 180 刮板距离 mm 1080 刮 板链 每米重量 kg 76 4 型式铸造式中部 槽规格 长 宽 高 mm 1500 880 300 挡板规格 长 宽 高 mm 1500 1646 950 卸载方式侧卸 华北科技学院 09 课程设计 33 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 最大尺寸 mm 3516 5330 1355 机头 单件重 kg 30502 牵引型式无链 机器总重 t 379 3 工作面液压支架 选择液压支架必须有合理的工作阻力和初撑力 液压支架的阻力式支架设计中最 基本参数 支架所有强度都由此决定 它在一定程度上显示了支架的工作能力和特征 目前支架阻力主要是采用现场观测 然后根据观测数据进行估算或折算 选择液压支架还必须确定合理支架结构高度 合适的结构高度是支架正常工作的 关键 在实际使用中 通常选用的支架最大结构高度比最大采高大 200mm 左右 最小 结构高度比最小采高低 250 350mm 同时它们又随这地质条件和生产条件的变化而变 化 选择时需综合各项因素 进行全面分析 除了以上要求外 液压支架的选型还必 须和生产能力配套 根据本矿的地质条件和生产实际 选用 ZF13000 25 38 型低位放顶煤液压支架 技术参数见表 6 4 所示 表 6 4 工作面液压支架技术参数表 型式四柱支撑掩护式低位 高度 最低 最高 2500 3800mm 中心距 1750mm 宽度 最小 最大 1660 1860mm 初撑力 P 31 5MPa 10096kN 工作阻力 P 38 86MPa 13000kN 支护强度 1 23MPa 对底板平均比压 2 64MPa 泵站压力 31 5MPa 操纵方式本架操纵 华北科技学院 09 课程设计 34 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 重量 37103kG 4 运输斜巷胶带输送机 选用 SSJ1000 2 160 型可伸缩胶带输送机 技术参数如下表 6 5 所示 表 6 5 胶带输送机参数表 型号 SSJ1000 2 160 输送能力 t h 1000 输送距离 m 1400 带速 m s 3 3 储带长度 m 100 机头尺寸宽 高 mm 2646 1705 长度 m 15 机尾 搭接 轨距 mm 1362 整机性能 质量 t 120 电动机型号 YSB 160 功率 kW 2 160 电压 V 660 1140 减速比 i 23 39 宽度 mm 1000 输送带 类型阻燃输送带 6 2 2 综采工艺方式的选择和移架方式 综采工艺方式一般分为两种 1 及时支护 即在采煤机割煤后先移支架 再移输送机 工艺过程为采煤 移 架 推溜 此方式应用较多 特别是在顶板不稳定的的情况下 为防止端面冒顶 必 须采用及时支护方式 2 滞后支护 即在采煤机过后 先推溜再移架 回采工艺方式为 采煤 推刮 板输送机 移架 移架滞后割煤较大距离 顶板悬露面积较大 因此 该方式适用于 华北科技学院 09 课程设计 35 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 顶板不宜冒落的条件下 本矿顶板虽中等到稳定 为防止事故发生 保证安全 拟采用及时支护的工艺方 式 由于采用及时支护方式 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 6 3 采煤机的工作方式和进刀方式 综采面采煤机的割煤方式是综合考虑顶板管理 移架和进刀方式 端头支护等因 素确定的 根据本设计条件 决定采用往返一次割两刀的割煤方式 也叫做 穿梭割煤 鉴于工作面割煤方式为往返一次割两刀 故而本设计采用的进刀方式为工作面端 部斜切进刀割三角煤的方式 其示意图如图 6 1 所示 图 6 1 工作面端部斜切进刀割三角煤进刀 a b c d 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 采煤机机身处尚 有一段下部煤 如图 a 所示 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 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 