采矿带区设计

序序 论论 一 设计目的 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的动手能力 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 采区概况 本带区为某矿第二水平第四采区 其中二采区已采 六采区未采 上部标高 150m 下部标高 300m 其走向长度为2020m 倾斜长度为 1080 面积为 煤层均为中厚煤层 煤层埋藏稳定 构造 2 m 简单 煤质中硬 自然发火期为6 12个月 大巷位置 运输大巷和回风大巷都布置在煤层底板岩石中 标高分 别 为 320m和 330m 运输方式 大巷运煤采用1 5t固定式矿车 10t架线电机车牵引 瓦斯等级 相对瓦斯运出量5 属于低瓦斯矿 3 m t 具体煤层情况如表1所示 表1 煤层 m 顶 底板岩性 层间距 稳定 序号 倾角 性 最大 最小 一般 顶板 底板 最大 最小 一般 4 2 2 1 8 2 粉砂岩 粉砂岩 6 8 稳定 34 28 30 5 2 7 2 3 2 5 粉砂岩 粉砂岩 稳定 6 8 1 三 课程设计内容 1 采 带 区巷道布置设计 2 采 带 区中部甩车场线路设计或下部平车场 线路设计 序号 平均厚度 m 岩性描述 地层岩性 柱 状 1 粉砂岩 30 0 灰色 砂质胶结 较软 煤层埋藏稳定 煤质中硬 2 5 2 煤 3 粉砂岩 30 0 灰色 砂质胶结 较软 4 2 0 煤层埋藏稳定 煤质中硬 煤 灰色 砂质胶结 较软 5 30 0 粉砂岩 图1 设计煤层综合柱状图 2 第一部分第一部分 带带区巷道布置区巷道布置 第一第一节节 带带区区储储量与服量与服务务年限年限 1 带带区生区生产产能力能力选选定定为为120万万t a 2 带带区区计计算的工算的工业储业储量 量 设计设计可采可采储储量分量分别为别为 1 带带区工区工业储业储量量 Z H L m m g45 式中 式中 Zg 带带区工区工业储业储量 万量 万t H 带带区区倾倾斜斜长长度 度 1080m L 带带区走向区走向长长度 度 2020m 3 t m 煤的容重 取煤的容重 取1 35 煤煤层层煤的厚度 煤的厚度 为为2 0m mK 44 煤煤层层煤的厚度 煤的厚度 为为2 5m mK 55 Z 1080 2020 2 0 1 35 589 032万万t g4 Z 1080 2020 2 5 1 35 736 29万万t g5 Z Z Z 589 032 736 29 1325 322万万t gg4g5 Z Zg P C 2 带带区可采区可采储储量量 k 式中 式中 Z 带带区可采区可采储储量 万量 万t k Z 带带区工区工业储业储量 万量 万t g P 带带区煤柱区煤柱损损失量 万失量 万t C 带带区回采率 厚煤区回采率 厚煤层层不低于不低于0 75 中厚煤 中厚煤层层不低于不低于0 80 薄煤薄煤层层不低于不低于0 85 1 3 Z 1080 20 2020 30 2 0 1 35 569 538 万万t k4 Z 1080 20 2020 30 2 5 1 35 711 9225 万万t k5 Z Z Z 569 538 711 9225 1281 46万万t kk4k5 3 矿矿井服井服务务年限年限计计算算 Z k T A k 式中 式中 T 带带区的服区的服务务年限 年年限 年a Z 带带区的可采区的可采储储量 万量 万t k K 带带区区储储量量备备用系数 取用系数 取K 1 35 A 带带区区设计设计生生产产能力 万能力 万t a Z1281 46 k T 7 9a A k120 1 35 4 验验算算带带区采出率区采出率 带带区采出率区采出率 带带区区实际实际出煤量出煤量 带带区工区工业储业储量量 10 0 1 煤 煤层带层带区采出率区采出率 569 538 589 032 100 96 7 k 4 2 煤 煤层带层带区采出率区采出率 