采矿课程设计.docx

目录前言 2第一章 井田地质特征、矿井储量及生产能力 3 第一节 井田地质特征 3 第二节 井田范围及储量 3 第三节 矿井年产量及服务年限 5第二章 井田开拓 6 第一节 井田内划分 6 第二节 开拓方案的选定 8 第三节 开采顺序 9第三章 采煤方法 10 第一节 选择确定采煤方法 10 第二节 采区巷道布置 11 第三节 采煤工艺 12结束语 18参考文献 18前言 采矿课程设计是我们安全工程专业学习的重要一环节，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，提高安全工程专业学生计算、绘图、查阅资料的基本技能，对编写设计说明书及绘制设计图纸进行初步锻炼。 设计中要求严格遵守和认真贯彻煤炭工业设计政策、煤矿安全规程、煤矿工业矿井设计规范以及国家制定的其它有关煤炭工业的方针政策，设计力争做到分析论证清楚，论据确凿，采用切实可行的先进技术，力争使自己的设计达到较高水平。 根据题目的要求，在刘老师的指导下，认真地完成计算、绘图、编写说明书等全部工作。但由于本人水平有限，难免有疏漏和错误之处，敬请老师指正。设计题目如下:井田境界：井田走向长度8000m,倾斜长度2600m。煤层埋藏特征:煤层厚度 m1=3.9m, m2=2.8m，煤层倾角=17，层间距H=10m;表土层厚度30m,风化带深度10m; m1顶板为砂质页岩，底板为砂岩；m2煤层顶板为砂岩，底板为粉砂岩；煤层埋藏稳定，井田无较大构造；地面标高+220m。煤的容重=1.35，煤质中硬，坚固性系数=23。矿井开采技术条件：矿井正常涌水量，矿井最大涌水量,矿井相对瓦斯涌出量，煤有自然性，自然发火期 11 个月，煤尘有爆炸性。第一章 井田地质特征、矿井储量及生产能力第一节井田地质特征一、煤层埋藏条件 煤层层数:2；煤层倾角=17；煤层厚度=3.9m，=2.8m；层间距H=10m；煤的容重=1.35；硬度=23；煤层顶板为砂质页岩，底板为砂岩；煤层顶板为砂岩，底板为粉砂岩；表土层厚度30m,风化带深度10m；地面标高+220m。二、井田内的主要地质构造 煤层埋藏条件稳定，井田无较大构造。三、矿井涌水量 矿井最大涌水量；正常涌水量；矿井相对瓦斯涌出量;煤尘有爆炸性；煤的自燃性，自然发火期11个月。表1 煤层及顶底岩性特征序号煤层名称倾角（）煤层厚度（m）层间距（m）视密度(容重)(t/m3)硬度（）煤层生产率(t/m2)围岩性质备注顶板底板1173.9101.35235.26砂质页岩砂岩2172.8101.35233.28砂岩粉砂岩第二节 井田范围及储量一、井田范围 沿走向长度 8000m,沿倾斜长 度2600m,井田内煤层面积=走向倾向= 80002600= ,井田面积=走向倾向 =1.99二、矿井工业储量 勘探(精查)地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量； 矿井工业储量计算方法如下：M=hA 式中h煤层厚度，m; A煤层面积，; 煤层容重，；(1) 煤层矿井工业储量为M1=A=3.92.081071.3= =10951.2(万吨)(2) 煤层的矿井工业储量为M2=A= 2.82.081.35= =7862.4(万吨)总储量 M=M1+M2=10951.2+7862.4=18813.6(万吨)三、矿井设计储量 矿井设计储量是指矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境煤柱和已有的地面建筑物，建筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失后的储量。 井田境界煤柱损失，在设计井田一侧，可按2030m宽度留设，这里按20m留设，存在10m厚的风化带，采区边界留10m的保护煤柱。