河南理工大学自考本科采矿学课程设计

1、 采矿学课程设计说明书设计题目: 采矿学 助学院校: 河南理工大学 自考助学专业: 采矿工程 姓 名: 杨柯 助学学号: 040213200129 成 绩： 指导教师签名: 河南理工大学成人高等教育2O 年 月 日1 井田地质特征矿井储量及设计生产能力1.1井田地质特征1）煤层埋葬条件本带区煤层走向长度2200 m，倾向长度1400m，该带区除边界、断层外，无明显的地质构造，带区煤层为低涌水量，低瓦斯，煤平均厚度7m,属中厚煤层，平均倾角7°左右，属缓倾斜煤层。综合考虑目前的技术与设备情况，采用大采高一次采全高综合机械化开采。采煤工艺选用综合机械化采煤工艺。2）井田内的主要地质构造城

2、郊井田位于北北东向的永城隐伏背斜的西翼中段，北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造，且多集中在表现明显的背、向斜两侧，见图1-2城郊井田构造纲要图。整个井田以近北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造。晚古生代中基性岩浆岩活动比较强烈，并对煤层有一定的破坏作用。3）矿井涌水量太原组上段灰岩是开采二2煤层的间接充水含水层，二2煤底板下距K3（L11灰岩，平均厚1.64m）平均距离50m，距L8灰岩（平均厚10.49m）平均距离80m

3、，L8上距L11一般平均在30m左右，其间又有泥岩，砂质泥岩相隔，基本无水力联系，因此，如不受断裂构造影响，正常情况下不会造成突水。井田断层富水性微弱，具有一定的隔水性能，一般情况下不会发生大导水威胁。综上所述，本井田是一个与外部水力联系微弱，补给不足的较完整的独立水文地质单元，开采煤层远离地表水体，无流水影响，间接充水岩层“灰岩”虽然单位涌水量较大，局部在断层处有与煤层对接的可能性，如留好煤柱，远离断层，一般是不会突水的，本矿井水文地质，工程地质条件属中等类型。矿井正常涌水量1180m3/h，考虑上段灰岩突水，最大涌水量为1917m3/h，目前矿井涌水量为1100m3/h。1.2 井田范围及

4、储量1)井田范围城郊井田位于河南省永城市境内，覆盖城关乡、城厢乡的全部及侯岭、双桥、十八里、将口乡的一部分。南北长约6km，东西宽约8km，勘探面积约48km2,井田形状呈一个基本规则的多边形，东西宽约2.2km，南北长1.4km，面积3.08 km2。本矿井带区倾斜长度为1000m, 矿井带区的走向长度为300m.2)矿井工业储量由AutoCAD软件测得井田面积约为871269mm2。在1：2000的开拓图上每1mm2表示4m2。煤容重为1.5t/m3，煤层倾角平均7°，煤厚平均为7m。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据7煤炭工业储量由煤层面积、厚度及容重相乘所得，其计算公式

5、一般为：Q=100S×M×/cos 式中： Q为井田工业储量，万t；S井田面积，km2；M煤层平均厚度，3.62m；煤的容重，t/m3，1.5t/m3煤层平均倾角，10.7°；则：Q =871269×4×7×1.5×10-4/cos 7°=3686.98万t。3)矿井设计储量1）边界煤柱可按下列公式计算 ZL×b×M×r 式中：Z边界煤柱损失量，t； L边界长度，m； b边界宽度，人为边界50 m。则，Z=（2200×50×2+1400×50×2

6、）×1.5×7=378万t2）工业广场保护煤柱本矿井设计年生产能力为3.0Mt/a，按煤矿设计工业规范，占地面积指标应在（0.70.8）公顷/10万吨之间小井取大值，故取0.8。占地面积为24×0.819.2×104m2。故设计工业广场的尺寸为400×500m2的长方形，面积为：20×104m2，尺寸为400×500m2的长方形。工业广场位置处的煤层的平均倾角为4.5°，工业广场的中心处在井田走向中央，倾向中央偏于煤层中上部，其坐标为：该处表土层厚度为200m。主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。工业广场按大型矿

