采矿学课程设计-于佳宏

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1、煤矿开采学课程设计说明书课程名称：煤矿开采学学 号：班级：12 级采矿二班指导教师：目录序 论2第一章采区巷道布置3第一节.采区储量与服务年限3第二节采区内的再划分5第三节.确定采区内准备巷道布置及生产系统第四节.采区中部甩车场线路设计9第二章.采煤工艺设计11第一节.采煤工艺方式的确定18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17小 结21参考文献22一、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

2、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 本采区为某矿第一水平某采区，如图所示。其中二采区已采，六采区未采。采区上部标高-50 m,下部标高-350m。煤层均为中煤层。煤层埋藏稳定，构造简 单，煤质中硬，自然发火期为 3-12 个月。采区走向平均长度2020m，倾斜平均长度为1020m，倾角平均为17。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。运输大巷布置在-350m标高，回风大巷布置在-50m标高，如图所示。采区 生产能力自定。2. 煤层特征 底板稳定。区内涌水较小，煤层埋藏稳定，构造简单。煤岩爆炸指数

3、为 34-70%。煤层瓦斯含量小，采区所属矿井属于低采区内赋存的煤层为 m1 和 m2 煤层，均属于厚煤层。煤层无瓦斯突出，顶瓦斯矿井。煤层具体特征如下柱状图 所示：层序平贿jh10ml3.7粉砂1011m23.510砂岩15拄驱乂采JS是，洁殳申.swe-曲戈茅注启找将巾. 总甘诘购亞複愉輕，史厲塔塔购丸 H*克耳.冲比馥口卫白.唱由中占.玄E 怖电无垃勒.客甘虽blB应晖绘損国亞 田鹿兀干皿牝砂警.艮 L Kssiflw. +=?. w 近干勺冲积,t-R .刼g,t-:4宝母为陀万 昼右娄砂囚找耳也耳時申冊曲.#t- S?s SiflKi. 4忑. wr-ft,. -tWitiQ.期更盛

4、讲主手山鮭 无；：:*宸厦取片.甲耳用呂堆*補敬.ft t. SSBStpIJS. 5： =F 切.-+叔戌N 卩物昭 -5为民石&万奥 95 .平也闷匚申.且同为心匹E采卑足，足卩屮丙圭来 胡虽，脾庖用iS妁金:上出.边故.# . S SfiStp.遞遲干 幻.+积盛円.卩旳庇并宝畧为陀万:石拡 减袖用1诛.煤层柱状图（题目四采区斜长1020米;三、课程设计内容走向长度2020米，煤层倾角为17）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；3、采煤工艺设计及编制循环图表四、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

5、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。第一章 采区巷道布置第一节 采区储量与服务年限1、矿井设计生产能力 储量丰富，煤层储存稳定，顶底板条件好，倾角小，厚度变化不大，开采条件简 单，技术装备先进，经济效益好，煤质为优质气煤，交通运输便利，市场需求量 大，易建大型矿井。确定矿井设计生产能力为150 t/a。2、采区的工业储量、设计可采储量(1)采区的工业储量Zg=HXLX (m +m )X y(公式 IT)45式中：Zg米区工业储量，万t；H米区倾斜长度，1020m；L米区走向长度，2020m；y 煤的容重 ，1.30t/m3；Ml K1煤层煤的厚度，为3.

6、7米；M2 K2煤层煤的厚度，为3.5米；Zgl=1020*2020*3.7*1.3=991 万 tZg2=1020*2020*3.5*1.3=937.5 万 tZg=1020*2020*1.3* (3.7+3.5) =1928.5 万 t(2)米区设计可米储量Zk=(Zg-P)XC(公式1-2)式中：Zk米区设计可米储量，万t；Zg米区工业储量，万t ；P米区煤柱损失量，万t；C 米区米出率，厚煤层可取75%，中厚煤层取80%，薄煤层85%。本设计条件下取75%。永久煤柱损失量(断层、阶段、边界等煤柱损失量)；Pm1=40*2*2020*3.7*1.3+15*2* (1020-30*2) *

7、3.7*1.3=91.58 万 tPm2=40*2*2020*3.5*1.3+15*2* (1020-30*2) *3.5*1.3=75.89 万 tPmn(mn-煤层编号) 各煤层永久煤柱损失量(上下两端或左右两边永久煤柱损失量)万t;设计可采储量ZK1=( Zgl-pml) X C1= (991-91.58) *0.75=674.57 万 tZK2=( Zg2-pm2) X C2= (937.5-75.89) *0.75=646.2 万 t采区储量计算表煤层 编号投影 面积 (m2)倾角(度)实际 面积 (m2)1COS煤厚(m)容重(t /m3)工业储 量(万t)煤层采 区回采 率()可