711 9225 736 29 100 96 7 k 5 采区采出率 厚煤采区采出率 厚煤层层不低于不低于0 75 中厚煤 中厚煤层层不低不低 于于0 80 薄煤 薄煤层层不不 低于低于0 85 1 第二第二节节 带带区内的再划分区内的再划分 1 确定采煤工作面 确定采煤工作面长长度度 该该煤煤层组层组左右两左右两边边界各留界各留10m的的边边界煤柱 下部界煤柱 下部 留留30m护护巷煤柱 巷煤柱 则则其煤其煤层倾层倾向向长长度度为为 1080 30 1050m 走向 走向长长度度为为2020 20 2000m 又因又因为为各煤各煤层层埋藏埋藏稳稳定定 地地质质构造构造简单简单 无断 无断层层 煤煤层层附存条件附存条件较较好 好 4 瓦斯涌出量低 涌水量也小 自然发火倾向较弱 且现代采矿工作面长 度有加长趋势 故采煤工艺选取较先进的综合 机械化采煤方法 一般 而言 考虑到设备选型及技术方面的因素 综采 工作面长度为180 250m 巷道宽度为4m 5m 设计本带区开掘巷 道宽度为4 5m 带区生 产能力为120万t a 一个厚煤层或中厚煤层的一 个工作面便可以满 足生产要求 将整个带区划分为10个分带 并采 用沿空留巷方式 采用混凝土砌块支护护巷 工作面长度为 L S n 1 4 5 n 2000 11 4 5 10 195m 式中 S 除去永久保护煤柱煤层走向长度 n 分带数目 2 确定带区内的工作面数目 回采工作面沿走向布置 沿倾向推进 采用下行 后退式倾斜长壁 采煤法开采 工作面数目 N L S l l 00 式中 L 煤层走向长度 m S 带区沿走向所有煤柱宽度之和 m 0 l 工作面长度 m l 回采巷道宽度 取4 5m 0 N L S l l 2020 2 10 195 4 5 10 则 00 5 3 确定工作面生产能力 A L V M C 000 式中 A 工作面生产能力 万t a 0 L 采煤工作面长度m V 工作面推进度m 0 M 采高m C 采煤工作面采出率 0 A L V M C 1 带区195 0 8 8 330 2 0 1 35 044 4 0 95 10 105 64万t a 120万t a A L V M C 2 带区195 0 8 6 330 2 5 1 35 055 4 0 95 10 113 76万t a 120万t a 4 确定带区内工作面数及工作面接替顺序 生产能力为120万t a 目前开采准备系统的发展 方向是高产高 效生产集中化 采用提高工作面单产 以一个工 作面产量保证带区产 量 因此可确定带区内为一个工作面生产 考虑 到采动应力集中的因 素 且下一带区未采 则每个煤层带区间采用依 次开采 且10个分带 工作面接替顺序如下 K 表2 1 煤层工作面接替顺序 4 工作 面编12404 12414 12424 12434 12444 12454 12464 12474 12484 12494 号 开采 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 次序 6 对对于煤于煤层层工作面接替工作面接替顺顺序 序 K 4 12404 12424 12434 12444 12454 12464 1247 4 12 484 12494 K 表表2 2 煤煤层层工作面接替工作面接替顺顺序序 5 工作工作 面面编编12405 12415 12425 12435 12445 12455 12465 12475 12485 12495 号号 开采开采 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 次序次序 煤煤层层工作面接替工作面接替顺顺序 序 K 5 12405 12425 12435 12445 12455 12465 1247 5 12 485 12495 第三第三节节 确定确定带带区内准区内准备备巷道布置及生巷道布置及生产产系系统统 1 