7、井级保护，留围护带宽度为15m。表2-1矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角广场中心深度煤 层 倾 角煤层厚度冲积层厚度冲积层移动角走向移动角下山移动角上山移动角m°mm°°°°-710451020040707065.8由此根据上述已知条件，画出如图2-2所示的工业广场保安煤柱的尺寸，并由图得出保护煤柱的尺寸为：图2-2 工业广场保护煤柱示意图S=梯形面积=1/2×(上宽×下宽) ×高=1/2×(1290.331338.24) ×1255.93=165.06×104m2 则工业广场压煤为

8、：Q1S×M×r/cos 165.06×104×3.62×1.5/ cos10.7°912.13万t4）矿井可采储量井田的可采储量Z按下式计算：Z=(QP) ×C 式中：Q矿井工业储量， P各种永久煤柱的储量之和， C采区回采率，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；设计开采的三3煤层属中厚煤层，采区回采率取为0.80。则计算可采储量为：Z=(QP) ×C=（3686.98912.13）×0.75=2081.14万t1.3 矿井设计生产能力及服务年限回采工作面工作制度采用“四

9、六”工作制，三班采煤，一班检修。矿井设计生产能力240万t/a，一年按330天计算，日产量应为Qd=240万t /330天=7273t采煤机截深0.8m，工作面进刀数为：N =Qd/（L MBC ） （616）N =7273/（200×0.8×1.36×0.92×3.43）=10.6（刀）式中 L 工作面长度，200 m； M 煤层厚度，3.83 m； B 采煤机截深，0.80 m； r 煤的容重，1. 48t/ m3；C 工作面回采率，取0.92。取日进刀数11刀，一个工作面达产，“四六工作制”三班采煤即前两班进4刀，第三班进3刀，第四班检修。（2）验

10、算日产量：QB= LB MCN （617）=200×0.8×3.43×1.36×0.92×11 =7553.24t7273t所以，日进11刀是能满足产量要求的。2带区内巷道布置2.1带区准备方式的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1520

11、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。根据煤层特点和选用的采煤工艺方式采用工作面双巷布置，有两条运输斜巷，其中一条皮带斜巷，一条辅助运输斜巷，均沿煤层倾向布置。前一个带区辅助运输斜巷和下一皮带运输斜巷之间还设有联络巷道，之间留20m的煤柱，方便两行之间的联络和掘进时的通风。2.2带区开采顺序 当倾斜长壁工作面从运输大巷附近向上部或下部边界方向

12、推进时，称工作面采用了前进式回采顺序；反之，工作面从上部边界向大巷方向推进时则称采用了后退式回采顺序。两者相结合时，则称为工作面采用了往复式回采顺序。目前我国大多采用后退式回采顺序，所以本带区采用后退式回采顺序。3采煤方法3.1选择确定采煤方法采煤方法选择的制约因素为：1）带区煤层赋存状况及地质构造因素；2）现在技术及设备；3）开采水平的划分及带区巷道布置；4）储量、年产量、服务年限等各项指标。本带区煤层走向长度2200 m，倾向长度1400m，该带区除边界、断层外，无明显的地质构造，带区煤层为低涌水量，低瓦斯，煤平均厚度7m,属中厚煤层，平均倾角7°左右，属缓倾斜煤层。综合考虑目前

13、的技术与设备情况，采用大采高一次采全高综合机械化开采。采煤工艺选用综合机械化采煤工艺。3.2回采巷道布置目前综采工作面巷道布置现场使用的方式主要有6种类型：一小一大巷布置；三小巷布置；二条半小巷布置；二小巷布置；一大一小巷布置；二大巷布置。区段运输巷的一侧需要布置转载机和胶带输送机；另一侧布置泵站和移动变电站，所以巷道断面大，一般在12 m2 以上。随着综采技术的发展，生产水平不断提高，需求设备多、产量大、需风量大，加之规程要求，回风平巷断面不小于10 m2 ，运输平巷断面不小于12 m2 。上述六种巷道布置现场使用的具体方式、优缺点、适用条件及使用地点见下表详细说明。从本矿井的实际情况出发，

