采矿工程毕业设计-山西朔州平鲁区华美奥兴陶煤业有限公司4号煤开采设计

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1、山西大同大学本科生毕业设计中文题目：山西朔州平鲁区华美奥兴陶煤业有限公司4号煤开采设计 英文题目：No. 4 coal mining design of Huamei Ao Xing Tao Coal Industry Co. Ltd., Pinglu District, Shuozhou, Shanxi 学 院： 煤炭工程学院 姓 名： 学 号： 专 业： 采矿工程 班 级：16采矿专升本2班指导教师： 职 称： 完成日期： 2018 年 5 月 30 日摘 要全套图纸加扣 3346389411或3012250582本设计说明书是山西朔州平鲁区华美奥兴陶煤矿的井田设计，矿井位于朔州市平鲁区下

2、面高乡下韩佐沟村陶村乡白家梁村一带，行政区划属于平鲁区陶村乡管辖,其地理坐标为：1122824-112 31 16,北纬39 2802-39 2911。本设计为井田4号煤层的矿井设计，该煤层地质结构简单，平均煤厚5.4m,煤层倾角17，属于近水平煤层，有煤尘爆炸危险，为瓦斯矿井。矿井工业储量为3420万t,设计可采储量为2884万t。设计生产能力为120万t/a，服务年限为17年。经过技术条件和经济条件对比，选择主斜井副斜井双斜开拓方案，回风井选择了立井。井下和主斜井煤炭运输采用皮带运输，辅助运输采用绞车牵引矿车方式，技术工艺简单，操作方便。矿井通风采用中央分列式通风。总而言之，通过对地质条件

3、的分析以及矿井建设的技术经济条件和安全性来看此次设计的开拓方案、采煤方法等均能满足矿井的开采需求。关键词：斜井开拓；瓦斯矿井；中央分列式通风。ABSTRACTThe design instructions are the design of the well field in the huameo Xingtao coal mine in Pinglu District, Shuozhou, Shanxi. The mine is located in the village of huozuo village, south of Pinglu, Shuozhou, Pinglu Distri

4、ct, Shuozhou. The administrative division belongs to the pottery village of Pinglu district. Its geographical coordinates are: 112, 28 24, 31 16, 39 degrees 28 02 -39 29 in the north latitude. 11. This design is a mine design for No. 4 coal seam in the minefield. The coal seam has a simple geologica

5、l structure, an average coal thickness of 5.4m and a coal seam dip of 17 degrees, which belongs to the near level coal seam, and has the danger of coal dust explosion, which is a gas mine. The industrial reserves of the mine are 34 million 200 thousand T, and the designed recoverable reserves are 28

6、 million 840 thousand T. The design and production capacity is 1 million 200 thousand t/a, and the service life is 17 years. Through the comparison of technical conditions and economic conditions, the double inclined development plan for the inclined shaft of the main inclined shaft is selected, and

7、 the shaft is selected by the return air shaft. The underground and the main inclined shaft coal transportation uses the belt transportation, the auxiliary transportation uses the winch to pull the mine car way, the technology craft is simple, the operation is convenient. Central ventilation is adop

8、ted in mine ventilation. In a word, through the analysis of the geological conditions and the technical and economic conditions and safety of the mine construction, the design and mining methods can meet the mining needs of the mine. Keywords: Inclined shaft development; gas mine; central split vent

9、ilation.目 录1矿井概况及井田地质特征11.1井田自然概况11.1.1交通位置11.1.2地形地貌及水文12井田境界及资源/储量32.1井田境界及资源/储量32.1.1井田境界32.1.2矿井工业资源/储量32.1.3矿井设计资源/储量52.1.4矿井设计可采资源/储量52.2矿井工作制度及生产能力62.2.1矿井工作制度62.2.2矿井设计生产能力及服务年限63井田开拓73.1井田开拓73.1.1井田内地质构造等对井田开拓开采的影响73.2井田开拓方案73.2.1工业场地位置的选择.73.2.2井筒数目和位置的选择93.2.3水平划分93.2.4井底大巷布置103.2.54#煤层带区

10、的开采顺序103.3井 筒103.3.1井筒用途、布置及装备103.3.2井筒井壁结构113.4井底车场及硐室113.4.1井底车场形式的选定113.4.2井底车场硐室名称及位置123.4.3井底车场和硐室的支护方式及支护材料134带区巷道布置144.1首带区基本情况144.1.1带区位置144.1.2首带区煤层特征144.2带区巷道布置及生产系统154.2.1确定带区巷道布置154.2.2带区生产系统154.2.3带区开采顺序及工作面的接替顺序154.2.4带区巷道掘进工艺165采煤方法185.1采煤工艺方式185.1.1采煤方法的选择185.1.2回采工作面长度的确定195.1.3回采工作

11、面的推进方向和年推进度205.1.4采煤工作面的设备选型及配套205.1.5采煤机的工作方式285.1.6工作面端头支护与超前支护315.1.7工作面循环图表、主要技术经济指标315.2回采巷道布置335.2.1回采巷道布置方式336矿井通风及安全技术346.1矿井通风方式与通风系统的选择346.1.1矿井通风系统的基本要求346.1.2矿井通风方式的选择346.1.3矿井主扇工作方式选择356.1.4带区通风系统的要求366.1.5工作面通风方式的选择366.2带区及全矿所需风量386.2.1矿井风量的计算386.2.2矿井风量分配416.3矿井通风阻力计算416.3.1矿井通风阻力计算41