完善开拓巷道 完善开拓巷道 为为了了缩缩短短带带区准区准备时间备时间并提高并提高经济经济效益 根据所效益 根据所给给地地质质 条件 在条件 在 第一开采水平中 把第一开采水平中 把为该带为该带区服区服务务的运的运输输大巷和回大巷和回风风大大 巷均布置在巷均布置在 K 煤煤层层底板下方的底板下方的稳稳定岩定岩层层中 中 4 2 确定 确定带带区巷道布置系区巷道布置系统统 首先确定回采巷道布置方式 由于地首先确定回采巷道布置方式 由于地质质构造构造简单简单 无断 无断 层层 煤煤层层 赋赋存条件好 涌水量存条件好 涌水量较较小 瓦斯涌出量小 瓦斯涌出量较较小 无小 无 自然自然发发火火倾倾向向 直接直接 7 顶较厚且易跨落 同时为减少煤柱损失 提高采出率 降低巷道 掘 进费用 采用沿空留巷的方式 3 带区布置方案分析比较 确定带区巷道布置系统 带区内有两层煤 每一 层都布置10个 工作面 根据相关情况初步制定以下两个方案 进行比较 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 通风系统为 新风从运输大巷 进风行人斜巷 分带运输斜巷 采煤 工作面 分带回风斜巷 带区运料斜巷 回风 大巷 该方案的特点 是 每个分带都布置了煤仓 所以管理较复杂 煤仓和联络斜巷工程 量大 但有利于通风和工作面的接替 方案二 带区联合布置 将带区分成10个分带 运输大巷通过进风行人 斜巷进入上部煤 层 整个带区布置一个煤仓直通运输大巷 通风系统为 新风从运输大巷 进风行人斜巷 分带运输斜巷 采煤 工作面 分带回风斜巷 带区运料斜巷 回风 大巷 该方案简化了运 输系统 仅布置了一个煤仓和一对联络巷 减少 了煤仓和联络斜巷的 8 施工量 使运煤 运料集中处理 符合集中化生 产理念 但出现了因 带区内通风线路长短不同而造成通风协调困难 的问题 同时还增加煤 巷的维护量 增大了煤柱损失 图2 分带单独布置 图3 分带联合布置 9 技技术经济术经济比比较较 巷道巷道硐硐室掘室掘进费进费用用 表表3 1 方案方案 方案一方案一 方案二方案二 工程工程单单价价 工程量 工程量 m 费费用 万元 用 万元 工程量 工程量 m 费费用 万元 用 万元 名称名称 元 元 回回风风 运料运料 1578 152 12 1824 287 82 斜巷斜巷 m 进风进风 行人行人 1578 94 12 1128 177 9984 94 2 188 29 6664 斜巷斜巷 m 3 14 2 2 30 3 14 2 2 30 煤煤仓仓 144 65 1110 0 8518 3 12 4521 6 2 753 6 元元 m 集中集中 4 2580 10 2 平巷平巷 831 850 944 10240 元 元 m 530 9294 891 4622 合合计计 10 巷道巷道硐硐室掘室掘维护费维护费用用 表表3 2 方案方案 方案一方案一 方案二方案二 工程工程 单单价工程量价工程量 费费用用 工程量工程量 费费用用 名称名称 元 元 m 万元 万元 m 万元 万元 回回风风运运 40 152 12 16 02 152 16 02 2 116 8819 19 48032 料斜巷料斜巷 29220 48 元元 a m 4870 08 m 进风进风行行 40 94 12 16 02 94 16 02 2 72 28224 12 04704 人斜巷人斜巷 18070 56 元元 a m 3011 76 m 189 16414 31 52736 小小计计 30 25 16 02 12 25 16 02 1 煤煤仓仓 14 418 1 2015 3 元元 a m 4806 400 5 元元 m 160 2560 16 02 4 集中平集中平 2624 7168 元元 a m 8 巷 巷 m 203 58214 2657 44566 合合计计 11 生生产经营费产经营费用用 表表3 3 方案方案 方案一方案一 方案二方案二 