采矿学课程设计(1)

学课程设计大纲设计题目的条件（1）某矿第一开采水平上山阶段某采区自上而下开采Kl、K2和K3煤层，煤层厚度、煤层间距及顶底板岩性见综合柱状图。该采区走向长度2100m，区内各煤层埋藏平稳，埋深较深浅，地质构造简单，无断层，K1煤层属简单结构煤层，硬度系数f=2，K2和K3煤层属中硬煤层，各煤层瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。设计矿井的地面标高为+30m，煤层露头为-30m。第一开采水平为该采区服务的一条运输大巷布置在K3煤层底板下方25m处的稳定岩层中。（2）设计题目的煤层倾角条件2煤层平均倾角为16°，阶段倾斜长度1000m。设计采区产量150万t/a.第一章采区巷道布置第一节采区储量与服务年限1.1.1采区工业储量采区工业储量为：Q=S×M×γ=2100000×12.1×1.30=3303.3万吨；S——采区面积，m2；M——煤厚，m；γ——容重，t／m3；1.1.2采区煤柱损失：P1=（2×25×2100+30×2×950+2×25×950+5×15×1990）×1.30×6.9=334.1万吨；P2=（2×25×2100+20×2×950+2×25×950+5×15×1990）×1.30×3.0=137.4万吨；P3=（2×25×2100+20×2×950+2×25×950+5×15×1990）×1.30×2.2=100.8万吨；注：P1为K1煤层保护煤柱；P2为K2煤层保护煤柱；P3为K3煤层保护煤柱1.1.3采区生产能力本采区为一个工作面生产。1）工作面的生产能力工作面生产能力由式1－1计算：A0=LV0MγC0——1－1式中：L——工作面长度，m；M——煤层厚度，m；V0——工作面年推进长度，m/年；γ——煤层容重，t／m3；C0——放顶煤工作面回采率，取c＝0.75。则A0=150×1584×6.9×1.30×0.75=159.8万吨/年2）采区生产能力采区生产能力由式1－2计算：AB=k1k2A0i——1－2式中：AB——采区生产能力；k1——采区掘进出煤系数，取为1.1；k2——工作面之间出煤影响系数，由于同采的工作面个数为1，故k2=1；A0i——工作面生产能力；则AB=1.1×1×159.8=175万吨/年。故采区将能满足矿井产量要求。1.1.4采区的可采储量采区的可采储量Z按下式计算：Z=(Q-P)×C——1－3式中：Q——采区工业储量；P——各种永久煤柱的储量之和，P=334.1+137.4+100.8=572.3万吨；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；本矿取0.8。则Z=(Q-P)×C=（3303.3-572.3）×0.8=2184.8（万吨）由此可得本采区的可采储量为2184.8万吨。采区的服务年限的计算：T=Z/(A×K)——1—4式中：T——采区设计服务年限，年；Z——采区可采储量，2184.8万吨；A——采区设计生产能力，150万吨/年；K——储量备用系数，取1.4；由1—4式得：T=2184.8/(150×1.4)=10.4年；1.1.5采区采出率以下面公式计算采区采出率：——1－5采区开采过程中的煤柱损失主要有：工作面落煤损失，约占3%～7%，这里取为5%；采区煤柱损失。则采区采出率===78%第二节采区内的再划分1.2.1回采工作面长度的确定影响工作面长度的因素有煤层赋存条件、机械装备及技术特征、巷道布置。该采区的煤层特征如煤层柱状图所示，其煤层赋存条件好，地质条件简单。该矿井设计为综合机械化程度高的现代化矿井，要求工作面有较大生产能力，故选用较长的采煤工作面。一般综采面的长度范围为150～200m，本设计选择工作面的长度为150m。1.2.2确定区段斜长和区段数目采区倾斜长度为1000m，采区工作面长度定为150m，区段平巷采a单巷布置，在回采下区段时，留15m煤柱。