12、6.3.2等积孔436.4主要通风机选型436.4.1矿井通风设备的要求436.4.2设计依据446.4.3风机选型计算446.5安全生产技术措施456.5.1预防瓦斯爆炸的措施456.5.2防止煤尘爆炸措施456.5.3粉尘的综合防治466.5.4预防井下水灾的措施477矿井提升、运输和排水系统487.1概述487.2主副井提升487.2.1主斜井提升设备487.2.2副斜井辅助提升设备507.3排水系统517.3.1设计依据517.3.2选型计算518设计矿井基本技术经济指标53参考文献55致 谢56山西大同大学煤炭工程学院2018届本科生毕业设计1 矿井概况及井田地质特征1.1 井田自然

13、概况1.1.1 交通位置（一）井田位置山西朔州平鲁区华美奥兴陶煤业有限责任公司位于其位于朔州市平鲁区下面高乡下韩佐沟村陶村乡白家梁村一带，行政区划由平陆区陶村管辖。其地理坐标为:112度2824- 112度3116,北纬39度2802-39度2911。（二） 交通兴陶煤业有限公司西距平鲁城方向距离约20km，南距朔州市约22km，东距元元公路1km，南有大运高速公路和北同蒲铁路，西有朔（州）平（鲁）二级公路沿七里河北上到平鲁城区；同时距园芦铁路芦家窑煤站3km，距神头发电厂20km，交通十分便利。1.1.2 地形地貌及水文（一）地貌该区属山西高原低山丘陵区,全区黄土覆盖。该区黄土塬区遭受了强烈

14、的侵蚀和砍伐,在该地区没有植被覆盖,形成了黄土高原地貌如梁、墙、丘等地形地貌。从整体上看,河谷发育为“V”,切深为40-70m,梁、山为连续，地形比较复杂。该西部地区的矿井总体地形高、中、低,最低点位于井田中西部,海拔12120m,最高点在井田中部和南部,海拔1377.1m,相对高度165.1m。（二） 气象该区位于山西省西北部黄土高原。它属于温带大陆性气候。温差一般较低,年温差和日温差为特征,年平均气温为5.4138C,绝对最高气温为34.5,绝对最低气温为-27.4,一般日较差。温度差在18-25以上。年降水分布非常不均匀,暴雨强度大,年降水量330.949 5.0mm,年平均427.7m

15、m,年集中在6-9个月,占全年降水量的75%,约90%,霜冻期从九月下旬到下年四月,个体年在5月初,冻结深度约为1.11m ,年蒸发量在199602132.7mm之间,一般为2067.7mm,从四月到六月,月蒸发量可达580mm。（三） 地震根据中华人民共和国建筑抗震设计规范(GB500 11-2010)建筑抗震设计规范,该地区的抗震设防烈度为7度,基本地震加速度为0.10g,并将该地区的地震分为三组。2 井田境界及资源/储量2.1 井田境界及资源/储量2.1.1 井田境界2015年10月14日山西省国土资源部重新批准了矿区的采矿许可证,批准了4-11煤层的开采。开采深度为1271000米。井

16、场的范围由13个坐标点来描述。见表 21拐点坐标表。表 21 井田范围拐点坐标直角坐标1980年西安坐标系（3带）点号XY点号XY14372752.9737626729.2624372752.9537629479.2934373652.9637629479.3044343552.9637629964.3054372977.9537629964.3064372652.9537630654.3174372337.9437630469.3084371852.9437630479.3094371852.9437629479.29104371752.9437629479.29114371752.9537

17、627429.27124371452.9537627054.29134371752.9537626729.29井田大致呈矩形，井田东西长3925m，南北宽940m，面积4.2438km2。2.1.2 矿井工业资源/储量1.资源/储量估算范围估算范围依据山西省国土资源厅2015年10月14日颁发的证号为C1400002009101220038680的采矿许可证批准开采411煤层,可采煤层可为4-1、4-2、8、9-1,、9-2、10、11号煤层，然而,4-1煤层资源已枯竭。因此,仅对矿区4-2、8、9-1、9-2、10、11煤层资源/储量进行了估算，其中4-2号煤层估算面积为3.59044km2

18、；8号煤层估算面积为3.23043km2；9-1号煤层估算面积为4.07341km2；9-2号煤层估算面积为2.02579km2；10号煤层估算面积为2.23698km2；11号煤层估算面积为3.87007km2，储量估算标高1256992m。储量估算截止时间2016年11月30日。2.资源/储量估算方法煤层平缓,煤层倾角为17,采用水平投影地质块法进行资源储量估算,计算公式为 式中：Q资源/储量，kt；S区块面积K(m2) 当煤层倾角小于区段15时,采用水平投影面积。在块段煤层倾角大于15时,采用水平投影区倾斜面积;m-块段估计厚度;m;d视密度，t/m3。3.资源/储量估算参数1)面积（S

