《采矿学》课程设计说明书

《采矿学》课程设计说明书(准备方式：采区布置煤层倾角：生产能力：150万t)班级：采矿04-4姓名：张源班级序号：27学号：01040117指导老师：万志军完成时间：2007年7月7日目录绪论········································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·····························7第三节．确定采区内准备巷道布置及生产系统····················9第四节．采区中部甩车场线路设计·························12第二章．采煤工艺设计·······························19第一节．采煤工艺方式的确定···························19第二节．工作面合理长度的确定··························24第三节．采煤工作面循环作业图表的编制······················25小结········································26序论一、目的1、初步应用《采矿学》课程所学的知识，通过课程设计加深对《采矿学》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1、设计题目的一般条件某矿第一开采水平上山某采(带)区自下而上开采K1、K2和K3煤层，煤层厚度、层间距及顶底板岩性见综合柱状图。该采(带)区走向长度3000米，倾斜长度1100米，采(带)区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，K1和K2煤层属简单结构煤层，硬度系数f=2，各煤层瓦斯涌出量也较小。设计矿井的地面标高为+30米，煤层露头为-30米。第一开采水平为该采(带)区服务的一条运输大巷布置在K3煤层底版下方25米处的稳定岩层中，为满足该采(带)区生产系统所需的其余开拓巷道可根据采煤方法不同由设计者自行决定。2、设计题目的煤层倾角条件(1)设计题目的煤层倾角条件1煤层倾角条件1：煤层平均倾角为12°(2)设计题目的煤层倾角条件2煤层倾角条件2：煤层平均倾角为16°三、课程设计内容1、采区或带区巷道布置设计；2、采区中部甩车场线路设计或带区下部平车场(绕道线路和装车站线路)线路设计；设计采(带)区综合柱状图柱状厚度(m)岩性描述————————————————8.60灰色泥质页岩，砂页岩互层---------------------------------------------------8.40泥质细砂岩，碳质页岩互层0.20碳质页岩，松软6.9K1煤层，=1.30t/m3-----------------------------------4.20灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬------------------------------------------7.80灰色砂质泥岩3.0K2煤层-----------------------------------------4.60薄层泥质细砂岩，稳定················3.20灰色细砂岩，中硬、稳定2.20K3煤层，煤质中硬，=1.30t/m3。。。。。。。。。。。。。。。。。。3.20灰白色粗砂岩、坚硬、抗压强度60—80Mps。。。。。。。。。。。。。。。。。。24.68灰色中、细砂岩互层四、进行方式学生按设计大纲要求，任选设计题目条件中的煤层倾角条件1或煤层倾角条件2，综合应用《采矿学》所学知识，每个人独立完成一份课程设计。设计者之间可以讨论、借鉴，但不得相互抄袭，疑难问题可与指导教师共同研究解决。本课程设计要求方案进行技术分析与经济比较。第一章.采区巷道布置第一节．区储量与服务年限1．采区生产能力选定为150万t/a2．采区的工业储量、设计可采储量(1)采区的工业储量Zg=H×L×(m1+m2+m3)×γ(公式1-1)式中：Zg----采区工业储量，万t；H----采区倾斜长度，1100m；L----采区走向长度，3000m；γ----煤的容重，1.30t/m3；m1----K1煤层煤的厚度，为6.9米；m2----K2煤层煤的厚度，为3.0米；m3----K3煤层煤的厚度，为2.2米；Zg=1100×3000×(6.9+3.0+2.2)×1.3=5190.9万t/aZg1=1100×3000×6.9×1.3=2960.10万tZg2=1100×3000×3.0×1.3=1287.00万tZg3=1100×3000×2.2×1.3=943.80万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%。本设计条件下取80%。Pm1=30×2×3000×6.9×1.3+15×2×(1100-30×2)×6.9×1.3=189.45万tPm2=30×2×3000×3.0×1.3+15×2×(1100-30×2)×3.0×1.3=82.37万tPm3=30×2×3000×2.2×1.3+15×2×(1100-30×2)×2.2×1.3=60.40万tP----上下两端永久煤柱损失量，左右两边永久煤柱损失量，万t；ZK1=(Zg1-p1)×C1=(2960.10-189.45)×0.75=2077.99万tZK2=(Zg2-p2)×C2=(1287.00-82.37)×0.80=963.70万tZK3=(Zg3-p3)×C3=(943.80-60.40)×0.80=706.72万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----采区生产能力，150万t；ZK----设计可采储量，2315.7万t；K----储量备用系数，取1.3。