煤矿开采学课程设计 杨旭东

1、煤矿开采学 课程设计说明书(准备方式:采区布置 煤层倾角:17°生产能力:150万 t /a班级:姓名:杨旭东学号:指导老师:完成时间:2014年 12月 6日目 录序 论 3 第一章. 采区巷道布置 5 第一节. 采区储量与服务年限 5 第二节. 采区内的再划分 6 第三节. 确定采区内准备巷道布置及生产系统 8 第四节. 采区中部甩车场线路设计 9 第二章. 采煤工艺设计 10 第一节. 采煤工艺方式的确定 10 第二节. 工作面合理长度的确定 15 第三节. 采煤工作面循环作业图表的编制 16小 结 18 参考文献 19序 论一、设计目的通过课程设计,使学生进一步消化和理解煤矿

2、开采 学所讲授的基本理论知识,对现代化矿井的采煤方法、准 备方式等的内涵有一个基本了解。通过课程设计,培养学生动手能力,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。 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、设计题目设计题目的一般条件本采区东以 F4断层为界,西以相邻采区煤柱为界,上 部 -50m 以上为风化带煤柱,下部边界为水平煤柱。采区走向平均长度 2130m ,倾斜平均长度为 1020m ,倾 角平均为 17°。采区内共有两层煤,区内地质构造简单,为 单斜构造,无断层和褶曲。采区内无大的含水层和地下水, 开采条件较好。运输大巷和回风大

3、巷标高分别为 -350和 -50m , 且位于距 离 4号煤层 30m 的岩层中。采取生产能力自定。煤层特征本采区内赋存的 2号和 4号煤层,煤层均为厚煤层。煤层埋藏稳定, 构造简单, 煤质中硬。 煤层爆炸指数为 34-70%。 煤层瓦斯含量小,采区所属矿井属于低瓦斯矿井。三、课程设计内容一个采区(盘区或带区巷道布置设计;一个采煤工作面的采煤工艺设计及编制循环图表; 采区中部车场线路设计四、进行方式学生按设计大纲要求,按设计指导小组下达的设计任 务书所给定的煤层赋存条件等,综合应用煤矿开采学所 学的基本知识,进行采区(盘区或带区巷道布置及采煤方 法等设计。每位学生必须独立完成规定的课程设计全部

4、内 容。为完成设计任务,使每位学生在各方面都得到锻炼和 提高,设计中提倡设计者之间相互讨论、借鉴和参考,但严 格禁止相互抄袭。疑难问题可与指导教师共同研究解决,但 最终决策必须由学生自己独立进行。本课程设计要对设计方案进行技术分析与经济比较 比较。设计采 (带 区综合柱状图 第一章 采区巷道布置第一节 采区储量与服务年限一、设计生产能力 150万 t/年。二、采区工业储量、设计可采储计算采区工业储量Zg=H×L ×(m1+m2 × (公式 1-1式中: Zg 采区工业储量,万 t ;H 采区倾斜长度, 1020m ;L 采区走向长度, 2130m ;煤的容重, 1

5、.30t/m3;m 1 2煤层煤的厚度,为 4.2m ;m 2 4-1煤层煤的厚度,为 4m ;Zg 1=1020×2130×4.2×1.3=1186.24万 tZg 2=1020×2130×4.0×1.3=1129.75万 tZg=1020×2130×(4.2+4.0×1.3=2316.00万 t15m 15m 15m 65m设计可采储量Z K =(Zg-p ×C (公式 1-2式中:Z K 设计可采储量 , 万 t ;Zg 工业储量,万 t ;p 永久煤柱损失量,万 t ;C 采区采出率,厚

6、煤层可取 75%,中厚煤层取 80%,薄 煤层 85%。P 1=15×2×2130×4.2×1.3+15×2×(1020-15×2 ×4.2×1.3+65×(1020-15×2 ×1.3×4.2=84.24万 t P 2=15×2×2130×4.0×1.3+15×2×(1020-15×2 ×4.0×1.3+65×(1020-15×2 ×1.3