19、）：在平面图上直接采用CAD绘图软件从电脑上读取。2)块厚度(m):算术平均值。为了估计工程附近各区域煤层及煤层附近煤层厚度的算术平均值,必须排除超过0.05的含石量。其中,煤矸石煤层厚度为:单层厚度小于0.05m的煤层可用来计算煤层厚度。a. 煤矸石煤层厚度为:单层厚度小于0.05m的煤层可用来计算煤层厚度。b. 夹矸厚度小于煤层的最低可采厚度时，且煤分层厚度均等于或大于夹矸厚度时，将上下煤分层厚度相加，作为采用厚度c. 复杂煤层和复杂煤层不能与煤分层相比,煤层总厚度用作煤层厚度时,总厚煤矸石的硬度大于煤层1/2的总厚度(1以上)、2)。3)表观密度(D):利用勘探时间的视密度资料算术平均值

20、计算煤层的表观密度,4-2。8、9-1、9-2、1011煤层的表观密度分别为1.49 t/m 3、1.49 t/m 3。1.45t/m3、1.45t/m3、1.43t/m3、1.50t/m3。 （2-1）式中：Q矿井工业储量，万吨；S井田面积，m2；M煤层厚度，m；D煤的容重，t/m3矿区面积为4.2515kM2,3煤层平均厚度为5.4m,平均容重为1.49 t/m 3。因此,该矿3号煤层的工业储量为Q4.25155.41.49=3420.757万t2.1.3 矿井设计资源/储量矿井设计储量依据下式计算：Zs=Zg-P （2-2）式中： ；P煤柱损失，万t；包括断层柱和边界柱等永久煤柱损失的总

21、和表22 矿山设计资源/储量单位:万t煤层编号工业资源/储量永久煤柱损失设计资源/储量井田边界煤柱43420.757275.0243145.7332.1.4 矿井设计可采资源/储量表 23 设计可采资源/储量表 单位：万t煤层编号设计资源/储量开采煤柱损失设计可采资源/储量工业场地大巷小计43145.73368.415193.104261.5192884.214 2.2 矿井工作制度及生产能力2.2.1 矿井工作制度根据煤矿设计规范的规定:设计矿井年工作日为276d、“四六制”作业,其中三班生产、一班检修、每日净工作时间18h2.2.2 矿井设计生产能力及服务年限（一）矿井设计生产能力我矿煤炭

22、储量相对丰富可靠,地质构造相对简单,开采技术条件优越,煤层稳定。根据国家政策方针，现代化矿井应集中生产，达到充分利用煤炭资源的目的。按照煤炭工业设计规范对矿井服务年限的要求，设计生产为120万t/a的大型矿井（二）矿井的使用寿命在指定范围内,当矿井的生产能力为A时,矿井的设计寿命可以计算为t。矿井T的设计服务年限可以在下一种类型中计算。矿井的设计服务年限可用下式计算： (3-1)该矿井的4号煤层服务年限为：2884.214120万t1.417.16a所以，该矿井的服务年限为17a。 3 井田开拓3.1 井田开拓3.1.1 井田内地质构造等对井田开拓开采的影响山西朔州平鲁区华美奥兴陶煤业有限公司

23、矿井地质构造简单，4号煤层煤厚4.675.90m，平均5.41m，含夹0-3夹矸，夹矸厚度0.10-0.20m，煤层结构简单；开采4号煤层时矿井为瓦斯矿井，煤层不易自燃，水文条件简单，4号煤层开采过程中不受老窑和火区威胁。3.2 井田开拓方案3.2.1 工业场地位置的选择.（一）工业场地位置选择的主要原则(1)有利于矿山的开发和部署,为矿山尽快达到生产创造条件。(2)为了减少地表土方量,井口和工业场地的选择应考虑地形条件。(3)充分考虑煤层赋存条件,选择井口和工业场地的位置,有利于首次采煤层第一煤层第一区的开采;考虑到后期生产和其他煤层的开采,以降低初始井巷工程量和现场压力煤压力。(4)在储量

24、中心,降低地下运输、通风和巷道工程的成本。(5)充分利用现有的工业场地和设施,减少矿山投资。(6)充分考虑供电、水源、输煤等外部条件,尽量靠近公路和火车站,尽量减少进场道路的长度和矿山的运行成本，生产。（二）工业场地的选择根据现场勘探，在白家梁村以西，地势较平坦，距离主要运输公路较近，对外联系方便，能够满足工业场地的要求，根据矿井地势来看，并基于上述原则，矿井工业场地选择在白家梁村以西，主要原因如下：1、该场地地面平坦、开阔，地质条件简单，开拓相对容易2、工业场地位于整个井心南侧,便于井下运输、通风等；3、该场地内无需征地，可在开拓前期减少投入4、该场地离主要公路和铁路集运站相对较近，可减少进

25、场公路长度及矿井生产营运费用。（三）井田开拓方案1、矿井设计开拓方案主要考虑下列原则：(1)因地制宜，尽量利用已有设施和设备；(2)努力简化生产系统,尽量减少道路工程的数量。(3)投资少，工期短，见效快。(4)短期和长期的结合需要考虑当前的利益和长期规划。(5)把生产区放在井底附近,缩短施工周期,节省初期资金投入。2、开拓方案根据选定的矿井工业场地位置，结合4号煤层赋存条件及井田特征，确定了以下方案：工业场地：工业场地布置在井田中部偏北。井筒：矿井采用斜井开拓，主斜井方位角90，倾角16，斜长670m，装备带式输送机，担负矿井主提升任务，设置检修轨道、台阶和扶手，兼作安全出口；副斜井方位角90

