采矿带区设计.doc

.序 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2181600。煤层均为中厚煤层，煤层埋藏稳定，构造2m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。 3m/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。2.52煤3粉砂岩30.0灰色，砂质胶结，较软。42.0煤层埋藏稳定，煤质中硬。煤灰色，砂质胶结，较软。530.0粉砂岩 图1 设计煤层综合柱状图 2 第一部分 带区巷道布置 第一节 带区储量与服务年限 1、带区生产能力选定为120万t/a。 2、带区计算的工业储量、设计可采储量分别为： （1） 带区工业储量 gZ=HL(m+m) g45式中：Zg 带区工业储量，万t； H 带区倾斜长度，1080m； L 带区走向长度，2020m； 3t/m 煤的容重，取1.35； 煤层煤的厚度，为2.0m； mK44 煤层煤的厚度，为2.5m； mK55Z=108020202.01.35=589.032万t g4Z=108020202.51.35=736.29万t g5Z=Z+Z=589.032+736.29=1325.322万t gg4g5Z=(Zg-P)C (2) 带区可采储量: k式中：Z带区可采储量，万t kZ带区工业储量，万t gP带区煤柱损失量，万t C带区回采率，厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.80，薄煤层不低于0.85 【1】 3 Z=(1080-20)(2020-30)2.01.35=569.538万t k4Z=(1080-20)(2020-30)2.51.35=711.9225万t k5Z=Z+Z=569.538+711.9225=1281.46万t kk4k53、矿井服务年限计算: ZkT= Ak式中：T带区的服务年限，年a Z带区的可采储量，万t kK带区储量备用系数，取K=1.35 A带区设计生产能力，万t/a Z1281.46kT=7.9a Ak1201.354、验算带区采出率 带区采出率=带区实际出煤量/带区工业储量100 （1）煤层带区采出率=569.538/589.03210096.7 k4（2）煤层带区采出率=711.9225/736.2910096.7 k5采区采出率：厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.80，薄煤层不低于0.85 【1】 第二节 带区内的再划分 1、确定采煤工作面长度 该煤层组左右两边界各留10m的边界煤柱，下部留30m护巷煤柱，则其煤层倾向长度为：1080-30=1050m，走向长度为2020-20=2000m。又因为各煤层埋藏稳定,地质构造简单，无断层,煤层附存条件较好， 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180250m，巷道宽度为4m5m,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=(2000-114.5)/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)=(2020-210)/(195+4.5)10则: 00 5 3. 确定工作面生产能力 gA=LVMC 000式中：A工作面生产能力，万t/a； 0L采煤工作面长度m； V工作面推进度m； 0M采高m； C采煤工作面采出率； 0gA=LVMC=（1）带区1950.883302.01.35044-40.9510=105.64万t/a120万t/a gA=LVMC=（2）带区1950.863302.51.35055-40.9510=113.76万t/a120万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 对于煤层工作面接替顺序：K4124041249141242412434124441245412464124741248412494 K表2-2 煤层工作面接替顺序 5 工作面编12405 12415 12425 12435 12445 12455 12465 12475 12485 12495 号 开采 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 次序 煤层工作面接替顺序：K5124051249151242512435124451245512465124751248512495 第三节 确定带区内准备巷道布置及生产系统 1、完善开拓巷道 为了缩短带区准备时间并提高经济效益，根据所给地质条件，在第一开采水平中，把为该带区服务的运输大巷和回风大巷均布置在K煤层底板下方的稳定岩层中。 42、确定带区巷道布置系统 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,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 技术经济比较： 巷道硐室掘进费用 表3-1 方案 方案一 方案二 工程单价工程量（m） 费用（万元） 工程量（m） 费用（万元） 名称 （元） 回风 运料1578 15212=1824 287.82 斜巷（m） 进风行人1578 9412=1128 177.9984 942=188 29.6664 斜巷（m） 3.142230 3.142230 煤仓144 65.1110 0.8518 312=4521.6 2=753.6 元/m 集中4(2580-102) 平巷831 850.944 =10240 （元/m） 530.9294 891.4622 合计 10 巷道硐室掘维护费用 表3-2 方案 方案一 方案二 工程 单价工程量 费用 工程量 费用 名称 （元） （m） （万元） （m） （万元） 回风运 40 1521216.02 15216.022 116.8819 19.48032 料斜巷=29220.48 元/a.m =4870.08 （m） 进风行 40 941216.02 9416.022 72.28224 12.04704 人斜巷=18070.56 元/a.m =3011.76 （m） 189.16414 31.52736 小计 30 2516.0212 2516.021 煤仓 14.418 1.2015 3元/a.m =4806 =400.5 元/m 160 256016.024 集中平2624.7168 元/a.m =164044.8 巷（m） 203.58214 2657.44566 合计 11 生产经营费用 表3-3 方案 方案一 方案二 工程名单价工程量（m） 费用（万元） 工程量（m） 费用（万元） 称 （元） 斜巷1164 9412=1128 131.2992 942=188 21.8832 （m） 元/m 煤仓951 3012=360 34.236 302=60 5.706 （m） 元/m 合计 165.5622 27.5892 费用汇总表 表3-4 矿井费用名称 方案一 方案二 掘进（万元） 530.9294 891.4622 维护（万元） 203.58214 2657.44566 生产（万元） 165.5622 27.5892 总计（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、带区巷道剖面图，以煤层为例 。 