工程名工程名单单价价 工程量 工程量 m 费费用 万元 用 万元 工程量 工程量 m 费费用 万元 用 万元 称称 元 元 斜巷斜巷1164 94 12 1128 131 2992 94 2 188 21 8832 m 元元 m 煤煤仓仓951 30 12 360 34 236 30 2 60 5 706 m 元元 m 合合计计 165 5622 27 5892 费费用用汇总汇总表表 表表3 4 矿矿井井费费用名称用名称 方案一方案一 方案二方案二 掘掘进进 万元 万元 530 9294 891 4622 维护维护 万元 万元 203 58214 2657 44566 生生产产 万元 万元 165 5622 27 5892 总计总计 万元 万元 900 07374 3576 49706 方案一特点 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 方案二特点 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 方案二更优 越一些 12 综综上所述 上所述 选择带选择带区区联联合布置方式 巷道布置情合布置方式 巷道布置情 况况见见巷道布置巷道布置图图 带带 区巷道剖面区巷道剖面图图 以煤 以煤层为层为例例 K 4 4 确定工作面回采巷道布置方式及工作面推 确定工作面回采巷道布置方式及工作面推进进 终终点位置点位置 回采巷道布置方式回采巷道布置方式 采用采用单单巷沿空留巷掘巷沿空留巷掘进进方式方式 分析 已知分析 已知带带区内各煤区内各煤层层埋藏平埋藏平稳稳 地 地质质构造构造简简 单单 无断 无断层层 同 同时时 各煤各煤层层瓦斯涌出量瓦斯涌出量较较低 自然低 自然发发火火倾倾向向较较弱 涌弱 涌 水量也水量也较较小 因此有小 因此有 利于利于综综合机械化作合机械化作业业 可以充分 可以充分发挥综发挥综采高采高产产 高效的高效的优势优势 同 同时时 为为 减小煤柱减小煤柱损损失 提高采出率 失 提高采出率 综综合考合考虑虑各种因素各种因素 说说明 在明 在带带区巷道布置平面区巷道布置平面图图内 工作面布置和内 工作面布置和 推推进进的位置以达到的位置以达到带带 区区设计产设计产量及安全量及安全为为准 工作面推准 工作面推进进到距煤到距煤层层 下部下部边边界界30m处处的位的位 置 即置 即为为避开采掘超前影响所留避开采掘超前影响所留设设的的30m护护巷煤巷煤 柱柱处处 5 确定通 确定通风风布置系布置系统统各煤各煤层层通通风风系系统为统为 新新风风从运从运输输大巷大巷 进风进风行人斜巷行人斜巷 分分带带运运输输斜斜 巷 巷 带带区运煤巷 区运煤巷 采采 煤工作面煤工作面 分分带带回回风风斜巷斜巷 带带区煤区煤层层运料平巷运料平巷 联络联络巷巷 带带区运料区运料 斜巷斜巷 回回风风大巷 大巷 第四第四节节 带带区区车场线车场线路路设计设计 该带该带区开采近距离煤区开采近距离煤层层群 群 倾倾角角为为8 铺设铺设600m m轨轨距的距的线线路 路 轨轨型型为为15Kg m 采用 采用1t矿车单钩矿车单钩提升 每提升 每钩钩提升提升 3个个矿车矿车 要求甩 要求甩 车场车场存存车线设车线设双双轨轨道 斜面道 斜面线线路布置采用二次路布置采用二次 回回转转方式 方式 13 第二部分第二部分 采煤工采煤工艺设计艺设计 第一第一节节 采煤工采煤工艺艺方式的确定方式的确定 1 选第一煤层 即煤层为对象设置采煤工艺 K 4 由于煤层厚度为2 0m 属于中厚煤层 结构简 单 无断层 故可 K 4 用综合机械化采煤工艺 一次采全高 2 综采工作面的设备选用国产综采设备 3 采煤与装煤 1 落煤方式与采煤机的选择 采用综合机械化采煤 双滚筒采煤机直接落 煤和装煤 依据带区的设 计生产能力确定工作面每天的推进度为 V Qr L M C 330 195 2 0 1 35 0 95 6 27m d 式中 V 