26、，倾角15，斜长340m，装备单钩穿车，担负矿井辅助提升和人员运输任务，设置台阶和扶手兼作安全出口；回风立井方位角90，倾角90，垂深227m，担负矿井回风任务，设台阶和扶手，兼作安全出口。大巷：井筒落底后，沿南北方向布置集中运输巷，集中轨道巷至井田中央，沿东西方向布置运输大巷，轨道大巷和回风大巷。图 31 井田开拓方案平面图表 31 开拓方案技术比较表优点缺点方案一1、斜井施工容易，建井工期短，井筒工程费用少；2、 斜井作为主井提升，连续运转能力大；3、工业场地不受限制；4、斜井装备较简单，检修容易。1、三个井筒不在同一工业场地内，管理不便。2、斜井开拓工程量大，井筒较长，支护费用高，建井工

27、期长；3、通风线路长，通风阻力大。方案二1、风井为立井，通风线路短，通风阻力小；2、 井筒工程少，建井工期短，井筒内布置线路短，地面生产系统环节少。3、风井独立工业场地，风机噪声不影响活区；1、井筒工程费用大；2、风井为立井，施工难度大，建井准备期长；3、作为提升井，不能连续运输。4、立井装备复杂，不易检修。3.2.2 井筒数目和位置的选择山西朔州平鲁区华美奥兴陶煤业有限公司设计采用3个井筒，分别为主斜井、副斜井和回风立井，其中主斜井、副斜井在井田中部偏南工业广场内，回风立井独立布置在井田中央位置，能够满足矿井设计生产能力的需要。3.2.3 水平划分根据4号煤层赋存特征，煤层近水平，直接设计带

28、区式开采，对于本矿井开采水平的确定，可考虑设为单水平开采，开采水平标高+1083m。3.2.4 井底大巷布置井中心南北两侧有三条大巷,平行布置有三条车道。沿4号煤层底板布置有交通大巷、轨道大巷、回风巷、轨道巷道和运输巷,回风巷沿4号煤层顶板布置，其中，运输大巷采用拱形断面开拓，净宽4.0m，净高4.48m，净面积16.68 m2，轨道大巷采用拱形断面开拓，净宽4m，净高4.48m，净面积16.68 m2，回风大巷采用拱形断面开拓，净宽4m，净高4.48m，净面积16.68 m2。3.2.5 4#煤层带区的开采顺序井田共1个煤层，全井田划分为1个开采水平，一带区位于轨道大巷与集中轨道巷相交处西北

29、部，首带区为一采区，布置一个综采工作面保证矿井的设计生产能力。首采区内工作面接替顺序采用前进式。3.3 井 筒3.3.1 井筒用途、布置及装备主斜井,方位角90,倾角16,斜面670m;副斜井,方位角90,倾角18,斜长340m;回风立井,垂直深度227米。根据开发布局,矿井有3个井筒,即主斜井、副斜井和回风井。1. 主斜井：净宽5m，净断面29.8m2，斜长670m，倾角16，表土段采用钢筋混凝土支护，基岩段采用锚喷支护，装备1m宽带式输送机，旁边设检修道，设有台阶和扶手，担负全矿井的煤炭提升任务，兼作进风井和安全出口。2. 副斜井：净宽5m，净断面29.8m2，斜长340m，至4号煤层底板

30、，倾角18，表土段采用钢筋混凝土加U型钢支护，基岩段采用锚喷支护，装备单钩串车，设有台阶，担负全矿井的辅助运输和上下人员任务,为矿井的进风井和又一安全出口。3. 回风立井：净直径5m，净断面19.6m2，垂深227m，至4号煤煤层顶板，表土段和基岩段采用混凝土支护，装备梯子间，担负全矿井的回风任务,作为矿井的另一安全出口。表 32 井筒特征表井 筒 名 称主斜井副斜井回风立井井口坐标(m)纬距X86.43586.48586.395经距Y01.56501.542.335标高(m)井口112411381150井底898910915井筒倾角（）161890提升方位角（）9090井筒长（深）度(m)8

31、34721240井筒断面形状半圆拱半圆拱圆井筒净断面(m2)29.829.819.6井筒净宽 (m)555井筒装备胶带、台阶猴车、单轨、台阶台阶井筒用途煤炭提升、进风安全出口辅助提升、进风安全出口回风、安全出口3.3.2 井筒井壁结构主斜井、副斜井、回风立井表土段均采用钢筋混凝土支护，主斜井、副斜井基岩段采用锚喷支护，回风立井基岩段采用混凝土支护。3.4 井底车场及硐室3.4.1 井底车场形式的选定本矿井主、副井筒均为斜井，主斜井直接延伸到4煤层井底煤仓下口处，通过煤仓及进风行人斜巷与运输大巷连接；副斜井落底后，与井底平车场相连，车场长度为150m。3.4.2 井底车场硐室名称及位置在主斜井井

