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采矿学课程设计 一、目的 1、 初步应用采煤学课程所学的知识，通过课程设计加深对采煤学课程的理解。 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。 设计题目 某矿第一开采水平上山阶段某采区自下而上开采k1、k2和k3煤层，煤层厚度、间距及顶底版岩性见综合柱状图。该采区走向长度2100m，倾斜长度1000m，采区内各煤层埋藏平稳，平均倾角12度,地质构造简单，无断层，k1煤层较松软,k2和k3属于中硬煤层,是简单结构，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30 m 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煤层下方25 m的稳定岩层中,为满足生产系统所需的其余开拓巷道可根据采煤方法的不同中由同学自行决定. 附表1设计采区综合柱状图 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 6.90 K1煤层，γ1.30t/m3 4.20 灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 7.80 灰色砂质泥岩 3.0 K2煤层,γ1.30t/m3 ------------------------------------------ 4.60 薄层泥质细砂岩，稳定 3.20 灰色细砂岩，中硬、稳定 2.2 K3煤层，煤质中硬，γ1.30t/m3 。。。。。。。。。。。。。。。。。。 3.50 灰白色粗砂岩、坚硬、抗压强度6080Mps 。。。。。。。。。。。。。。。。。。 24.68 灰色中、细砂岩互层 第一章 采区巷道布置 第一节 采区储量与服务年限 1、采区的生产能力 采区生产能力选定为150万t/a 2、计算采区的工业储量、设计可采储量 1.采区工业储量 由公式ZgH*S*m1m3*r 公式1-1 式中 Zg----- 采区工业储量，万t H------ 采区倾斜长度，1000m S------- 采区走向长度，2100m r-------- 煤的容重 ，1.30t/m3 mi------ 第i层煤的厚度，6.93.02.212.1m Zg1000*2100*12.1*1.3 3303.3万t 2.设计可采储量 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，万t C--------- 采区采出率，厚煤层可取75，中厚煤层取80，薄煤层85。 说明p可取其为工业储量的10来计算，即p10*Zg Zk（3303.3-3303.3*10﹪）*80﹪2378.38 万t 3.采区服务年限 由 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，2378.38万t K 储量备用系数，取1.4 T2378.38 /150*1.4 11.33 a 4. 验算采区采出率 a. 对于k1中厚煤层 CZg1-p1/Zg1 公式1-4 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 ； 说明采区边界保护煤柱取5m，停采煤柱取30m，区段煤柱5m. Zg11000*2100*6.9*1.31883.7万t p13010*1000*6.9*1.35*5*2100*6.9*1.3118.88万t CZg1-p1/Zg1（1883.7-118.88）/1883.7 9375 满足要求 b. 对于K2中厚煤层 CZg2-p2/Zg2 公式1-5 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 ； 说明 K2煤层与K1煤层相同。 Zg22100*1000*3*1.3819万t P2（3010）*1000*3*1.35*5*2100*3*1.336.075万t CZg3-p3/Zg3（819-36.075）/819 95.6 80 满足要求 c. 