K44、确定工作面回采巷道布置方式及工作面推进终点位置 回采巷道布置方式:采用单巷沿空留巷掘进方式。 分析：已知带区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，同时，各煤层瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。因此有利于综合机械化作业，可以充分发挥综采高产高效的优势。同时，为减小煤柱损失，提高采出率。综合考虑各种因素。 说明：在带区巷道布置平面图内，工作面布置和推进的位置以达到带区设计产量及安全为准。工作面推进到距煤层下部边界30m处的位置，即为避开采掘超前影响所留设的30m护巷煤柱处。 5、确定通风布置系统各煤层通风系统为： 新风从运输大巷进风行人斜巷分带运输斜巷（带区运煤巷）采煤工作面分带回风斜巷带区煤层运料平巷联络巷带区运料斜巷回风大巷。 第四节 带区车场线路设计 该带区开采近距离煤层群，倾角为8。铺设600mm轨距的线路，轨型为15Kg/m，采用1t矿车单钩提升，每钩提升3个矿车，要求甩车场存车线设双轨道，斜面线路布置采用二次回转方式。 13 第二部分 采煤工艺设计 第一节 采煤工艺方式的确定 1、选第一煤层，即煤层为对象设置采煤工艺。 K4由于煤层厚度为2.0m，属于中厚煤层，结构简单，无断层，故可K4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： gV=Qr/LMC =1200000/（3301952.01.350.95）=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） K43 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4-1 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 1.43.5m 800 截深mm 牵引速度m/min 06.0m/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4-2 刮板输送机参数 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4-3 液压支架参数 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(0.250.35)，满足要求。 Mmin校核支架强度： rq=KMg10 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 3310kg/mG取10 2m/s q=0.464 MPa q=0.525MPa0.99 Mpa，所以满足要求 由Q=qFKN 3102式中：F为支架支护面积，F = 61.5 = 9 m Q=0.5259103=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=47250.8=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： -3gQ=60VSMK10 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/min 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 Qc603.50.82.01.350.95=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（1.11.15）Qc Qs工作面输送机的能力，t/h。 Qs1.15430.92t/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=(1.53.0)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。 Q1000/2500t/h Qb50016=8000t gQr=NLMBC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； 3t/m 煤的容重,1.35； C 工作面回采率95%； N每日循环数8； Q=2.01950.881.3595% r =3201.12t 20 Q Q,即满足设计要求。 br6、处理采空区 采用全部跨落法处理采空区。 第二节 工作面合理长度的验证 1、从煤层地质条件考虑 该带区内的两层可采煤层的地质条件较好，无断层，煤层倾角为8，煤层厚度适中，顶底板较稳定，瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小，所以布置195m的工作面比较合适。 2、从工作面生产能力考虑 工作面的设计生产能力为120万t/a。正规循环每天进八刀，采煤机滚筒截深为800mm，所以煤层的工作面实际年生产能力为： K4 3300.882.01951.350.95=105.64万t 能够满足设计生产能力的要求，一个工作面生产就能够满足设计生产能力的要求，工作面的长度确定的合理。 3、从运输设备及管理水平角度考虑 带区生产选用的设备均为国内先进的的生产设备，工作面选用的200m刮板输送机能够利用国内先进的技术，能够与时俱进的跟上技术的发展。 4、从顶板管理及通风能力考虑 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180250m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，1950.05195=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： 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 24481594 郑州煤机厂 张家口 5 转载机 SZZ764/132 1100 t/h 1500764222mm 煤机厂 张家口 6 破碎机 PCM100 1000 t/h 110 煤机厂 可伸缩带SSJ1000/2 7 1000 t/h 2200 原平重机厂 式输送机 200X 输出压力 8 乳化液泵 Brw2