采煤工作面每天的推进度 m d Qr 采煤工作面生产能力 t a L 采煤工作面的长度 m M 采煤工作面采高 煤层取2 0 K 4 3 煤的容重 1 35t m C 工作面的采出率 k4煤层为中厚煤层 因此C 取0 95 选择采煤机的截深为800mm 每天正规循环 推进八刀 每天循环共推 进6 40m 可满足每天至少推进6 27m的要求 14 表表4 1 采煤机参数采煤机参数 采煤机型号 机身长度m 8 90 4MG200 采高m 滚筒直径 1 6 1 4 3 5m 800 截深mm 牵引速度m min 0 6 0m min 牵引力KN 截割功率kw 2800 250KN 液压 齿轮 销 牵引形式 总质量t 21t 轨 冷却形式 喷雾形式 内外喷雾 水冷 表表4 2 刮板刮板输输送机参数送机参数 机头尺寸 刮板机型号 SGZ 764 500 1790 830 280 2 长 宽 高 m 链速m s 运输能力T h 10001 25 电机功率KW 铺设长度m 200 2 250 刮板机形式 电压V 1140 准双边链 表表4 3 液液压压支架参数支架参数 初撑力工作阻支撑强度适应角 型号 高度m 宽度m KN 力KN MPa 度 6917 8600 ZY8600 17 35 1 5 3 5 1 65 1 85 0 99 1 03 25 M 0 2 满足要求 max 17 支架的最小结构高度为1 7m 0 25 0 35 满 足要求 M min 校核支架强度 q K M g 10支护强度 式中 q 支护强度 MPa K 作用于支架上的顶板岩石厚度系数 取6 M 采高 m 岩石密度 取 2 5 3 3 10 kg m G 取10 2 m s q 0 464 MPa q 0 525MPa 0 99 Mpa 所以满足要求 由Q q F KN 3 10 2 式中 F 为支架支护面积 F 6 1 5 9 m Q 0 525 9 103 4725 KN 由P Q 式中 P 支架的工作阻力 KN Q 支架的有效工作阻力 KN 支架的支撑效率 取80 P 4725 0 8 5906 KN 支架工作阻力6000 KN 满足要求 8 工作面 三机 生产能力配套 工作面生产能力取决于采煤机落煤能力 而刮 板输送机 液压支 架及转载机 可伸缩带式输送机等设备能力都 要大于采煤机的生产能 力 国外按大于20 设计 18 采煤机实际生产能力的确定 采煤机实际生产能力 3 Q 60 V S M K 10 cc 式中 Qc 采煤采煤机的实际生产能力 t h 采煤机的实际牵引速度 一般综采为 m mi n S 采煤机的截深 0 8m M 工作面平均采高 2 0m 3 煤的实体容重 1 35kg m K 工作面采出率 0 95 Qc 60 3 5 0 8 2 0 1 35 0 95 430 92t h 输送机的生产能力 工作面输送机的能力要大于采煤机的实际生产 能力 即 输送机的生产能力 Qs 1 1 1 15 Qc Qs 工作面输送机的能力 t h Qs 1 15 430 92t h 495 56t h 4m min 满足要求 e 转载机和可伸缩胶带输送机的能力 其能力应大于工作面正常生产能力 输送的能力 Qz 1 5 3 0 Q Q Qb T Qz 转载机和可伸缩胶带输送机的能力 t h Q 工作面日正常生产能力 t h Qb 工作面日产量 t 日 一个循环纯割煤时间 h Q 1000 2 500t h Qb 500 16 8000t Qr N L M B C 工作面生产能力 式中 L 工作面长度m M 采高2 0m B 循环进尺0 8m 3 t m 煤的容重 1 35 C 工作面回采率95 N 每日循环数8 Q 2 0 195 0 8 8 1 35 95 r 3201 12t 20 Q Q 即即满满足足设计设计要求 要求 br 6 处处理采空区理采空区 采用全部跨落法采用全部跨落法处处理采空区 理采空区 第二第二节节 