7、15;4.0=82.13万 t Z 2=( Zg1-p 1 ×C=(1186.24-84.24×0.75=826.50万 t Z 4-1=( Zg2-p 2 ×C=(1129.75-82.13×0.75=785.72万 t Z K= Z2+Z4-1 =826.50+785.72=1612.22万 t采区服务年限T= ZK /(A×K (公式 1-3式中: T采区服务年限, a;A 生产能力, 150万 t ;Z K 设计可采储量;K 储量备用系数,取 1.3。T= ZK /(A×K =1612.22 /(150×1.3 =8

8、.27a取 T=8年。验算采区采出率采区采出率C=(Zg-P/Zg (公式 1-4式中: C采区采出率, %Zg 采区的工业储量,万 tP 采区的煤柱损失量,万 t2煤层:C 1=(Zg 1-P 1/Zg 1=(1186.24-84.24/ 1186.24=92.9% > 75%4-1煤层:C 2=(Zg 2-P 2/Zg 2=(1129.75-82.13/ 1129.75=92.7% > 75%(符合国家对采区采出率的要求 则 2、 4-1均满足采区回采要求。第二节 采区内的再划分一、确定工作面长度由已知条件知:该煤层左右边界各有 15m 的边界煤柱, 上部留 15m 煤柱, 下

9、部留 15m 护巷煤柱, 故其煤层倾向共有: 1020-30=990m的长度,走向长度 2130-30=2100m。地质构造 简单,煤层附存条件较好,瓦斯涌出量小。且现代工作面长 度有加长趋势,且采煤工艺选取的是较先进的综采。又知,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 4m 4.5m, 本采区选取 4.5m , 且采区生产能力为 150万 t/a,一个中厚煤层的一个工作面 便可以满足生产要求,采用沿空掘巷方式 , 巷道间留较小煤 柱,取 4米,如图 1-2: 取区段平巷的宽度为 4.5m ,留 5m 小煤墙,则采煤工作面长 度为:L 1=(b

10、-2×q-(2×L 2+p ×n-p/n (公式 1-5 式中:L 1工作面长度, m ;L2区段平巷宽度, m ;b 采区倾向长度, m ;q 采区上下边界预留煤柱宽度, m ;P 护巷煤柱宽度, m ;n 区段数目,个;L 1=(1020-2×15-(2×4.5+4 ×5-4/5=184.2m二、工作面生产能力Qr = A/(T×1.1 (公式1-6图 1-2 采区工作面划分示意图式中:A 采区生产能力, 150万 t/a ;Qr 工作面生产能力, t /天;T 每 a 正常工作日, 300天。故: Qr = A/(T

11、×1.1 =150/(300×1.1 =4545.5t 目前,煤炭企业生产系统向高产高效集中化生产的方向 发展,新建大型化矿井均朝“一矿一井一面”的设计思想改 革,采用提高工作面单产,用一个工作面的产量来保证整个 矿井的设计生产能力,故为适应现阶段煤炭行业的知道规 范, 本采区设计一个采煤工作面。 其工作面接替顺序如下表:对于 2煤层: 2煤层工作面接替顺序:1101 1102 1103 1104 1105 1106 1107 1108 1109 1110。对于 4-1煤层: 4-1煤层工作面接替顺序:2101 2102 2103 2104 2105 2106 2107 2

12、108 2109 2110。注:箭头表示回采工作面的接替顺序。第三节 确定采区内准备巷道布置及生产系统一、根据所选题目条件,完善开拓巷道为了减少煤柱损失提高采出率,利于灭灾并提高经济效 益,根据所给地质条件及采矿工程设计规划,在 2煤层中上 部边界开掘一条阶段回风大巷。第一开采水平为该采区服务 的一条运输大巷,布置在 4-1煤层底板下方 30m 处的稳定岩 层中。二、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较确定采区巷道布置系统, 采区内有两层煤,采用联合 布置,每一层都布置 5个工作面,根据相关情况初步制定以 下三个方案进行比较 (由于 2、 4-1煤层相同,就以 4-1煤层 说明 。方案一:双