对于K3中厚煤层 CZg2-p2/Zg2 公式1-5 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 ； 说明 K3煤层的保护上山煤柱一侧取30米，其余与K1煤层相同。 Zg32100*1000*2.2*1.3600.6万t P3（6010）*1000*2.2*1.35*5*2100*2.2*1.335.035万t CZg3-p3/Zg3（600.6-35.035）/600.6 94 80 满足要求 第二节 采区内的再划分 1. 确定工作面长 由已知条件知该煤层倾向共有1000m的长度。且采煤工艺选取的是较先进的综采，一次采全高放顶煤法，由采煤学所学知识得知，综放工作面长度一般为130m190m，巷道宽度为4m～4.5m,本题目选取4.5m，且采区生产能力为150万t/a，一个中厚煤层的一个区段便可以满足生产要求，最终选定6个区段，区段煤柱选为5m,故工作面长度为 L1000/6-4.5*2-5153m 取5m的整数倍，所以取L150m 2. 确定工作面生产能力 采区生产能力的基础是采煤工作面的生产能力，采煤工作面的生产能力取决于煤层厚度、工作面长度和推进度。一个采煤工作面的生产能力可由下式计算 A0 L采*V0* m*γ* C 公式1-5 式中A0 工作面生产能力，万t/a ; L采 工作面长度；m， V0 工作面推进度.综采面年推进度可达 10002000m，取1200m。 γ煤容重，t/m3 C工作面采出率，一般为0.930.97，取0.93 A0 L采*V0* m*γ* C 150*1200*6.9*1.3*0.93150.2万t 3．确定采区内工作面数目及接替顺序 由于采区生产能力为150万t/a,且工作面生产能力为150.2万t,对于K1煤层布置一个工作面便可满足生产要求（由于所选采煤机截深为630mm，一天共进7刀，故工作面生产能力为0.63*7*150*6.9*1.3*0.93*300165万t），而对于K2，K3煤层可采取两个工作面同时回采，以满足生产要求。其具体回采顺序如表1.1所示 表1.1 回采顺序表 10102 10101 10202 10201 10302 10301 10104 10103 10204 10203 10304 10303 10106 10105 10206 10205 10306 10305 10108 10107 10208 10207 10308 10307 10110 10109 10210 10209 10310 10309 10112 10111 10212 10211 10312 10311 k1 煤层 K2 煤层 K3 煤层 对于k1 煤层，其厚度为6.9m,布置一个综放工作面便可以满足生产要求。对于3.0m的K2煤层和2.2m的K3煤层采取两个工作面同时生产，以满足生产要求。 K1煤层开采顺序10102→10101→10104→10103→10106→10105→10108→10107→10110→10109→10112→10111 K2煤层开采顺序（10201，10203）→（10202，10204）→（10205，10207）→（10206，10208）→（10209，10210）→（10211，10212） K3煤层开采顺序（10301，10303）→（10302，10304）→（10305，10307）→（10306，10308）→（10309，10310）→（10311，10312） 说明以上箭头表示方向为工作面推进顺序，括号内为同采工作面。 第三节 确定采区准备巷道布置及生产系统 1．确定采区内准备巷道布置 根据题目所选条件，完善采区所需的开拓巷道及准备巷道。还需两条上山。 2．布置上山数目、位置及进行方案关于技术经济比较 方案一 一煤一岩上山布置，运输上山布置在k3煤层底板下10 m处，轨道上山布置在煤层中。 方案二 两条煤层上山布置，两条上山均布置在k3煤层中 方案三 两条岩石上山布置，两条上山均布置在k3煤层底板下方10m处 3.可行性方案选择 （1.）技术因素比较 综观以上三种方案，由于双煤上山服务年限较长，巷道维护困难，因此否决方案二。 （2.）