煤矿开采学课程设计—段程山

中国矿业大学银川学院设计用纸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：08采矿-3班姓名：段程山学号：120080201151指导老师：王文完成时间：2011年12月16日中国矿业大学银川学院设计用纸2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中国矿业大学银川学院设计用纸3序论一、设计目的1.通过课程设计，使学生进一步消化和理解《煤矿开采学》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。2.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。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1、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。运输大巷和回风大巷标高分别为-350和-50m，且位于距离4-1号煤层30m的岩层中。采取生产能力自定。2、煤层特征本采区内赋存的2号和4-1号煤层，煤层均为厚煤层。煤层埋藏稳定，构造简单，煤质中硬，自燃发火期为3-12个月。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1、一个采区（盘区）或带区巷道布置设计；2、一个采煤工作面的采煤工艺设计及编制循环图表；3、采区中部车场线路设计四、进行方式1、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内容。2、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。中国矿业大学银川学院设计用纸43、本课程设计要对设计方案进行技术分析与经济比较比较。序号地层岩性柱状图厚度（m）岩性描述①粉砂岩╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱10粉砂：黄色，湿至很湿稍密，级配不均，冲击成因。矿物成分主要为长石及石英质。平均厚10米。②24.2三煤为全区发育可采煤层，是矿井的主采煤层平均厚4.0米。③粉砂19粉砂：黄色，湿至很湿稍密，级配不均，冲击成因。矿物成分主要为长石及石英质。平均厚7米。④中粗砂11中粗砂：黄色，很湿至饱和，中密，级配不均，冲击成因。物质成分主要为长石及石英质颗粒。平均厚8米。⑤4-14.0五煤为全区发育可采煤层，是矿井的主采煤层平均厚4.0米。⑥砂页岩—————----------—————----------—————----------10砂页岩：黄绿色，砂页岩互层状分布。散体结构，层状构造，泥质胶结。结构大部分破坏，风化裂隙发育，裂隙中有大量松散充填物，岩体被切割成碎块状。该层厚度大于10米。设计采(带)区综合柱状图··············中国矿业大学银川学院设计用纸5第一章采区巷道布置第一节采区储量与服务年限1、设计生产能力150万t/年。2、采区工业储量、设计可采储计算（1）采区工业储量Zg=H×L×(m1+m2)×γ(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；γ----煤的容重，1.30t/m3；m1----2煤层煤的厚度，为4.2米；m2----4-1煤层煤的厚度，为4米；Zg1=1020×2130×4.2×1.3=1186.24万tZg2=1020×2130×4.0×1.3=1129.75万tZg=1020×2130×（4.2+4.0）×1.3=2316.00万t（2）设计可采储量ZK=（Zg-p）×C(公式1-2)式中：ZK----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，厚煤层可取75%，中厚煤层取80%，薄煤层85%。15m15m15m65m15m图1-1采区留煤柱示意图中国矿业大学银川学院设计用纸6P1=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tP2=15×2×2130×4.0×1.3+15×2×(1020-15×2)×4.0×1.3+65×(1020-15×2)×1.3×4.0=82.13万tZ2=(Zg1-p1)×C=(1186.24-84.24)×0.75=826.50万tZ4-1=(Zg2-p2)×C=(1129.75-82.13)×0.75=785.72万tZK=Z2+Z4-1=826.50+785.72=1612.22万t（3）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；ZK----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）=8.27a取T=8年。(4)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：C1=（Zg1－P1）／Zg1=(1186.24-84.24)／1186.24=92.9%75%4-1煤层：C2=（Zg2－P2）／Zg2=(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1、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180～250m，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：中国矿业大学银川学院设计用纸7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：L1=(b-2×q-((2×L2+p)×n-p))/n(公式1-5)式中：L1——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；L1=(1020-2×15-((2×4.5+4)×5)-4)/5=184.2m2、工作面生产能力Qr=A/(T×1.1)(公式1-6)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×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：1101停采线65m1102110311041105110611071108110911102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：图1-2采区工作面划分示意图中国矿业大学银川学院设计用纸82101停采线65m2102210321042105210621072108210921104-1煤层工作面接替顺序：2101→2102→2103→2104→2105→2106→2107→2108→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1、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。2、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，就去以4-1煤层说明。)。方案一：双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1-3方案一示意图中国矿业大学银川学院设计用纸9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：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统。3、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。4、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，进行推图1-4方案二示意图图1-5方案三示意图中国矿业大学银川学院设计用纸10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20m护巷煤柱处。5、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如下图所示6、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