13、岩石上山将两条上山都布置在 4-1煤层底板岩石中,其中运输上 山布置在距离底板 15m 处, 轨道上山布置在运输上山上方 5m , 即距离 4-1煤层 10m 处。如图 1-3: 方案二:双煤层上山将两条上山都布置在 4-1煤层中。如图 1-4: 图 1-4 方案二示意图方案三:一岩一煤上山将两条上山分别布置在 4-1煤层的底板和煤层中,运输 上山布置在距离 4-1底板 5m 处,轨道上山布置在 4-1煤层 中。如图 1-5: 图 1-5 方案三示意图双岩上山维护费用少且无需留煤柱。综合考虑以上因 素,可采用在 4-1煤层下 10m 处集中布置两条岩石上山, 。 即:选中双岩上山方式布置生产系

14、统。三、确定工作面回采巷道布置方式及工作面推进终点位 置根据煤层储存条件可知, 2煤层厚 4.2m , 4-1煤层厚 4.0m ,都为厚煤层,瓦斯含量较低,涌水量也较小,易于维 护。采用单巷布置,且一个工作面就可以达到设计生产能力 的要求。综合考虑,回采巷道布置方式采用单巷沿空掘巷。 四、在采区巷道布置平面内,工作面布置及推进到的位 置应以达到采区设计产量为准。该采区采用双翼开采,在采区两侧各留 15m 煤柱,开始 布置工作面,进行推进。在采区巷道布置中,工作面布置及 推进到的位置应以达到采区设计产量安全为准,工作面应推 进到距上山 20m 处停采线位置处,即为避开采掘影响对上山的影响而留设的

15、 20m 护巷煤柱处。五、采区内上、下区段工作面交替期间同时生产时的通 风系统图。六、采区上、下部车场选型采区上部车场选用单向甩车场;采区下部车场选用大巷 装车顶板绕道式下部车场。采区中部车场该采区开采近距离煤层群,轨道上山布置在煤层中,倾 角为 17°,向区段石门甩车。轨道上山和石门内均铺设 600mm 轨距的线路,轨形为 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高低道。斜面 线路布置采用一次回转方式。第二章 采煤工艺设计第一节 采煤工艺方式的确定 一、选第二个煤层,即 4-1煤层 , 进行采煤工艺设计, 布置采煤工作面。由于 4-1煤层

16、厚 4.2m , 煤质中硬, 因此采用综合机械化 采煤,一次采全高。工作面回采工艺流程为:采煤机向上割煤、移架采煤 机向下装煤推移刮板输送机斜切进刀推移刮板输送 机。二、综采工作面的设备选用国产设备。由于设备资料来源的原因,选用国产综采设备。各设备技术参数采煤机 MG500/1330-WD(西安煤机厂 液压支架 BY3600-25/50 工作面刮板输送机 SGZ-764/500(张家口煤机厂 刮板转载机 SZB-830/180(张家口煤机厂 - 15 - 破碎机 PCM132(张家口煤机厂胶带输送机 SSJ1000/M (西北煤机厂高压开关柜 KBZ-450/1140Y三、采煤与装煤确定采煤工

17、艺、截深及日进刀数采用综合机械化采煤,采煤机落煤和装煤。依据选取的设计生产能力确定工作面每天的推进度为:C M L QrV = (公式 2 1式中:V 采煤工作面每天的推进度, m /dQr 采煤工作面日生产能力 , t/dL 采煤工作面的长度, mM 采煤工作面的采高(取 4-1煤层厚度 4.0m 煤的容重, t/m3C 工作面的采出率(由于 4-1煤层为厚煤层,因此 C值取 0.95则:v=4545.5/(184.2×4.0×1.3×0.95=5m/d因选用的采煤机截深为 1000mm , 若每日推进五刀, 共推 进 1.0×5=5m,可满足每天至少

18、推进 5m 的要求。确定进刀方式为了合理利用工作时间,提高工作效率,采用割三角煤 工作面端部斜切进刀方式, 并采用及时支护。 进刀深度 1.0m 。 采煤机进刀示意图如图所示,进刀过程如下:1、当采煤机割至工作面端头时,其后的输送机槽已移 近煤壁,采煤机机身处沿留有一段下部煤 (如图 a 所示 ; 2、调换滚位置,前滚筒降下、后滚筒升起、并沿输送 机弯曲段返向割入煤壁,直至输送机直线段为止。然后将输 送机移直 (如图 b 所示 ;3、再调换两个滚筒上、下位置,重新返回割煤至输送 机机头处 (如图 c 所示 ;4、将三角煤割掉,煤壁割直后,再次调换上、下滚筒, 返程正常割煤 (如图 d 所示 -