T1=ZK1/A×K=2077.99万t/(150万t×1.3)=10.66aT2=ZK2/A×K=963.70万t/(150万t×1.3)=4.92aT3=ZK3/A×K=706.72万t/(150万t×1.3)=3.62aT=T1+T2+T3=19.2a，取20年。(4)、验算采区采出率1、对于K1厚煤层:C1=(Zg1-p1)/Zg1-----(公式1-4)式中：C-----采区采出率，%；Zg1----K1煤层的工业储量，万t；p1----K1煤层的永久煤柱损失，万t，取Zg1×6%；C1=(Zg1-p1)/Zg1=〔((1100×3000-30×2×30003-15×2×(1100-30×2))×6.9×1.3)/1100×3000×6.9×1.3=93.60%75%满足要求2、对于K2中厚煤层：C2=(Zg3-p3)/Zg3-----(公式1-5)式中：C----采区采出率，%；Zg2----K2煤层的工业储量，万t；P2----K2煤层的永久煤柱损失，万t，取Zg3×4%；C2=(Zg2-p2)/Zg2=〔(1100×3000-30×2×3000-15×2×(1100-30×2))×3.0×1.3〕/1100×3000×3.0×1.3=93.60%80%满足要求2、对于K3中厚煤层：C3=(Zg3-p3)/Zg3-----(公式1-5)式中：C----采区采出率，%；Zg3----K3煤层的工业储量，万t；P3----K3煤层的永久煤柱损失，万t，取Zg3×4%；C3=(Zg3-p3)/Zg3=〔(1100×3000-30×2×3000-15×2×(1100-30×2))×2.2×1.3〕/1100×3000×2.2×1.3=93.60%80%满足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30m防水煤柱，下部留30m护巷煤柱，故其煤层倾向共有：1100-60=1040m的长度，走向长度3000-30=2970m。地质构造简单，煤层赋存条件较好，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，最终选定5个区段，采用沿空掘巷方式,巷道间留较小煤柱，取5米，两区段间留有较大煤柱，取30米。故工作面长度为：=(1100-30×2-5×4-10×4.5)/5=195m2、确定采区内工作面数目回采工作面是沿倾斜方向布置，沿走向推进，采用走向长壁法开采。工作面数目：N=(L-S0)/(l+l0)------------(公式1-4)式中：L-----煤层倾斜方向长度(m)；S0----采区边界煤柱宽度(m)；l-----工作面长度(m)；l0----回采巷道宽度，因采用综采，故l0取5(m)。N=(1100-30×2)/(195+10)=5.07，取5.3、工作面生产能力Qr=A/T×1.1-----(公式1-5)式中：A----采区生产能力，150万t/a；Qr----工作面生产能力，万t；T----每年正常工作日，330天。故：Qr=A/T×1.1=150/330×1.1=4132.23t4、确定采区内同采工作面数及工作面接替顺序生产能力为150万t/a,且工作面生产能力为4132.23t。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采区产量，所以定为采区内一个工作面生产。以K1煤层为例,5个区段工作面接替顺序，采用下行开采顺序K1工作面接替顺序图区段1①区段2②区段3③区段4④区段5⑤图.1对于K1布置一个综放工作面便可以满足生产设计的要求。K1煤层：区段1→区段2→区段3→区段4→区段5(说明：以上箭头表示方向为工作面推进顺序。)第三节确定采区内准备巷道布置及生产系统1．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，在第一开采水平中，把为该采区服务的运输大巷和回风大巷均布置在K3煤层底板下方25m的稳定岩层中，两巷水平间距相距1057.39m。2．确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较首先确定回采巷道布置方式，由于地质构造简单，煤层赋存条件好，涌水量较小，瓦斯涌出量较小，直接顶较厚且易跨落。同时为减少煤柱损失，提高采出率，降低巷道维护费用，采用沿空掘巷的方式。因此采用工作面布置图1所示工作面接替顺序，就能弥补沿空掘巷时工作面接替复杂的缺点。确定采区巷道布置系统，采区内有3层煤，每一层都布置5个工作面，根据相关情况初步制定以下两个方案进行比较：方案一：两条岩石上山在距K3煤层底板15m处岩石中布置两条岩石上山，一条为运输上山，另一条为轨道上山，两上山层位有一定差距，使其分别联结两翼的区段;平巷不交叉；石门联系各煤层。通风路线：新风从阶段运输大巷→采区主石门→采区下部车场→轨道上山→中部甩车场→区段轨道集中平巷→区段联络巷道→区段运输平巷→工作面→区段回风平巷→回风石门→阶段回风大巷。该方案的特点是：岩石工程量大，掘进费用高，联络石门长，但维护条件好，维护费用低，有利于通风，运输能力大。方案二：一煤一岩上山在距K3煤层底板15m处岩石中布置一条岩石运输上山，在K3煤层中布置另一条轨道上山，石门联系各煤层。通风路线：新风从阶段运输大巷→采区主石门→采区下部车场→轨道上山→中部甩车场→区段轨道集中平巷→区段联络巷道→区段运输平巷→工作面→区段回风平巷→回风石门→阶段回风大巷。该方案的特点是：节省了一条岩石上山，相对减少了岩石工程量，但轨道上山不易维护，维护费用高，需要