区段上下平巷的宽度约为4.5m，因此，区段斜长为174m，对该数进行调整，取为180m。采区区段数为5个。1.2.3采区内工作面的接替顺序采区内工作面的接替顺序为左右两翼跳采接替，区段接替采用由上往下依次接替。第三节确定采区内准备巷道布置及生产系统1.3.1采区形式采用综合机械化采煤法的采区，要求有一定的走向长度，采区走向长度，采用双翼采区布置，每翼走向长度，已满足综合机械化工作面走向长度的要求，故采区形式采用双翼采区布置形式。1.3.3煤柱尺寸的确定采区内的煤柱主要是采区边界煤柱、采区上山保护煤柱以及水平大巷保护煤柱。为防止采空区矸石的冒落，采区两边各留设25m的采区边界煤柱。水平运输大巷布置在距K3煤层底板25m下的稳定砂岩岩石中。采区上山布置在岩层中，由于上山使用时间长，上山每侧各留设30m的上山保护煤柱。采区内地质构造情况简单，无断层、褶皱、陷落柱及其它影响回采的复杂地质构造，所以采区内不留设此类煤柱。区段平巷采用留15m煤柱。采区煤柱留设方法见表1－1。表1－1采区煤柱尺寸煤柱上山保护煤柱采区边界煤柱区段护巷煤柱宽度（m）30×225151.3.4采区上山根据采区煤层赋存稳定、采区地质构造简单的条件，采区上山可以提出三种布置方案。第一方案：采区上山联合布置。在距煤层的底板岩层中布置两条上山，上山位于采区走向中央，通过石门与煤层联系。两条上山间距20。第二方案：采区上山联合布置。在煤层中布置两条上山，间距20，上山位于采区走向中央。第三方案：采区上山联合布置。其中一条布置在采区中央的煤层中；另一条布置在煤层底板岩层中，距煤层10。煤层上山为输送机上山，岩层上山为轨道上山。1.3.5联络巷道由于本采区采用上山联合布置，在联络巷道的布置上，采用区段石门——溜煤眼结合的联系方式。第一方案中的溜煤眼分煤层设置，即、煤层均在本煤层的区段运煤平巷中设溜煤眼与采区运输上山联系。第二、三方案中输送机上山均布置在煤层中，故仅煤层区段运输平巷用溜煤眼与运输上山联系。各方案的轨道上山均用石门与煤层区段轨道平巷相联系。各方案采区巷道布置图见图1-1、图1-2、图1-3。根据已提出的方案及方案比较的原则，三个方案中相同的部分可不参加比较，故区段巷道布置方案不参加比较，仅就采区上山及联络巷道进行比较。方案的技术比较见表1-2。由比较可看出，第三方案实际为第一、二两个方案结合的结果，较第一、二方案并无明显的特点，故该方案不参加经济比较。方案的经济见表1-3和表1-4。通过经济技术比较可以看出，第二方案虽具有经济上相对较省（初期投资少4%，总投资少10%左右）的特点，但较后期巷道维护费用高及工作组织复杂，由于k3煤层底板岩层稳定岩巷易于维护且通风阻力小巷道断面大等情况的优点。故选用第一方案。1.3.7采区上山布置为了减少上山的维护费用，因此将上山布置在k3煤层底板岩石中。由于该采区开采3层煤联合布置采区，瓦斯涌出量不大，煤层赋存情况已基本探明，故确定采区上山的数目为二条，即一条运输上山，一条轨道上山。轨道上山距煤层底板15m，运输上山距煤层底板20m，两上山水平距离为20m。采区上山布置如图1-4所示。上山巷道断面设计见图1-5、1-6。图1-4采区上山的布置采区图1－5采区轨道上山图1－6采区运输上山1.3.8区段平巷的布置该采区开采单一厚煤层，煤层厚度为6.9m，将区段平巷布置在煤层中。为达到设计产量，尽量集中生产，区段依次接替。由于采区的涌水量不大，煤层赋存稳定，且煤层采用综采放顶煤开采，工作面需等长布置，因此区段平巷采用单巷布置。区段平巷均采用矩形断面，锚网支护。1.3.9采区车场选型设计1）采区上部车场形式选择由于该采区煤层倾角为16°，为缓倾斜煤层，绞车房距总回风巷的距离较近，故采区上部车场选用双道变坡顺向平车场。其优点是车辆运行顺当，凋车方便，回风巷短，通过能力大；缺点是车场巷道断面大，不宜维护。轨道上山以水平的巷道与区段回风平巷相连，绞车房布置在与回风巷同一水平的岩石中。