8、米储 量(万t)备注M1173.71.4599175674.57M2173.51.50937.575646.2合计(1)采区服务年限：T= ZK/AXK(公式1-3)式中：T-采区服务年限，a;A米区生产能力，万t；ZK设计可采储量，万t；K储量备用系数，取1.3。各煤层开采年限：T1= ZK1/AXK=674.57 万 t/(150tX1.3)=5.77aT2= ZK2/AXK=646.2 万 t/(150tX1.3)=5.52a采区服务年限：T= T1+ T2 =11.29a ，取11年。(2)验算采区采出率对于m1，m2厚煤层：C1=(Zg1-pm1)/Zg1(公式1-4) 式中：C1采

9、区采出率，% ；Zg1 m1煤层的工业储量，万t ；pm1 m1煤层的永久煤柱损失，万t ，取Zg1X6% ；C1=(Zg1-pm1)/Zg1=(991-91.58)/991= 90.76% 75%满足要求C2=(Zg2-pm2)/Zg2=(937.5-75.89)/937.5=91.9% 75%满足要求第二节 采区内的再划分1、确定工作面长度以确定工作面长度为200m2、确定采区内区段数确定采区内区段数为4段3、工作面生产能力工作面日生产能力：Qr = A/ (TX1.1)(公式 16)式中：Qr工作面生产能力，t/dA采区生产能力，t/aT每年正常工作日，330dQr = A/ (TX1.

10、1)=900000 / (330X1.1) =2479.34t/d4、确定采区内同采工作面数及工作面接替顺序生产能力为150t/a,且工作面生产能力为2479.34t /d。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。工作面布置(双翼布置)图如下图所示：M1煤层M2煤层1401140215011502140314041503150414051406150515061407140815071508工作面接替顺序：左右交替，左边开采，右边准备；采区内自上而下开采，先采完上区段，后开采下区段；煤层间自上而下开采，先采

11、M1煤层后采M2煤层最终达到高产高效。工作面接替顺序如下表所示：1401 1402 1403 140414051406 1407 14081501 15021503 15041505 150615071508（说明：以上箭头指向表示工作面接替顺序。）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，-50标高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-3 5 0标高处2、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较按采区上山数目、位置的不同提出两个方案：方案一

12、：在Ml煤层中开掘一条轨道上山，在距Ml煤层10m处的底板岩层中开掘一条运输上山，即一煤一岩上山，如下图所示方案二：在M1煤层中开掘两条上山(轨道上山与运输上山)，即双煤上山,如下图所示(1) 两种方案在经济上比较工程量表：序号工程名称单位数量工程量计算式1轨道上山巷道宽4m 1.5=自巷道底板算起的墙高2掘进=1020m100m3124.84811750.412.24*1020=124.8483半圆拱断面积11.92S=4*(0.37*4+1.5)=11.924树脂药卷锚 杆架设 20*2000mm100根156.06(12.24*1020/0.8)/1005树脂锚杆制作20*2000mm1

13、00根156.06(12.24*1020/0.8) *1.02/1006喷射混凝土墙100m34.592*1.5*0.15*1020/1007喷射混凝土拱100m39.9681.57 (4+0.15) *0.15*1020/1008钢筋网制作铺设t56.92(1.57*4+2*1.5) *1020*6.39/1000(6.39KG/)费用表：工程名称数量工程量煤绗单价岩巷单价煤巷费用M-r 卄.i=H=r m 岩巷费用掘进=1020m117.50411750.450061239958.82145.68半圆拱断面积12.24树脂药卷锚 杆架设 20*2000mm146.882869286942.

14、1442.14树脂锚杆制作20*2000mm149.814230423063.3663.36喷射混凝土 墙4.32611716117126,4226.42喷射混凝土拱9.382704467044667.0367.03钢筋网制作铺设56.922540254014.4514.45比较、* J ?万案一、* J ?.万案一544.44601100%110.8%（说明：由于其它各项费用基本相同，所以不进行比较。）可得出双煤上山的费用是一煤一岩上山的 1.10 倍，在费用上多出 10%，即一煤一岩上山在经济上比较占优势。（2）两种方案在技术上比较采区方案技术比较表方案项目第一方案一煤一岩上山方 案第二万