19、 16 - 采 用 液 压 支 架 支 护 , 选 择 工 作 面 支 架 的 型 号 为 : BY3600-25/50,为掩护式支架。移架方式由于 4-1煤层上方有 11m 的中粗砂,再上面是 19m 的粉 砂,所以选用依次顺序移架方式。依次顺序移架方式 :采煤机割煤后依次顺序逐架前移。 这种方式操作简单,容易保证支护质量。支护方式由于 4-1煤层煤质中硬,为防止片帮和冒顶,所以选用 及时支护方式,选用 BY3600-25/50掩护式支架。工作面支架需要量- 17 - 18 -工作面支架的需要量e L= (公式 2 2式中:工作面支架数目(取整数L 工作面长度, me 架中心间距(BY360

20、0-25/50型支架 e 值取 1.5m =184/e=122.7 取=123端头支架由于巷道宽度为 4.5m ,选用宽度为 2.1m 型号为 PDZ 的端头支架两台架,即两端共有 4架。超前支护方式和距离超前支护方式采用单体支柱和金属铰接顶梁支护。由于压力峰值点距煤壁前方 10m 左右, 所以超前支护距离选 20m 。校核支架高度与强度在实际使用中,通常所选用的支架的最大结构高度比最大采煤高度大 200mm 左右,即:Hmax=Mmax+0.2, m 1=5-4.2 0.2m ,满足要求;强 度 校 验 :P=(68 ×9.8×S ××M ×

21、cos (公式 2 3式中:S 支架支护的顶板面积, m 2顶板岩石密度, t /m 3M 采高, m煤层倾角,°P=6×9.8×6.02×1.43×1.3×4.0×cos17°=2517KN<3090KN。经校核,支架高度与强度均符合要求。五、处理采空区采用全部垮落法。第二节 工作面合理长度的验证 一、从煤层地质条件考虑该采区内三个煤层的地质条件较好,无断层,煤层倾角 为 17°,煤层厚度适中,顶底板较稳定,瓦斯涌出量较低, 自然发火 312个月,涌水量也较小,所以布置 185米的工 作面比较合适

22、。二、从工作面生产能力考虑工作面的设计生产能力为 150万吨 /年。正规循环每天 进五刀, 采煤机滚筒截深为 1000mm , 所以 4-1煤层的工作面 实际年生产能力为:330×1.0×5×4.0×185×1.3×0.95=150.79(万吨 - 19 -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,并且考虑到其他各个方面对生产的影 响,工作面的长度确定的合理。三、从运输设备及管理水平角度考虑采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 200米刮板输送机能够利用国内先进的技术,能够 与时俱

23、进的跟上技术的发展。由于现在提倡管理人员的知识化、年轻化,所以工作面 长度为 200米左右在管理上是毫无问题的。四、从顶板管理及通风能力考虑该采区的顶板稳定,工作面可以适当的加长,综采工作 面的长度一般在 180250m , 所以选择的工作面的长度为 185米较合适。另外,工作面的瓦斯涌出量较低,通风问题能够 解决。五、从巷道布置角度考虑由于采区倾斜方向长为 1020米,除去煤柱宽 30米,剩 余 925米,把每个工作面长度定为 185米, 990/185=5,为 5个区段。六、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

24、 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。第三节 采煤工作面循环作业图表的编制一、工作面布置图(设计图纸中 、循环作业图(设计 图纸中 、劳动组织表(表 2 1 、技术经济指标表(表 2 2二、工种及出勤人数的安排,如下表(表 2 1所示:工作面劳动组织表(表 2 1 工作面(针对 4-1煤层主要经济技术指标(表 2 2 三、设计图纸的内容本设计绘制两张大图(零号图纸1、 采煤工作面层面图 (1:100 , 剖面图 (1:50或 1:100 , 应包括回采巷道剖面图 (1:50 , 最大与最小控顶距剖面图; 2、 采区巷道布置平面图 (1:2000 和剖面图 (1:2000。 设计图纸四周各留 20mm 边框线,右下角留出标题栏。 小 结这次采矿学课程