=MP 式中Zc矿井设计储量， 万吨 M工业储量， 万吨 P永久煤柱损失量， 万吨对m1煤层：井田境界煤柱损失=3.980001.35202+3.91.35（2600-40）202=222.39（万吨）对m2煤层：井田境界煤柱损失p2=2.880001.35202+2.81.35（2600-40）202=159.67（万吨）井田境界煤柱损失p=222.3936+159.6672=382.0608(万吨)矿井设计储量=P=10569.1392(万吨); =P=7480.34(万吨); ZC=+=18049.48(万吨)四、矿井设计可采储量 矿井设计可采储量是矿井设计储量减去工业场地保护煤柱，矿井井下主要巷道及上、下山保护煤柱量后乘以采区采出率的储量。 永久煤柱损失与工业场地、井下主要巷道煤柱损失等，可按工业储量的 5%7%记入，计算矿井可采储量，这里按7%计算。=6%=657.07(万吨) =471.74(万吨)设计可采储量Zk=（MP）CZk设计可采储量，万吨M工业储量， 万吨P永久煤柱损失量，万吨C采区采出率，厚煤层取75%，中厚煤层80%，薄煤层取85%，本设计可取=75%，=80%表2 矿井可采储量计算表煤层名称工业储量(万t)煤柱损失(万t)矿井设计储量(万t)矿井设计可采储量(万t)工业场地断层煤柱井田境界煤柱煤柱合计10951.2657.070222.39879.4710569.147926.857862.4471.740159.67631.417480.345984.27合计18813.61128.810382.0618049.4818049.4813911.13第三节 矿井生产能力及服务年限一、矿井工作制度 根据矿井规范生产能力第2.2.3条规定：矿井工作日数 330 天，采用三八制作业，边采煤边准备，每天净提升时数为 16 小时。二、矿井生产能力及服务年限 矿井设计生产能力为180万吨/年 矿井服务年限T = Zk/AK 式中Zk可采储量，万吨。 A年产量，万吨。 K备用系数，取 K=1.31.5。 T服务年限，年。 这里K取1.4,T=13911.13/1801.4=55.203年计算结果与矿井井型和服务年限表对照知 T50，故本设计满足要求表-3 矿井井型和服务年限表井型矿井设计生产能力(Mt/a)新矿井服务年限(a)改扩建后矿井服务年限(a)大型6.0Mt/a及以上70603.005.00Mt/a60501.202.40Mt/a5040中型0.450.90Mt/a4030小型0.30Mt/a及以下由各省煤炭厅(局)自定同左备注：改扩建矿井的服务年限不应低于同类型新建矿井的50%第二章 井田开拓 第一节 井田内划分一、工作面总线长 B=AX/mLk3 式中B采煤工作面总线长，m； A矿井设计年产量，t/a； X回采出煤率，可取0.9； m同采煤层总厚度，m 煤层容重，t/m3 k3工作面采出率，97%，95%或93% L年推进度，L=330nI 式中n日循环数，个 330矿井年工作日，天 I循环进度，m 正规循环系数，0.81B=1800.9/6.71.351069.20.95=176.3m其中，L=33060.60.9=1069.2m满足设计规范的要求，日循环取6个，循环进度为0.6m,正规循环系数取0.9。二、保证年产量的工作面长度和个数 根据表-4采煤工作面长度的选取要求，工作面长度为200m,由题中给出条件相对瓦斯涌出量验算工作面长度，亦满足要求，故设计工作面长度为200m，较为合理。表-4 采煤工作面长度的选取表煤层采煤工艺工作面长度（m）缓斜中厚及厚煤层综采150240普采120180炮采100150缓斜薄煤层综采120150普采100120炮采80100N =Bn / l式中N同采工作面个数，个 B工作面总线长，mn同采煤层数，个 l采煤工作面长度，m将相关数据代入求得N = 176.32 / 200 =1.763 即同采工作面个数可取为 2 个才能满足生产要求三、区段斜长计算和区段数目确定 本设计煤层采用走向长壁采煤法，采用无煤柱护巷技术。井田划分阶段时，阶段要有合理的斜长，以利于运输通风，巷道维护等。