经济因素比较 （2.1）运输上山掘进费用两方案相同 （2.2）轨道上山掘进费用 方案一1000*（1284776）206万元 方案三1000*（1578776）235.4万元 （2.3）区段运输石门掘进费用 方案一151*（1152716）28.2万元 方案三104*（1152716）19.4万元 （2.4）采区上部车场掘进费用两方案相同 （2.5 ）采区绞车房掘进费用两方案相同 （2.6）运输上山维护费用两方案相同 （2.7）轨道上山维护费用 方案一 1000*909万元 方案三 1000*303万元 （2.8）区段运输石门维护费用 方案一 151*801.2万元 方案三 104*800.8万元 （2.9）运输上山运输费用两方案相同 （2.10）轨道上山运输费用两方案相同 各方案总计费用（相同工程项目除外） 方案一 244.4万元 方案三 258.6万元 从如上的经济比较中，可以看出一煤一岩上山所需的总费用要比双岩上山所需的总费用要少，因此在经济上更加合理，沿煤层掘进具有超前探煤作用。同时我国的煤巷支护技术也有了很大的提高，尤其是锚喷支护技术，完全可以满足煤层上山的需要。综合考虑以上因素，可采用在K3煤层中布置轨道上山，在K3煤层下方10m处布置运输上山。即选中一煤一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. K1煤层为厚煤层，单独开采时，可满足生产要求，故先开采K1煤层，K1煤层采完后，接着采K2，K3煤层。考虑到K1煤层生产能力较大，且矿井瓦斯涌岀量较低，为更好地进行工作面接替，减少煤柱损失，故采用沿空掘巷。沿采空区留5m 的护巷煤柱。 4．在采区巷道布置平面图内，工作面布置及推进的位置应以达到采区设计产量为准。 由于k1，k2，k3煤层采取联合布置的开采方式，且岩体较稳定，煤层上山易维护，故在k1煤层两侧各留5m边界煤柱，在上山附近留30m的停采煤柱。煤层适合综采一次采全高放顶煤。k2，k3煤层一次采全高。 5．K1煤层上、下区段交替期间同时生产的通风系统如图1.1 图1.1 通风系统图见下页 6．采区上、中、下部车场选型 采区上部车场选用单道顺向平车场； 采区下部车场选用大巷装车顶板绕道式，由于煤层倾角为12。，而且顶底板围岩稳定，所以选用该形式的车场。 采区中部车场 该采区开采近距离煤层群，轨道上山布置在底板岩石中，倾角为12，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轨高低道。斜面线路布置采用一次回转方式。 第二章 采煤工艺设计 第一节 采煤工艺方式的确定 1. 选第一煤层，即k1煤层为对象设置采煤工艺。 且k1煤层厚度为6.9m，属于中硬煤层，故可用综合机械化采煤一次采全高放顶煤工艺。 2.选用国产设备 经查采矿设计手册得知根据煤层的实际情况，选用MG880WD采煤机，参数如下 采高 1.8～3.7m 适应煤层硬度 f1～3 煤层倾角 ≤ 35 截深 630mm 滚筒直径 1.6 m 牵引式 无链 牵引力 532KN 牵引速度 0～7 m/min 滚筒中心距 8180 mm 机身高度 1499 mm 卧底量200mm 该滚筒采煤机由鸡西煤机厂制造。 2. 采煤与装煤 落煤方式采用双滚筒采煤机直接落煤。 进刀方式 斜切进刀，双向割煤。 采放比由经验可知，采放比在113之间为合理，故取采3m放3.9m。采放比为11.3。 截深采煤机截深选为630mm。 上下缺口长度2025m。 放煤步距由于顶煤厚度较大，则放煤步距采用两采一放。 放煤方式单轮、间隔、多口放煤。（实践证明该方式丢煤少，混矸少，又易于实现高产高效，故采用。） 3. 运煤 运煤选用SGZ764/500型可弯曲刮板输送机。 SGZ764/500型可弯曲刮板输送机技术特征表 型号 SGZ764/500型 规格 性能 运输能力t/h 1100 设备高度m 200 传送速度m/s 1.21 刮 板 链 型式 双链 规格 30*108t 破断负荷kn 1107 间距mm 1080 偶 合 器 型号 介质 减速器速比 1308L 布置方式 平布 电 动 机 型号 KBYD680/250 功率 2*250*125 电压v 1140 4、 支护与处理采空区 k1煤层厚度6.9m，煤层结构简单，因此为减少煤柱损失，采用综放回采工艺。为提高煤的冒放性和采出率，减少煤层，并考虑到矿压和煤层倾角较大时的支架稳定性，放顶煤支架选择低位双输送机ZFS520017/32型，其技术特征如下表 分类 型号 初承力 KN 支护强度 Mpa 拉架力 KN 外型长 m 重量 t 放煤方式 低位 双输 ZFS5200 17/32 5200/4552 0.76 155/395 4046 18 插板式 无脊背 5、架中心距1.5m 6、移架方式 有依次顺序、分组交错和成组整体顺序式三种。