32、底布置井底煤仓，在副斜井井底布置主变电所、主排水泵房、井底水仓、管子道、急救硐室、等候室等，在轨道大巷和运输大巷之间布置消防材料库和永久避难硐室。井底煤仓采用圆形直立式，净直径5.0m，垂深21m，有效容量412t。矿井正常涌水量50 m3/h，依据煤矿安全规程要求，水仓容量不小于矿井8h正常涌水量，即：V=8Q （4-1）式中：V主要水仓的有效容量，m3；Q矿井小时正常用水量，50 m3/h。根据计算，水仓有效容量应不小于400 m3，设计主、副两条水仓有效存水容量为450 m3，可以满足要求。水仓清理采用人工清理，绞车牵引矿车运输。井底车场硐室布置见图3-2。图 32 井底车场硐室布置图3

33、.4.3 井底车场和硐室的支护方式及支护材料井底车场巷道采用锚喷支护。井底煤仓、井底水仓采用混凝土支护，主变电所、主排水泵房、管子道、急救硐室、等候室采用锚喷支护，消材料库和避难硐室由锚网喷和锚索支护。4 带区巷道布置4.1 首带区基本情况本矿井开采4号煤层4号煤层的平均厚度为5.4m，本矿井采用集中大巷联合布置：运输大巷、轨道大巷、回风大巷布置在4号煤层中。矿井移交生产和达产时在一带区布置一个综采工作面，为了减少初期工程量，缩短建井工期，最大限度地节省初期投资，首带区尽量就近布置。结合本矿井特点，4号煤层中西部煤层埋藏较浅，故一采区布置在井田中北部，利于矿井早日投产。4.1.1 带区位置首带

34、区倾向长度1690m。井田边界保护煤柱30m，带区斜长=1690-30=1660m。 4.1.2 首带区煤层特征上距4-1号煤层3.00-5.95m，平均4.48m。据勘探成果及井下见煤点资料，煤层厚度4.675.90m，平均5.41m, 厚度变化小，属厚煤层，其可采性指数为1、厚度变异系数为8.4%，该煤层在井田东部出露，为全区可采的稳定煤层，含夹矸0-3层，结构简单-较简单，顶板主要为砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩及炭质泥岩；底板为砂质泥岩、泥岩、细砂岩、粉砂岩。4号煤层以镜质组、丝质组为主，壳质组含量较少，镜质组以基质镜质体为主，丝质组中粗粒体含量较多，壳质组中小孢子体较多，无机组分以粘土矿物

35、为主，呈粒状或团块状。此外还有少量碳酸盐矿物。首带区煤层物理性质相似，煤的颜色为黑、灰黑色，光泽多为玻璃光泽、沥青光泽，结构主要以条带状结构的中条带和细条带状结构，并见有线状结构，构造多为层状，亦见少数的块状构造，断口多呈阶梯状和贝壳状，少数为眼球状，条痕多为黑和黑褐色。煤的宏观煤岩组分以亮煤为主，次为暗煤、镜煤，少量丝炭。宏观煤岩类型主要为光亮型和半亮型，半暗型次之，少量暗淡型。煤层主要为条带状、线理状结构，层状构造，次为均一状结构、块状构造。4.2 带区巷道布置及生产系统4.2.1 确定带区巷道布置矿井初期移交生产并达到设计生产能力后，在4号煤层首带区布置1个回采工作面，一次回采，工作面接

36、替采用顺序接替。顺槽掘进以可以满足工作面接替为宜。由于采用综掘，本矿井的掘进可以很容易就满足。井田划分为11带区和21带区，设计投产时，在1采区布置一个工作面，配二个掘进工作面，采掘比1：2，达到设计生产能力。带区的推进方向采用前进式开采，回采工作面采用后退式开采。4.2.2 带区生产系统（一）运煤系统回采工作面运输顺槽运输大巷井底煤仓主斜井地面（二）运料系统地面副斜井井底车场轨道大巷回风顺槽回采工作面(三）排矸系统掘进工作面轨道大巷井底车场副斜井地面(四）通风系统地面新鲜风流副斜井（主斜井）轨道、运输大巷工作面运输顺槽工作面回风顺槽回风大巷回风立井地面(五)排水系统工作面积水自流到顺槽、顺槽

37、安设小水泵排至大巷，大巷排至井底水仓4.2.3 带区开采顺序及工作面的接替顺序工作面接替采用顺序接替，即1101、1102、11031105依次开采。顺槽掘进以可以满足工作面接替为宜。由于采用综掘，本矿井的掘进可以很容易就满足。4.2.4 带区巷道掘进工艺在矿井达产时，为保证工作面的正常衔接，装备二个综掘工作面，掘进方式为掘支顺序作业，一次成巷。采区运输、轨道、回风顺槽均沿煤层布置，矩形断面，锚网支护。根据煤矿工业设计规范的要求,结合矿井实际情况,确定隧道掘进指标为300米/月。4号煤各采区采出的煤，通过工作面运输平巷、运输大巷、井底车场、井底煤仓、再通过主斜井运至地面。各采区所需的材料和设备

38、，通过副斜井下放至井底车场，再通过井底车场、轨道大巷至轨道顺槽运至各工作面。各采区掘进所出的矸石，通过工作面轨道顺槽、轨道大巷、井底车场，通过副斜井将矸石提至地面。4.2.5区生产能力和采收率综采工作面产量大,只有设置综采工作面才能满足矿井产量的要求。（一）综采工作面的生产能力，按下式计算： A0=LMC0 V0 (4-1)式中：A0工作面生产能力，t； M割煤厚度，5.4m；煤层容重，1.49t/m3；V0工作面年推进长度，V0=276nI；其中：276矿井年工作日，d；n日循环数，6个；I循环进度，0.6m；正规循环系数，0.81。V0=27660.61=993.6m则A0=160993.