阶段垂高一般缓斜倾斜阶段垂高为 150250m,改设计煤层倾角为 17，上山采用大倾角皮带输送机；辅助提升一般采用单钩串车提升，绞车滚筒直径一般不大于 1.6m,根据绞车的缠绳量，阶段斜长一般不超过 800m,对煤层赋存条件好，生产能力较大的采用滚筒直径 2.0m 的绞车，有效提升距离可达900m,综合经济效益和设计规范，将阶段倾斜长初步定为 800m。倾角大于 16的煤层，瓦斯含量较大，涌水量较大时，不易采用上、下山，开采相结合的方式，故可设置上山开采，矿井阶段数目设为 4 个，其中区段斜长640m, 根据安全规定区段垂高不能超过250m，该煤层的最 大斜长：250/sin17=855m,设为4个为合理。四、水平数目、位置、高度及服务年限 该矿井划分为2个水平，以第二个区段的下部为分界线，煤层底板等高线为-290m,此水平的深度为510m。第二水平高度为-550m,深度为770m。采区长度L=（8000-202-252-10）/8=987.5；故可设4对双翼采区第一水平服务年限T=ZK/AK式中T采区服务年限 A矿井年设计产量，取180万吨 K储量备用系数， k=1.4 T=13193.56/1801.4=52.425 故第一水平服务年限满足生产要求五、阶段内的布置方式及参数 根据井田条件和设计规范有关规定，本井田可划为2个水平，设2个辅助水平，阶段斜长 640m,阶段内用采区式进行准备，每阶段分4对走向长为987.5m 的双翼采区，在井田每翼布置一个生产采区，并采用后退式开采顺序。第二节 开拓方案的选定一，进入地下方式及相应井底车场形式 由于本井田地形平坦，表土层厚，所以采用立井开拓，其主井设箕斗，副井设罐笼，两个井筒装备梯子间作为安全出口，并按井下生产费用尽可能低的原则，确定井筒位置位于井田中部。由于矿井范围较大，通风路线长，因此考虑在采区边界设置专门的回风井，采取分列式通风方式。 由于主副井距主要运输大量较近，利用主要运输巷作为绕道回车线及调车线，可节约开拓工程量。故可采用立井卧式环形井底车场。 两煤层之间间距为 10m，距离较小，易采用集中大巷布置，为减少煤柱损失和保证大巷的维护条件，大巷位于m2煤层底板下垂距为 20m 的粉砂岩中，上山沿煤层走向距离为 25m，轨道上山位于运输上山偏下方。 经过分析建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济，选取方案二，矿井分为两个水平，两水平均采用上山开采，阶段内沿走向划分为8个采区，每个采区长987.5m。第三节 开采顺序一、井田走向方向的开采顺序： 井田的开采顺序根据在井田内采区的顺序一般采用前进式，即从井田中央开始，向井田两翼推进的方式。本井田以井筒位置换分为两大区，对m1煤层以左依次为 1011、1012、1013、1014 采区，井筒以右定位 1021、1022、1023、1024 采区；m2煤层主井井筒以左依次划为 2011、2012、2013、2014 采区，主井井筒以右划为 2021、2022、2023、2024 采区。 煤层组与组间开采顺序原则上采用下行式。但本设计中考虑到出煤量，尽可能高效率采出，满足生产要求，故采用双层同采。由于煤层间距较近，考虑到地压的影响，在开采时m2煤层应滞后于煤层三四个月进行生产。水平间先采第一水平然后依次开采第二水平，阶段间的开采顺序亦是如此，从上往下开采。二、投产采区的数目和位置，并验算矿井的生产能力。 根据井田的开采顺序，煤层组与组间的开采顺序，水平的开采顺序，决定在1011采区设首采工作面，其下面是2011 采区，工作面长为200m,走向长度987.5m,工作面配一个备用工作面，一个掘进工作面。投产初期矿井年产量的验算：式中：An矿井同采工作面产量综合，An=180万吨 mi 第i号工作面采高，m1=3.9m，m2=2.8m Ii第i号工作面长，Ii=200m li第i号工作面推进度，m/a 第i号工作面的容量，1.35 n同采工作面数，2 Ki第i号工作面采出率，薄煤层97%、中厚煤层95%、厚煤层93%,此 处Ki=0.95 矿井年出煤量 =1.1(3.9+2.8) 2001069.21.350.95=202万吨 1.15A=207万吨，此设计满足生产能力。