采区上部车场如图1－7所示：2）采区中部车场选择本采区生产能力大，煤层倾角为16°，轨道上山布置在距煤层底板15m的岩石中，故选用中部车场的形式为双道起坡不设高低道甩入石门的中部甩车场，其斜面线采用一次回转方式。该车场特点是提升牵引角小，钢丝绳磨损小，操车方便，斜面线路短，有利于减少提升时间，但交岔点长，对开凿维护不利。采区中部车场如图1－8所示。图1－8采区中部车场3）采区下部车场由于该采区煤层倾角为16°，上山通常提前下扎，并在大巷底板变平，底板围岩条件较好，因此选用大巷装车顶板绕道式下部车场。其优点是车场布置紧凑，工程量省，调车方便，但绕道出口交岔点距装车站近，线路布置困难，绕道维护条件较差。其车场见图1－9所示。图1－9采区下部车场1.3.10采区通风采区内上、下区段，相邻工作面交替期间同时生产时的通风系统如图1－10所示：图1－10通风系统示意图设计第二章采煤工艺方式第一节采煤工艺方式的确定本采区可采煤层的特征如下表所示：根据可采煤层的特征表，该煤层群为倾角为16°的缓倾斜厚煤层，在采区范围内，煤层结构单一，赋存稳定。综合考虑分层综采采煤法和综采放顶煤采煤法的优缺点，决定选用走向长壁全部垮落一次采全高综采放顶煤采煤法。2.1.1回采工作面长度的确定影响工作面长度的因素有煤层赋存条件、地质构造影响、煤层中瓦斯的涌出量及其防治措施、采区通风的条件及存在问题、机械装备及技术特征、巷道布置等。该采区的煤层特征如上表2－1所示，其煤层赋存条件好，地质条件简单，无大的地质构造影响，煤层走向起伏不明显，瓦斯含量相对较低，通风条件良好，工作面生产能力大。该矿井设计为综合机械化程度高的现代化矿井，要求工作面有较大生产能力，故选用较长的采煤工作面。一般综采面的长度范围为150～200m，本设计选择工作面的长度为150m。2.1.2工作面的推进方向和推进度由于后退式的工作面和巷道的维护条件好，工作面的推进方向确定为后退式。综放工作面的连续推进长度一般不宜小于800～1000m。另外，考虑到工作面搬迁次数及煤损随工作面推进距离增大而减少，结合矿井设计生产能力和所选用滚筒采煤机技术参数，可得出综放工作面的推进度为：V0=C。×X×T式中：V。——工作面推进度；C。——滚筒截深；X——日循环刀数；T——年工作日；V0=0.8×6×330=1584m/a2.1.3综放工作面的设备选型及配套1）工作面配套设备的选择综采工作面的采煤机、刮板输送机和自移式支架在几何尺寸、生产能力和服务时间方面配套是实现工作面高产高效的前提。综采工作面内的主要装备要在狭小的空间内正常运转，做到互不影响，互为依存。采煤机应能够割至最高采高，又能割至底板。工作面生产能力取决于采煤机的落煤能力，而工作面输送机、液压支架、平巷中的转载机、破碎机和可伸缩胶带输送机等设备的能力都要大于采煤机的生产能力，通常按富裕20﹪考虑。为发挥综采设备的优势，保证工作面高产，工作面输送机的运输能力要大于采煤机的落煤能力，液压支架的移架速度要大于采煤机的运行速度。其设备设备选型及配套应遵循以下原则：（1）液压支架应能适应煤层厚度的变化和顶板的下沉，要在最大采高或煤厚时支得起并有一定富裕，在最小采高或煤厚时卸得掉。（2）采煤机选型的原则①、适合特定的煤层地质条件，采煤机的采高、截深、功率、牵引方式等选取合理，有较大的适用范围。②、满足工作面生产能力要求，采煤机实际生产能力大于工作面设计生产能力。③、采煤机性能好，可靠性高，各种保护功能完善。④、采煤机的选型应与矿井设计生产能力相适应。（3）、刮板输送机的选型原则①、刮板输送机的输送能力要大于或等于采煤机或刨煤机的生产能力。②、刮板输送机的溜槽长度要与液压支架的宽度相匹配。③、刮板输送机的溜槽与液压支架的推移千斤顶的连接装置和配合间隙要匹配。工作面的关键参数见表2—2：表2—2工作面关键参数表工作面长度(m)煤厚(m)煤层结构所需支架类型1506.9简单，无夹矸支撑掩护式根据工作面的关键参数，查《综采综掘高档普采设备类型配套图集》,选用配套编号ZC140—ZZPF33的配套设备。三机标准型号见表2—3