15、案 双煤上山方案1、掘讲工程量工程量大比第二 力案多掘石门工程量小2、工程难度困难较容易3、通风距离较长每区段增加 了通风距离短4、管理环节多少5、巷道维护一条煤层上山，维 护工程量较大，费用较高维护工程量大，维 护费用咼6、工程期岩石上山掘进速 度慢，工程期较长双煤上山掘进快， 投产快当采用双煤上山布置时，由于最下部的 M1 煤层为维护条件较好的中厚煤层， 煤质中硬，且顶部为稳定的灰色粉砂岩，所以上山布置在 M1 煤层中，维护相对 容易，且上山掘进速度快，可实现早投产。如果采用一煤一岩上山布置，虽运输上山为岩巷，较容易维护，但其掘进速 度慢，不利于早投产，且工作量大。而且两个方案的总费用相差

16、不大。综合经济和技术比较，最终决定将采区上山布置在 m1 煤层中，即采用双煤 上山，两条上山间距为20m,上山两侧各留15m的保护煤柱。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，m1煤层厚3.7m, m2煤层厚3.5m，都为厚煤层，瓦 斯含量较低，煤层埋藏稳定，构造简单，煤质中硬，自然发火期为 3-12 个月。 工作面走向推进长度为2020m左右，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

17、柱，开始布置工作面，进行推 进。由于采区上山布置在m1煤层中，在离上山20m处停采，留20m煤柱保护采 区上山，两条上山中间留20m的保护煤柱。m1、m2煤层相距21m左右，由于相 距较近，因此两层煤所留煤柱相同，工作面布置及推进到的位置也一样。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。-11 -第二章 采煤工艺设计第一节 采煤工艺方式的确定1、选第一个煤层，即Ml煤层，进行采煤工艺设计，布置采煤工作面由于Ml煤层厚3.7m

18、，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f采煤机向下装煤f推移刮 板输送机f斜切进刀f推移刮板输送机。2、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(1) 采煤机MG300AW (鸡西煤机厂)米咼1.5 3.0m适应倾角35截深630mm滚筒直径1.6m控顶距1500mm牵引方式交流变频调速无链双 驱动电牵引牵引力360kN牵引速度0-6m / min滚筒中心距8934mm机面咼度1200mm(2) 液压支架 J4*457-1.64/3.5 (重庆庆阳机械厂)型式支撑掩护式支撑高度164 3.5m

19、宽度1.42 1.59m煤层厚度中厚煤层初撑力3721KN工作阻力4479kN支架中心距1500mm支护强度0.83Mpa适应煤层倾角18泵站工作压力30Mpa(3) 工作面刮板输送机SGZ800/1050 (张家口煤机厂)出厂长度220m运输能力500t / h链速1.07m中部槽规格1500X764X222mm刮板链型式中双链与米煤机配套牵引方式无链(4) 破碎机 PEM1000*650 (张家口煤机厂)破碎能力600t / h(5) 胶带输送机S-100/260 (西北煤机厂)输送长度1000m输送量700 t/h带速2.5 m/s(6) 端头支架：PDZ(7) 高压开关柜 KBZ450

20、1140Y(8) 转载机：SZB-730/75(张家口煤机厂)输送长度25m输送量630 t/h带速2.5 m/s(9) 液压泵站：XRBZB80/35公称压力35mpa3、采煤与装煤(1)确定采煤工艺、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：Qr公式21)L M 丫 C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Ml煤层厚度3.7m）Y煤的容重，t/m3C工作面的采出率（由于K煤层为中厚煤层，因此C值取0.95）3贝V： V=2479.34/（2020*3.7*1

21、.3*0.95）=2.71m/d因选用的采煤机截深为630mm，若每日推进六刀，共推进0.63X8=4.8m,可 满足每天至少推进3.62m的要求。（2）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063m。采煤机进刀示意图如图所示，进刀过 程如下：a、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）；b、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）；c、再调换两个滚筒上、下位置，重新返回割煤至输送

22、机机头处（如图c所示）；d、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）A-A4、运煤(1) 支架选型采用液压支架支护，选择工作面支架的型号为：FJ4*457-1.64/3.5,为支撑 掩护式支架。(2) 移架方式由于 m1 煤层上方有 20m 左右的粉砂岩，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。(3) 支护方式由于 m1 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 FJ4*457-1.64/3.5 支撑掩护式支架。(4) 工作面支架需要量 工作面支架的需要量公式 22)式