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 华北科技学院 09 课程设计 36 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 所示 6 4 采煤机滚筒螺旋的选择 根据有关规定 厚煤层不低于 75 中厚煤层不低于 80 薄煤层不低于 85 双滚筒采煤机采煤通常采用相背旋转 即右滚筒右旋 顺时针 左滚筒左旋 逆 时针 此时右滚筒采用右螺旋 左滚筒采用左螺旋 装煤方向才正确 一个原则 即 滚筒的螺旋种类要和转向一致才正确 本矿井采煤机也采用向背旋转 即右滚筒右旋 顺时针 左滚筒左旋 逆时针 此时右滚筒采用右螺旋 左滚筒采用左螺旋 6 5 综采工作面巷道布置及端头支架 6 5 1 巷道布置 采用单巷布置 条带运输巷中的一侧需设置转载机和胶带输送机 另一侧设置泵 站和移动变电站等电气设备 故巷道断面较大 一般达 12 以上 同时随着综采技术 的发展 综采高产高效工作面大量涌现 由于产量大 通风量大 条带回风巷断面基 本与运输巷相同或不小 12 由于巷道断面较大 不利与巷道掘进和维护 要求斜巷 采用强度较高的支护材料 根据本矿井围岩条件可采用锚网梁加锚索联合支护 6 5 2 端头支护 综采工作面上 下端头顶板暴露面积大 机械设备多 又是安全出口 这里的支 护对安全生产有重要意义 目前 我国工作面有使用专门的端头支架 也有用单体液 压支柱加抬棚 或单体液压支柱和十字顶梁进行支护 利用工作面液压支架来支护端 头 目前在倾角较小的煤层中应用十分广泛 工作面支架通过安设在机头部的移架梁 来实现移架 通常机头机尾的支架要滞后工作面支架一个截深 本矿井由于煤层倾角较小 可利用工作面液压支架来支护端头 工作面支架通过 安设在机头部的移架梁来实现移架 通常机头机尾的支架要滞后工作面支架一个截深 华北科技学院 09 课程设计 37 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 6 6 采空区处理 采空区顶采用板全部跨落法处理 6 7 综采工作面组织循环作业及循环图表的编制 缓倾斜中厚煤层的综采工作面一般只有割煤 前移支架和推移输送机三个主要工 序 习惯上 完成这三个主要工序后 就算完成了一个循环 因此 一般是按多循环 组织作业的 但在安排作业方式时 必须把机械设备检修作为综采工作面的一个很重 要的工序 进行适当的安排 综采工作面工序安排仍以保证割煤这个主要工序顺利进 行为主要原则 前移支架和推移输送机的工序应积极配合割煤工序 尽可能实现平行 作业 本工作面采用 四六 作业制 工作面的劳动组织有追机作业和分段作业两种基本形式 追机作业适用于顶板较 稳定 支护工作简单 移架速度快 工作面出勤人员较少 技术管理水平较高的情况 分段作业适用于工作面长度较短 截深较小 采煤机牵引速度快 班进多刀 顶板条 件差 支护工作较复杂 工作面出勤人数较多的情况 根据实际情况本矿井综采工作 面的劳动组织采用追机作业形式 6 7 1 劳动组织 用比较类推法 根据类似工作面的定员和工作面及劳动定额配备对各项工种和人 员数目进行确定 具体工种和人员数目见表 6 2 表 6 2 综采面劳动组织表 华北科技学院 09 课程设计 38 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 出勤人数 序号 工种 一班检修班 合计 1 采煤司机2228 2 移架推溜工228 3 工溜司机1114 4转载机司机 5 泵站司机 6 胶带司机3312 21 7 端头维护工33413 8 清煤工226 9 看电缆工3 10 验收员 3 3 11 班长12 58 三班 2 库工 12 3 3 电工 二班 2 2 1 3 3 2 13 14个 个 个 个 个 11141 11141 111 111 333 111 2 226 23232334103 6 7 2 工作制度 回采工作面工作制度采用 四六 工作制 三班采煤 一班检修 6 7 3 工作面正规循环作业图表 表 6 3 正规循环作业图表 班 时 一 二三 面 长 图 例 割 煤移 架 检 修 推 前 溜 放 煤 推 后 溜 华北科技学院 09 课程设计 39 School of Safety Mining North China Institute of Science Technology 6 8 工作面主要技术