14、本矿井的工作面全部采用第二种类型，即三条小巷布置方式，巷道断面小，维护容易，胶带机和其他设备分装在两条巷道内，对设备检修和维护方便。表5-7 综采工作面巷道布置方式方式图示优缺点适用条件使用地点一小一大巷布置优点：系统简单、工程量省、搬运设备方便、煤柱损失少、供电集中等 缺点：运输平巷断面大，受采动影响有时难以维护顶底板条件好，采场涌水瓦斯不大大同、徐州、大屯等局采用普遍三小巷布置优点：巷道断面小，维护容易，胶带机和其他设备分装在两条巷道内，对设备检修和维护方便缺点：增加了回采航道掘进率；联络巷破坏了煤柱的完整性；在顶板来压时，运输平巷与设备维护困难；工作面采过联络巷后，须及时密闭，工程量大大

15、断面不易维护，涌水大的低瓦斯矿井大同晋华宫煤矿、徐州庞庄矿二条半小巷布置优点：巷道断面小，维护工程量少，设备移动和处理工作面巷道积水方便缺点：工程量大，设备巷有时不能复用或维护费用高，煤柱损失大，回采过程中管线移动频繁，增加风眼掘进和密闭工程量断面大不易维护，涌水大的低瓦斯矿井大同四老沟矿、王村矿、徐州全台矿等采用较多二小巷布置优点：工程量省缺点：排放积水及设备、材料运输均不方便；电器设备在回风流中，安全性差；分散供电，占用设备台数多瓦斯小，无积水，煤层倾角小徐州东城井、义马千秋矿一大一小巷布置优点：系统简单、工程量省、搬运设备方便、煤柱损失少、供电集中等缺点：运输平巷断面大，受采动影响有时难

16、以维护煤层倾角小于10度，可采用下行风的工作面徐州、义马局的个别工作面二大巷布置优点：系统简单，设备搬运方便，煤柱损失少缺点：巷道断面大，维护困难当风量要求大断面时采用阳泉二、四矿符号注释1回风巷道； 2运煤巷道； 3轨道巷道； 4联络巷3.3回采巷道断面及支护1) 回采巷道断面选择煤矿安全规程规定：“巷道净断面必须满足行人、运输、通风、安全设施、设备安装、检修和施工的需要。”运输巷道净宽度由运输设备本身轮廓最大宽度和煤矿安全规程所规定的人行道宽度和有关安全间隙相加而得；无运输设备的巷道，主要根据行人及通风的需要来选取。2）巷道掘进方式及施工技术根据采煤工艺方式，回采巷道间留设30m区段煤柱。

17、回采巷道均为煤巷，采用连续采煤机掘进。3)施工方法连续采煤机的掘进和锚杆机平打锚杆平行作业，运煤和运料平行作业。连续采煤机在采煤过程中, 遵循一定的开采计划和顺序, 实为一种多巷同时掘进、顺序转换工作区的开采工艺。本工作面同开掘两条巷道，连续采煤机正在第一条巷道作业, 当向前掘进约20 英尺( 约6 米) 后, 连续采煤机转移到另一巷道, 这个距离是考虑到采煤机司机保持在有永久性锚杆支护的安全范围内。工作面梭车往返于连续采煤机和给料破碎机之间， 锚杆机在第二巷道打眼安装锚杆, 它是紧跟连续采煤的后续工序。运煤车往返于连续采煤机和给料破碎机之间。当连续采煤机完成第二巷道20 英尺的掘进进尺后,将

18、转入第二条巷道作业。下一个循环仍将从第一巷道开始。当工作面向前推进约23 个煤柱距离时，需要向前移动给料破碎机和配电中心。一般而言， 给料破碎机越靠近工作面，运输距离越短，采煤效率就越高。这样的开采顺序将一直持续到工作面需要开掘横向联络巷道。当掘横向联络巷时， 允许连续采煤机移动， 同时开掘相邻的巷道和联络巷4）工作面带式输送机巷道特征表5-8 巷道特征围岩类别断面/m2设计掘进尺寸锚杆净周长/m净设计掘进宽度/mm高度/mm形式外露/mm排列方式排间距/mm长度/mm直径/mm顶帮顶帮顶帮煤19.9822.456004000树脂50矩形800×8001000×100022