第三章 采煤方法第一节 选择确定采煤方法 井田范围内煤层厚度 m1=3.9m，m2=2.8m;煤层倾角=17，层间距10m,井田内无较大地质构造，根据我国当前技术情况，以及满足设计年产量，采用走向长璧采煤法并分层同采，处理采空区用自然垮落法。地质条件较简单，采用机械化采煤工艺。采m1煤层工作面装备以ZY-35 型支撑掩护式液压支架为主的方案，配备 MLS-170 双滚筒采煤机（配 1.6m 直径的滚筒），SGW-250型可弯曲刮板输送机（装型挡板），运输顺槽配以 SZQ-75 型转载机，SDJ-150型可伸缩皮带运输机，工作面断头支护可用 DZ 型外注式单体液压支柱的综合采煤机械。第二节 采区巷道布置一、设计采区位置及主要参数1、采区上山道数目、位置 根据设计规范，当煤层倾角大于 16时不适合下山开采，故每个区段沿煤层顶、底板开掘两条上山，上山在倾斜方向距离 8m;斜长为 640m,轨道上山采用串车提升运输上山铺设大倾角皮带运输机。运输上山、轨道上山的位置在每个阶段的中部。2、 区段平巷的布置方式 m1煤层厚度 3.9m,倾角 17，各分层的区段平巷，可采用倾斜内错式布置，m2也一样3、采区上、中、下车场型式 m1煤层采区上部车场可采用顺向平车场，中部车场采用绕道式甩车场，采区下部车场采用大巷装车式采区下部车场，m2煤层也可以这样分布。4、采区主要巷道断面支护方式 机轨合一大巷采用锚喷支护，轨道上山、胶带运输机上山采用砌碹支护，区段平巷采用梯形工字钢支护。5、采区硐室位置 采区硐室主要有采区变电所、采区绞车房等。根据采区绞车房应布置在围岩稳定、无淋水、地压小、易维护的地点，应避开较大的地质构造，含水层、将绞车房布置m1在煤层底板中。采区中央变电所设置在采区上山之间。6、采区走向长度 有 8 个采区，采区走向长度 987.5m ,倾向长度 640m。7、区段斜长及区段数目 矿井划分为四个阶段，阶段斜长 640m，每个阶段分为 4 个区段，区段长度为 160m。8、区段巷道煤柱尺寸 为了保护采区内各种煤层巷道处于良好状态，常留设一定尺寸的煤柱。轨道上山、运输上山、机轨合一大巷保护煤柱尺寸为 20m。二、采区采出率、采区千吨掘进率及掘进出煤率的计算 1、采区总出煤量=（工作面出煤量+掘进出煤量）=987.5 1606.71.35+29.91601.35+29.9987.51.352=1486178.55（吨） 2、采区采出率=采区总出煤量/采区工业储量100%=1486178.55/1486718.8100%=99% 3、采区掘进出煤率=采取掘进总出煤量/采区总出煤量 100%=(29.91601.35+29.9987.51.352)1486178.55100%=3.84%三、采区的各个系统1、采区的运输系统（1）运煤系统回采工作面刮板输送机运输顺槽皮带运输机运输上山机轨合大巷主井井底煤仓装载硐室箕斗地面（2）材料、设备运输系统井下所用材料、设备由副井井底车场机轨合一大巷轨道上山回风顺槽工作面矸石的运输方向与运料方向相反2、通风系统新鲜风流经副井机轨合一大巷运输上山运输顺槽工作面轨道顺槽回风石门集中回风大巷回风井3、排水系统回采工作面掘进工作面轨道上山机轨合一大巷水仓，由主排水泵排出地面第三节 采煤工艺一、采煤工作面有关参数 设计煤层分层同采，布置上下两个工作面。回采工作面长 160m,循环进度为 0.6m,日进度为 3.6m,一次采全高。工作面生产能力 180 万吨/年。二、割煤及进刀方式 mi及m2煤层赋存比较稳定，煤层倾角较缓，顶底板比较稳定，采用割三角煤斜切进刀，往返一次割两刀的方式割煤。三、采用端头支护及超前支护（1）由于刮板输送机的机头、机尾有变速箱，使排头、排尾的支架落后于中间支架一个步距，为防止端头空顶漏矸，当采煤机割煤后，排头、排尾各三架，采用伸缩梁，待移输送机后再移架，使工作面梁端保持一致。（2）加强超前支护，超前支护距离为20m,采用单体液压支柱配合铰接顶梁支护，回风平巷平行巷道设两排，运输平巷设三排，均为一梁二柱。