39、65.41.490.93=118.9582万t（二） 掘进工作面生产能力：按规定，掘进出煤量按回采工作面出煤量的5%10%计算，取5%日出煤量：掘日=采日0.05 （4-2）=43100.05=215.5吨年出煤量：A1=掘日d =215.5276=59478吨（三）带区设计能力：A=A0A1 (4-3)=118958259478=1249060吨即带区的生产能力为1.2490Mt。由此可知全矿井只设一个回采工作面单产可以达到矿井生产能力，达到设计能力1.2Mt/a要求。5 采煤方法5.1 采煤工艺方式5.1.1 采煤方法的选择（一）采煤方法需考虑的原则1、根据煤层赋存条件,达到矿井高产高效的

40、目标。2、依靠科技进步,采用国内外新技术、新设备、新材料,提高机械化水平。3、简化采矿工艺,减少运输环节,降低掘进速度。4、提高资源回收率,减少资源损失。（二）采煤方法的选择我矿4号煤层平均厚度为5.4m,属厚煤层，因此以井田煤层赋存的地质条件为依据，结合目前我国各种采煤方法的发展和使用情况，以及机械化水平的提高，设计采用综采放顶煤开采，采放比为1：1.8，按照目前的机械化装备水平，采用综合机械化采煤。综采工作面的工序为：割煤移架推移刮板输送机1、割煤采煤机的工作方式有：单向割煤和双向割煤。采煤机的进刀方式主要分为：有缺口进刀和无缺口进刀，使用双滚筒采煤机常采用有缺口斜切进刀方式。本矿井工作面

41、长度160m，顶板条件中等稳定以上，端头支护状况良好，移机头顺利，因此选用端部斜切进刀双向割煤工艺。2、移架输送机为了对割煤后的悬露顶板和煤壁及时进行支护，一般采用跟机移架。随着采煤机功率的加大和截割速度加快，现在多采用大流量阀和电磁阀实现快速移架3、煤炭运输煤炭经过工作面刮板输送机、转载机和可伸缩胶带输送机运出。4、顶板支护与管理工作面采用液压支架支护顶板，全部垮落法管理顶板。上、下出口一般各采用2台端头支架，加强支护。5.1.2 回采工作面长度的确定工作面长度确定的原则：1、工作面长度应与刮板输送机的长度相适应。2、有利于提高工作面的单产和效率。合理的工作面可为实现高产高效工作面提供有利条

42、件。表 51 采煤工作面长度参考表采煤工艺类型工作面长度（m）综合机械化采煤160240普通机械化采煤薄煤层不小于120，中厚煤层不小于140炮采工艺100140另外，我国近几年推行高产高效矿井，出现生产集中化，规模大型化，一些先进矿井工作面长度逐步在加长，结合矿井实际情况,可满足生产要求,确定工作面长度为160m。L=qshc （5-1）式中：q工作面要求的日产量，4310t；s工作面日常进度, m/d，本设计取3.6m/d;h割煤厚度，5.4；mc工作面割煤回采率，本设计取93；所采煤的容重；本矿4号煤层为1.49t/m3故工作面长度L=4310/（3.65.40.931.49）=160m

43、5.1.3 回采工作面的推进方向和年推进度工作面推进方向为由东向西，后退式开采。采用“四六制”作业制度，截深0.6m，每班割2刀煤，日进度3.6m，年工作日计算为276d，正规循环系数为0.8-1。年推进长度为993.6M。5.1.4 采煤工作面的设备选型及配套选型设计原则综采工作面生产效率主要取决于采煤机截煤能力、无断层采煤时间、最大切深、开采高度和煤体密度。无故障采煤时间取决于综采设备的可靠性、煤层赋存条件、开采工艺和运行方式。设备的可靠性在很大程度上取决于装机功率和机械性能。综采工作面4号煤层保证了年产量1.2MT/a,综采工作面日产量约4310t,据统计,中国安全高效工作面开放率一般在

44、70%以上,高达95%。国产国产化工作面平均先进水平在40%55%以上。根据国家的平均先进水平,改进设计,综采放顶煤机各单元的开工率为50%。（1）采煤机根据矿区的生产条件和生产能力,考虑到采煤设备之间的匹配关系,选型如下：工作面开放率一般在70%以上,高达95%,国内高产工作面平均先进水平在40%55%以上。根据国家的平均先进水平,改进设计,综采放顶煤机各单元的开工率为50%。采煤机平均采煤能力采煤机的平均落煤能力由下式计算： Qm=60AL+2LS+Lm1440KCL-3TdABH （5-2）式中：；L工作面长度，160m；采煤机两滚筒中心距，取8m；;K采煤机日开机率 ，根据经验取50%