且由于分组交错式，移架速度快，能满足采煤机快速牵引的需要，适用于顶板比较稳定的高产工作面。故选用分组交错式。 7．支护方式 由于k1煤层f 2，为防止片帮和冒顶，因此选用及时支护。 8．端头支架 经查采矿设计手册得到PDZ端头支架（掩护式），支架参数如下 支撑高度 1.6～3.8 工作阻力 9000 KN 初撑力 7070 KN 支护强度 0.51 Mpa 该支架由郑州煤机厂制造。 9．超前支护方式和距离 由于采用综放开采，支撑压力分布范围大，峰值点距煤壁前方 5-15m,分布范围10-30m，所以超前支护的距离为25m。 选用单体支柱和金属铰接顶梁支护。铰接顶梁的长度为1200mm。 10．计算工作面的支架需求量 N L * E 式中 N 工作面支架数目，取整数； L 工作面长度，m； E 架中心距； N 150/1.5 100（架） 端头支架由于巷道宽度为4.5m，而架宽为1.6 m，因此选3架，即，两端共有6架。 11．处理采空区 一般采用全部跨落法处理。 第二节． 工作面合理长度的验证 1．煤层地质条件 该采区内的两层可采煤层的地质条件对于布置高产高效工作面非常有利。煤层厚度适中，倾角不大且顶底板稳定，无明显影响生产的地质构造，瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小，便于布置较长的工作面进行回采。 2. 工作面生产能力 工作面的设计生产能力为A0 L采*V0* m*γ* C150.2万t。 K1煤层的实际生产能力为A1L*E*N*r*M165 A1与 A0的差值在允许的范围内，可以达到生产要求，工作面的长度确定的合理。 3. 运输设备及管理水平 采区生产选用的设备均为国内先进的的生产设备，能满足工作面的长度、产量和进度的要求，管理较高，有利于生产。 4.顶板管理及通风能力 该采区的顶板较稳定，工作面可以适当的加长，综放工作面的长度一般在130190m，所以选择的工作面的长度合适。另外，工作面长度与通风无直接的关系，但对于瓦斯涌处量较低的K1、K2、K3煤层，工作面的风速可以适当的减小，通风能力可以降低一些。 5.巷道布置 由于K1、K2、K3煤层的赋存条件相同但开采技术不同， K1煤层的储量比K2、K3大，K1为主采煤层，K2、K3为辅助煤层 ，两者相互配合达到生产要求，尽量提高煤炭采出率，巷道布置尽量保持一致，可以适当变化。 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。 工作面劳动组织表 序号 班数 工种 一 二 三 合计 1 班长 2 2 2 6 2 采煤机司机 1 1 1 3 3 输送机司机 1 1 1 3 4 转载机司机 1 1 1 3 5 胶带机司机 1 1 1 3 6 移架工 3 3 3 9 7 放煤工 2 2 2 6 8 推（拉）溜工 3 3 3 9 9 超前维护工 3 3 3 9 10 电器修理工 1 1 1 3 11 运料工 5 5 12 安全质检员 1 1 1 3 13 清架工 2 2 2 6 14 送饭工 1 1 1 3 15 油泵工 1 1 1 3 16 检修工 5 5 合计 23 23 33 79 备注 书记员1人，区长3人，技术员1人，材经办3人，计8人。日出勤人数87人。日工休人员31人。组织正常循环作业人数为118人。 工作面主要技术经济指标 序号 项目 单位 数量 备注 1 煤层厚度 m 6.9 2 煤层倾角 12 3 采高 m 3.0 4 采煤机 台 1 5 液压支架 架 100 6 端头支架 架 6 7 刮板输送机 部 2 8 破碎机 台 1 9 转载机 部 1 10 胶带输送机 部 2 11 循环进尺 m 1.26 12 日产量 t 5518 13 生产方式 二班半采半班准备 14 出勤人数 人 79 15 回采工效 t /工 70 16 截齿消耗 个/万t 20 17 乳化液消耗 Kg/万t 180 18 油脂消耗 Kg/万t 70 19 日循环数 个 2.5 10m 20m 810m 1214m 2025m 2025m
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