（3）工作面装备以支撑掩护式液压支架为主的方案。四、采煤方法及设备选型 由于本次设计中m1厚煤层，m2为中厚煤层，故采用一次采全高的采煤方式。表-5 采煤机械配备表名称型号单位数量采煤机MLS-170台2支撑掩护式液压支架ZYJ3200/14/32组480刮板输送机SGD-730/180台4转载机SGZ-730/160台4皮带运输机DSP-1080/1000台4回柱绞车JH2-14台8调度绞车JD-11.4台16乳化液泵站FRB200/40台16单体液压支架LZ-25/110根700水泵ZBA-6台8探水钻HQ-150台8煤电钻MZ-15台12五、安全技术措施 本矿井属低瓦斯矿井，矿井开采的两煤层煤尘具有爆炸性，煤层属于自燃煤层，自然发火期11个月，矿井水文地质条件简单，煤层顶板较稳定，为了保证矿井安全生产，生产过程中要严格遵守煤矿安全规程等有关法律法规和制度，采取确实有效的安全技术措施，预防灾害事故的发生。1、预防瓦斯措施 预防瓦斯灾害事故主要从加强矿井通风和瓦斯检查，防止瓦斯积聚和杜绝瓦斯引燃火源两方面着手。、预防瓦斯积聚（1）注意控风风门不得随意敞开，禁止两道风门同时打开。（2）放顶后，冒顶不好处，在切顶线挂风障挡风，以免带出采空区瓦斯。（3）矿井设置专门通风管理机构，配备规定数量的专职瓦斯检查员和通风员，建立行之有效的规章制度，加强通风瓦斯管理工作。（4）加强对主要风机和局部风机和维护管理，确保风机正常连续运转，禁止任意停开风机，保证正常通风。（5）严格按照煤矿安全规程规定认真检查井下各地点的瓦斯，严禁漏检。（6）工作面上隅角和运输尾巷易积聚瓦斯，需加强检测，必要时应采取措施处理。 (7)建立完善的矿井监控系统，保证系统正常运行，采掘工作面等地点安设甲烷传感器，实施瓦斯连续监控。、防止瓦斯引爆火源（1）每周对电器设备进行检查，严禁电器设备失爆、电缆漏电。（2）瓦斯超限或瓦斯异常有突出危险预兆时，必须立即停止作业，撤出人员至新鲜风流中。（3）井下选用防爆电气设备，并经常维修检查。（4）井下爆破使用煤矿安全炸药和许用雷管 。（5）井下不准带电作业。（6）井下不得从事电、气焊工作。（7）井下电气设备设置防雷电、接地、过流、漏电保护装置。六、井下防火措施（1）有机电硐室均用不可燃材料支护，并按照规程设防火门。 (2) 机电硐室及井下易着火地点配灭火器等灭火器材，主要机电硐室，机械设备运转处应派专人值班。（3）井下电缆选用阻燃的，选用抗静电阻燃风筒，胶带输送机选用阻燃胶带。（4）矿井设地面消防水池和井下消防管路系统，井下消防管路系统应每隔一百米设置支管和阀门，在带式输送机巷道中每个五十米设置支管和阀门。（5）装置一氧化碳传感器和温度传感器。（6）设置反风装置。（7）加强对职工的安全培训。七、预防顶板灾害的措施1、严格按照煤矿“三大规程”规定作业，严禁违章作业。2、合理布置采煤工作面和巷道，防止应力集中，选择合理的支护参数及支护方式，新掘巷道进行锚网支护。3、采煤工作面遇顶板松软或破碎时，过断层、老空、过煤柱及托尾顶开采，初次放顶及收尾时，制定专项安全措施。4、 采煤工作面上、下安全口要加强支护，安全出口以外 10m 范围内要超前支护。5、采掘工作面要及时有效的支护，严禁空顶作业。6、严格执行敲帮问顶制度，在进入工作面之前，班组长安全员必须对工作面进行全面的安全检查，在确认无危险时，方可允许工作人员进入工作面。每个工作人员必须经常认真地检查工作地点的煤壁、顶板、支架情况，当发现隐患时，必须立即采取措施进行处理。八、防止煤尘自燃1、采空区、突出和冒落孔洞等空隙采取预防性灌浆或全部充填、喷阻化剂、注惰性气体、均压等措施，防止自燃发火。2、开没工作面投产和通风系统形成后，构筑好防火门墙，并储备足够数量的封闭防火门的材料。3、集中大巷和总回风巷必须砌碹或锚喷，碹后的空隙和冒落处，必须用不可燃性材料密实。4、在老空区，煤及半煤岩等温度异常的，自燃发火区进行爆破作业时，测试孔内温度高温或有明火的炮孔要采取灭火降温。九、采煤工作面通风安全措施：1、采煤工作面通风安全措施：（1）建立