45、；采煤机反向时间，取5min；B采煤机滚筒截深，0.8m；煤的容重，1.49t/m3；得出=240t/h。（2）采煤机的平均割煤速度4号煤采煤机的平均割煤速度按下式计算： Vc=Qm60BH （5-3）式中：；B采煤机滚筒截深，0.8m；煤的容重，1.49t/m3；=1.3m/min。(3)Vmax=KVc （5-4）式中：；： Vmax=KVC=1.151.84=2.07m/min（4）： （5-5）=256KW：；B采煤机滚筒截深，0.8m；采煤机割煤单位能耗，该矿取=0.60kWh/m。经调查，初步选用目前国内使用的相对较为可靠的MG160/375-W交流电牵引采煤机。表 52 采煤机主

46、要技术特点项目单位技术特征煤层倾角（）35截深mm800采高M1.4-3装机总功率KW375滚筒直径m1.6牵引方式无链电牵引牵引力KN350牵引速度m/min06机面高度mm1180喷雾灭尘方式内、外喷雾最大不可拆卸尺寸（长宽高）mm2670*900*760总重t31制造厂西安煤矿机械厂（二） 刮板输送机工作面可弯曲刮板输送机的选型应满足以下要求：1、工作面刮板输送机能力要保证将采煤机采落的煤全部运出，并留有一定的富裕，刮板输送机能力应不低于采煤机最大割煤能力。QC=KcQm （5-6）式中：Qc刮板输送机能力，t/h；K1采煤机与刮板输送机同向运输时修正系数，1.1；Qm采煤机最大割煤能力

47、，综采采煤机240t/h。综采运输机：Qc= 1.1240=264t/h2、刮板输送机的外部尺寸和牵引方式与采煤机相匹配。表 53 SGZ-630/220挠性刮板输送机产品型号SGZ-630/220链条形式双中心链主要参数设计长度(m)160输送量（t/h）264电机功率（KW)2110刮板链速（m/s）1中部槽（长宽高）1500*630*222mm生产厂张家口煤机厂（三）转载机顺槽转载机的转载能力要与工作面的生产能力相适应，并要求与工作面刮板输送机和顺槽可伸缩胶带输送机相配套，根据公式计算。Qz=KzQc （5-7）式中：Qz转载机输送能力，t/h；Kz转载机富裕系数，1.2；Qc刮板输送机

48、能力，应为采煤的最大能力为准，刮板输送机能力为：264t/hQz= KzQc=1.2264=317t/h表 54 转载机主要技术特征表项目单位技术特征型号SZB-730/75出厂长度m24运输能力t/h317刮板链速m/s1.34有效搭接长度m12爬坡角度（）10爬坡长度m6.5水平段装载长度m8.5链破断力KN343电动机型号DSB-75功率KW75电压V1140中部槽外形尺寸（长宽高）mm1500730190质量t14.4生产厂家张家口煤机厂（四） 胶带输送机选型1、计算依据首采工作面运输顺槽最大运输距离为1660m。据工作面采掘设备生产能力和刮板输送机运输能力，工作面顺槽可伸缩带式输送机

49、运量按317t/h计算，见下图输送机。 图 51 可伸缩带式输送机表 55 工作面可伸缩带式输送机技术特征表项目单位技术特征型号DSJ100/80/（1-2）180运输能力t/h400运输长度m1000带速m/s2.5带宽mm1000电机功率(1-2)160驱动滚筒直径（mm）630电压（V）660/1140（五） 工作面破碎机械选型原则：破碎机的结构应符合所选装载机的结构尺寸。破碎机应适应其安装位置。破碎机的类型和破碎煤的能力应满足大型煤、岩石等的需要。根据上述原则,结合设计矿区的特点,选择了PCM110破碎机，见下表 表 56 破碎机主要技术特征表型号破碎能力(t/h)最大给料尺寸(mm)

50、最大排料尺寸(mm)电机功率（kW）电压等级（V）备注PCM1101000700700300110660/1140（六） 工作面支护方式及支架选型本次设计4号煤层采用综采放顶煤采煤法，采煤机高度为1.43.0m，所以放顶煤支架选型按1.43.0m计算。支架支撑高度的确定： （5-8） （5-9）式中：；。则：。支架支护强度的计算根据我国4号煤层的地质条件,采用多重重力法计算了液压支架的强度，公式如下： （5-10）；顶板岩石容重，2.5t/m3；N岩重倍数，取（5-8）；支架工作阻力计算 （5-11）=10000.831.50(5.08+0.2)=78883.2kN； ； ； ；。综合考虑4号

51、煤层赋存条件及国内综采开采装备，根据以上计算，选取支撑ZF4400-17/30掩护式液压支架型，满足要求，采用全部垮落法处理采空区。其主要技术特征见表5-7。表 57 液压支架的技术特点型号工作阻力(kN)初撑力(kN)支护高度(mm)外形尺寸（长宽高）（mm）支护强度(MPa)重量（t）ZF4400-23/447883.2KN3958KN1700-30004680143014000.61-0.8511.2端头支护设计选用ZFG9600/23/38型放顶煤过渡支架，见下表5-8。表 58 液压支架的技术特点型号工作阻力(kN)初撑力(kN)支护高度(mm)外形尺寸（长宽高）（mm）支护强度(M