工作面合理工作面合理长长度的度的验证验证 1 从煤 从煤层层地地质质条件考条件考虑虑 该带该带区内的两区内的两层层可采煤可采煤层层的地的地质质条件条件较较好 无好 无 断断层层 煤 煤层倾层倾角角为为8 煤煤层层厚度适中 厚度适中 顶顶底板底板较稳较稳定 瓦斯涌出量定 瓦斯涌出量较较低低 自然 自然发发火火倾倾向向较较弱 弱 涌水量也涌水量也较较小 所以布置小 所以布置195m的工作面比的工作面比较较合适合适 2 从工作面生 从工作面生产产能力考能力考虑虑 工作面的工作面的设计设计生生产产能力能力为为120万万t a 正 正规规循循环环每天每天 进进八刀 采八刀 采 煤机煤机滚滚筒截深筒截深为为800mm 所以煤 所以煤层层的工作面的工作面实际实际 年生年生产产能力能力为为 K 4330 0 8 8 2 0 195 1 35 0 95 105 64万万t 能能够满够满足足设计设计生生产产能力的要求 一个工作面生能力的要求 一个工作面生 产产就能就能够满够满足足设计设计生生产产 能力的要求 工作面的能力的要求 工作面的长长度确定的合理 度确定的合理 3 从运 从运输设备输设备及管理水平角度考及管理水平角度考虑虑 带带区生区生产选产选用的用的设备设备均均为为国内先国内先进进的的生的的生产设产设 备备 工作面 工作面选选用的用的 200m刮板刮板输输送机能送机能够够利用国内先利用国内先进进的技的技术术 能 能够够 与与时时俱俱进进的跟上技的跟上技 术术的的发发展 展 4 从 从顶顶板管理及通板管理及通风风能力考能力考虑虑 21 该带区的顶板较稳定 工作面可以适当的加长 综采工作面的长 180 250m 度一般在 所以选择的工作面的长度为195m较 合适 另外 工作面的瓦斯涌出量较低 通风问题能够 解决 5 从巷道布置角度考虑 由于带区走向长为2020m 除去煤柱宽及巷道 宽度 剩余 1950 05m 把每个工作面长度定为195m 1950 05 195 10分带 正 好布置10个工作面 满足生产要求 6 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 22 附表 附表 1 劳动组织图表 序号 工种 一班 人 二班 人 三班 人 合计 人 1 班长 2 2 2 6 2 采煤机司机 3 3 3 9 3 输送机司机 1 1 1 3 4 转载机司机 1 1 1 3 5 胶带机司机 1 1 1 3 6 移架工 3 3 1 7 7 推溜工 2 2 1 5 8 放煤工 2 2 1 5 9 超前维护工 6 6 1 13 10 电气维修工 1 1 3 5 11 运料工 5 5 12 安全质量员 1 1 1 3 13 机械修理工 2 2 4 8 合计 人 25 25 25 75 23 2 技术经济指标表 序号 项目 单位 数量 1 煤层厚度 m 2 0 2 煤层倾角 8 3 平均采高 m 2 0 4 采煤机 台 1 5 液压支架 架 112 6 端头支架 架 6 7 刮板输送机 台 1 8 破碎机 台 1 9 转载机 台 1 10 胶带输送机 台 2 11 循环进尺 m 0 800 12 日产量 t 3201 12 二班采煤 13 生产方式 一班准备 14 出勤人数 人 75 15 回采工效 t 工 42 7 16 截齿消耗 个 万t 20 17 乳化液消耗 kg 万t 120 18 日循环数 个 8 24 3 机械设备表 标 设备名称 型号 主要参数1 主要参数2 生产厂家 号 采高 无锡 1 采煤机 4MG200 800mm截深 2 0 4 0 采煤机厂 可弯曲刮 2 SGZ 764 500 运量1000t h 长度200m 西北煤机厂 板输送机 可弯曲刮 2 SGZ 630 150 运量250t h 长度200m 中煤张家口 板输送机 支撑掩护郑州 3 ZZS6000 21 38 自重24 518t 工作阻6000 KN 式支架 煤机厂 4 端头支架 PDZ 25t 244