19、001900201618.2表5-9 每米工程量及材料消耗围岩类别计算掘进工程量/m3材料消耗量水沟长度/m锚索长度/m锚索数量根/m2粉刷面积/m2锚杆数量喷射材料/m3金属网/m2药卷数量/个巷道墙脚顶两帮图5-1工作面带式输送机巷5）工作面材料输送机巷道特征表5-10 巷道特征围岩类别断面/m2设计掘进尺寸锚杆净周长/m净设计掘进宽度/mm高度/mm形式外露/mm排列方式排间距/mm长度/mm直径/mm顶帮顶帮顶帮煤20.5222.9656004100树脂50矩形800×8001000×100022001900201618.4表5-11 每米工程量及材料消耗围岩类别计

20、算掘进工程量/m3材料消耗量水沟长度/m锚索长度/m锚索数量根/m2粉刷面积/m2锚杆数量喷射材料/m3金属网/m2药卷数量/个巷道墙脚顶两帮煤22.960.011010.212.441.65150.25图5-2 工作面辅助运输巷3.3回采工艺回采工艺方式1）回采工艺流程：采煤机割煤 移架 推移运输机2）落煤方式工作面跟煤层底板回采，采用 MG2×400W型双滚筒采煤机截割落煤，往返一次进两刀，进刀采用端头斜切进刀方式。3）装、运煤装煤：在采煤机截割煤的同时，利用滚洞螺旋齿片和弧型挡煤板自动将煤运输机；余煤由铲煤板随移溜铲入运输机；少量煤由人工装到运输机内。运煤：采用刮板运输机运煤。

21、4）移架方式移架采用滞后采煤机后滚筒24架追机顺序移架，移架步距为800 mm，追机移架速度赶不上煤机运行时，必须停采煤机移架。5）移刮板运输机移运输机应滞后煤机不小于15 m，沿移架方向逐架顺序移动输机。移运输机过程中弯曲段长度应不小于15 m，移运输机步距保持800 mm，并做到一次到位，移好后要使运输机成一直线，其偏差不得超过±50 m。附：生产组织方式劳动组织及循环图表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劳动组织配备表表6.7。表5-4 劳动组织配备表序 号工 种班 次合 计夜 班早 班中 班

22、检 修 班1班长222282采煤机司机443113支架工101010304输送机司机11135泵站司机111146机电维护22220267皮带机司机11138运料工669巷道维修工55562110机电搬运工6611点柱工1111412出口工333913质量验收员1111414杂活工333312合计34343346147在确定在册人数时，出勤率按95%计算，出勤人数按下式计算。在册人数=出勤人数×（7/6）/出勤率 （式中 7/6 替休系数）在册人数=147×（7/6）/95%=180人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。3） 工作面正规循

23、环作业图表5.3.2 主要技术经济指标1）回采工作面吨煤成本工作面吨煤成本由设备折旧费C1、工人工资C2、材料费C3、电力消耗费C4等组成。（1）设备折旧费（C1）设备折旧费（C1）=（固定资产原值总和-设备残值）/使用年限各种设备的年折旧费见表6-11。（2）工资（C2）工资费包括基本工资费、附加工资、奖金人均工资平均每工100元，工效为42.2吨。则吨煤工资费（C2）为100/42.2=2.37元/ t。表5-5 机电设备折旧表设备名称型号数目折旧费（元/t）液压支架ZZ6000/25/501350.28采煤机 MG2×400W10.079刮板输送机SGZ880/2×4

24、0010.025顺槽转载机SZZ-830/20010.0069顺槽皮带机SSJ1200/4×20010.046乳化液泵站WRB-200/31.510.0025采煤机喷雾泵站PB200/16A10.00079隔爆移动变电站KBSGZY-125010.044单体液压支柱DZ31.5600.0022合计0.4864（3）材料费（C3）材料消耗费用包括坑木费用、火药费用、雷管费用、坑袋费用以及其他材料费用，综采面材料费（C3）一般为6.0元/ t（见采煤工作面分册第七项）。（4）电费（C4）动力用电消耗动力电耗=电机容量总和×循环开动时间×负荷系数/循环产量。其中，电机容量总和取2980kw，循环开动小时数取2小时代入得：动力电耗=2970×2×0.9/845=6.33 kwh/ t照明用电消耗照明电耗=照明用