52、Pa)重量（t）ZFG9600/23/38960077604000-80005190166023000.8933.5顺槽超前支护选用DZ35型单体液压支柱和型钢顶梁（L=4.0m）支护，一梁四柱，间距均为1.5m，超前支护距离20m。（七）乳化液泵站根据乳化液泵站压力、流量计算结果，工作面选用BRW500/31.5型乳化液泵及RX500/30型液箱，两泵一箱。其主要技术参数见表5-9表 59 工作面乳化液泵站的技术特征表型号公称压力（MPa）公称流量（L/min）配套电机外型尺寸长宽高（mm）重量（kg）备注功率（kW）转速(r/min)BRW500/31.531.55003156503659

53、1262138098052605.1.5 采煤机的工作方式采煤机割下支架顶梁以下煤炭,顶梁以上煤炭通过支架放顶煤口进入后部刮板输送机运出。工作面安装前后刮板输送机，型号为SGZ-630/220型。工作面每割一刀煤放一次顶煤。实行“一采一放,追机放顶煤”的作业方式。工艺顺序：采煤机从机头（尾）自开缺口斜切进刀调上、下滚筒位置返向割三角煤调上、下滚筒位置向机头（尾）全长割煤移支架支护移前刮板输送机放顶煤移后刮板输送机1、进刀方式:采煤机自开缺口斜切进刀。采煤机进刀示意图见图5-2。图 52 采煤机进刀示意图(1)采煤机向机头（机尾）割煤时，采煤机割至距机头（尾）10m处时必须放慢牵引速度，并通知机

54、头（尾）人员撤到5m以外的安全地点。机头（尾）人员要时刻注意两端头顶板及各种管线，发现问题及时通知采煤机司机停止割煤，待问题处理后再开机（见图A）（2）距进风巷（回风巷）20m处停止移后部刮板输送机（见图B）（3）采煤机割透机头（机尾）,调换上、下滚筒位置返回，通过刮板输送机弯曲段滚筒切入煤体（见图C）。（4）然后将剩余前部刮板输送机推移到煤帮，并完成拉机头（机尾）工作（见图D）。（5）采煤机再次调换上、下滚筒位置，向机头（机尾）割三角煤，完成斜切进刀（见图E）。（6）割透机头（机尾）煤壁后，调换上、下滚筒位置，向机尾 (机头)，正常割煤，推移前部刮板输送机机头（机尾），进刀结束（见图F）。2

55、、落煤方式：割煤时如遇到移架跟不上、溜子负荷大或顶煤未放完时，必须减速或停止割煤。3、装煤方式:采煤机在割煤时将大部分煤装入前部刮板输送机，剩余煤在推移前部刮板输送机过程中，前部刮板输送机上的铲煤板将煤装入前部刮板输送机。4、运煤方式:工作面煤装入前部刮板输送机，顶煤放入后部刮板输送机，输送到转载机，进风胶带运输机，大巷胶带运输机，至井底煤仓。5、移架支护：正常情况下，采煤机后滚筒割煤后，滞后3-5架开始移架，顶板破碎时，采取提前过架的方式维护顶板，如仍不能接帮，可伸出前探梁维护顶板，支架要顶死煤帮。6、移前部刮板输送机：滞后拉架10m左右开始移前部刮板输送机，前部刮板输送机弯曲长度不低于20

56、m，移前部刮板输送机时分三次移至煤壁，杜绝一次移到位，严禁把刮板输送机移成急弯。7、清理浮煤：移过前部刮板输送机后，要将前部刮板输送机至支架之间的浮煤攉入前部刮板输送机内，清理干净为下次拉架作好准备。放过顶煤后，架间的浮煤也要清理干净。8、移后部刮板输送机：移架后开始放顶煤，顶煤放净后，由放顶煤工负责移后部刮板输送机，一次收后部刮板输送机长度不得少于15架。9、放顶煤：（1）初次放顶煤：工作面支架后尾梁走脱切割巷后，开始放顶煤。（2）正常放顶煤：采煤机割一刀底煤，放一次顶煤，即采用“一采一放追机放顶煤”作业方式。 （3）末采放煤：工作面回采距停采线15m，开始铺金属网，顶煤仍正常放，直至金属网

57、铺到后尾梁时，方可停止放顶煤。（4）正常放煤顺序：采用分段单轮循环追机放顶煤方法进行。每班放煤工不少于两人，每人10架为一段，依次单轮循环放顶煤，每架直至放出1/3的矸石为止。严禁放出大块矸石，当大块矸石卡在后部刮板输送机内时，要闭锁后部刮板输送机并通知司机不准开后部刮板输送机，将矸石处理后方可恢复开后部刮板输送机放煤。要求放不尽顶煤不得割煤拉架。10、移前部刮板输送机机头、机尾：采煤机割透端头煤壁后，退出机头（尾）40m，待拉完架，清理完机头（尾）和过渡槽的煤矸，支设好单体柱之后，用支架千斤顶前部刮板输送机拉过机头（尾）。5.1.6 工作面端头支护与超前支护正规循环使采煤工作面工作过程的时间和空间合理协调,设备的有效使用,劳动组织和分配更加合理,使工作面高、稳定、高效。煤矿地质条件比较简