23、中：口一一工作面支架数目(取整数)L工作面长度，me架中心间距(FJ4*457-1.64/3.5型支架e值取1.5m)口二 220/1.5=146.7 取口=146(5) 端头支架由于巷道宽度为4m，选用宽度为2m型号为PDZ的端头支架两台架，即两端 共有4架。(6) 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25m。(7) 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=Mmax0.2m 1=3.5-2.70.2m，满足要求；最小结构高度应比最小采煤高度小

24、250350mm，即：Hmin二Mmin(0.250.35) m2=1.85-1.620.25 0.35m，满足要求；强度校验：P=(68) X9.8XSX YXMXcosa(公式23)式中：S支架支护的顶板面积，m2Y 顶板岩石密度，t /m3M采高，ma煤层倾角，P=8X9.8X5.678X1.42X1.3X2.5Xcos17=1675KN4000KN 经校核，支架高度与强度均符合要求。5、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1从煤层地质条件考虑 该采区内两个煤层的地质条件较好，无断层，煤层倾角为12，煤层厚度适 中，顶底板较稳定，瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量

25、也较小，所以 布置220米的工作面比较合适。2从工作面生产能力考虑 工作面的设计生产能力为150吨/年。正规循环每天进六刀，采煤机滚筒截深为630mm，所以Ml煤层的工作面实际年生产能力为：300X0.63X8X2X220X 1.3X 0.95=82.1（万吨） 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。 3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220米刮 板输送机能够利用国内先进的技术，能够与时俱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

26、以工作面长度为200米左右 在管理上是毫无问题的。4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180 250m,所以选择的工作面的长度为220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。5从巷道布置角度考虑分为 4 个区段比较合理6. 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

27、业图表的编制1、 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 21）、技术经济指标表（表 22）2、工种及出勤人数的安排，如下表（表 21）所示：工作面劳动组织表（表 21）序号工种早班中班夜班合计1班长22262采煤机司机33283输送机司机11134转载机司机11135皮带机司机11136移架工33177推溜工22268超前维护工663159跟班电工221510运料工4411安全质量员111312跟班机修工225913送饭工1113合计25252575班别生产一 工乍面时间/m 2 3 4 5班生产二班生产三班检修班6 7 8 9 10 1112 13 14 15

28、 16 1718 19 20 21 22 2324I I I I II I I I II I I I I180 1201M80604020图例一割移架推移输送机检修工作面（针对 K3 煤层）主要经济技术指标（表 22）序号项目单位数量1煤层厚度m22煤层倾角O123平均采高m24米煤机台15液压支架架1466端头支架架47刮板输送机部18破碎机台19转载机部110胶带输送机部211循环进尺m1.012日产量t1969.713生产方式两米一准14出勤人数人7515回采工效t/工26.2516截齿消耗个/万t2017乳化液消耗Kg / 万 t18018油脂消耗Kg / 万 t7019日循环数个8六

29、、设计图纸的内容本设计绘制两张大图（零号图纸）1、采煤工作面层次图（1：200）应包括回采巷道剖面图（1：50），最大与最小控顶距剖面图2、 区巷道布置平面图（1：2500）和剖面图（1:2500）。小结：本次课程设计的主要内容是采区的巷道布置以及采煤工艺的设计，它到底想要传 授给我们些什么知识？或者说我究竟从这个设计中学到了什么？我的想法很简 单，无非是想增加一些专业知识。我不是很聪明，也没有自己想象中的那么勤奋， 但是，事实上，我觉得我得到的远远比预想的要多。通过这次设计，我不仅对采 区的设计有了更进一步的认识与了解，进一步巩固和加深了课程理论知识，更重 要的，是获得了一种新的思考与解决问

30、题的方法。如果能切实应用到生产生活中，不可否认，这是多 么让人兴奋的一件事。本次课程设计虽然结束了，但是对于我们来说，未来的路还很长，还需要付出百倍的努力。我希望并坚信，我们能走的更好！参考文献参考文献：1、徐永圻，采矿学，徐州：中国矿业大学出版社，2003。2、徐永圻，煤矿开采学（修订本），徐州：中国矿业大学出版社，2009。3、李锋，刘志毅，现代采掘机械（修订本），北京：煤炭工业出版 社，2011。4、张荣立，何国伟，李铎采矿工程设计手册，北京：煤炭工业出 版社，2003 。5、采矿设计手册编委会，采矿手册，北京：冶金工业出版社，1990。6、武同振等，综采综掘高档普采设备选型配套图集，徐州，中国 矿业大学歘出版社，1993。7、 煤矿安全规程 ，北京：煤炭工业出版社，2011。- 23 -