煤矿401采区设计采矿工程课程设计.docx

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煤矿401采区设计采矿工程课程设计

重庆大学本科学生课程设计

说明书

学生：

陈胜伦

学号：

20106969

班级：

采矿工程03班

指导教师：

唐建新黄滚

专业：

采矿工程

重庆大学资源及环境科学学院

2014年1月

绪论……………………………………………………………………4

第一章采区地质特征、储量及服务年限……………………………5

第一节采区地质特征…………………………………………………………5

1、矿井基本情况……………………………………………………………………5

2、设计采区的位置、范围…………………………………………………………5

3、设计采区周边煤炭资源情况以及开采情况……………………………………5

4、采区地质结构，包括采区内的主要断层、褶曲及水文地质情况……………7

5、开采煤层厚度、煤层倾角………………………………………………………7

6、煤层顶板特征……………………………………………………………………8

7、设计煤层的煤层结构、硬度、煤层的节理及其方向、煤层含瓦斯性、自燃发火倾向性、煤层爆炸性煤质分析结果及其工业用途……………………………9

第二节采区的储量及服务年限……………………………………………9

1、采区边界煤柱……………………………………………………………………9

2、采区工业储量、可采储量的计算………………………………………………9

3、采区服务年限的计算……………………………………………………………10

4、采区采出率的验算………………………………………………………………10

5、采区的工作制度…………………………………………………………………10

第二章采矿方法的选择……………………………………………………11

1、采煤方法选择原则…………………………………………………………11

2、采煤方法比较及选定………………………………………………………11

第三章采区巷道布置………………………………………………………12

第一节采区的布置方案………………………………………………………12

第二节采区内的划分…………………………………………………………16

第三节采区的生产系统………………………………………………………17

第四章回采工艺………………………………………………………………18

第一节回采工艺方式的确定………………………………………………18

第二节工作面合理长度的验证……………………………………………24

第五章采区生产的安全措施……………………………………………25

1、采煤工作面落、装、运、支，管的安全措施…………………………………25

2、掘进工作面掘、装、运、支，管的安全措施…………………………………26

3、通风方面的安全措施……………………………………………………………26

4、供电方面的安全措施……………………………………………………………27

5、瓦斯预防措施……………………………………………………………………28

6、排水方面的安全措施……………………………………………………………29

7、各种防尘的措施…………………………………………………………………29

绪论

1、设计目的

《固体矿床开采设计》是在本专业学生已经学完《地质学基础》、《矿山测量》、《爆破及井巷工程》、《矿山压力及控制》、《固体矿床开采》和《矿井通风》等课程之后，在专业生产实习的基础上，运用所学的理论知识和生产实践，结合实习矿山地质资源条件和生产技术情况，进行的一次以采煤方法和采区巷道布置为主要内容的独立大作业。

其目地在于培养学生综合运用所学知识分析、解决工程实际问题的能力。

此外在本次课程设计过程中，还要培养学生树立正确的设计观点，学习掌握设计程序和方法，运用设计手册、设计规范、矿山安全规程、定额手册及绘制工程图和编写说明书的能力。

2、设计题目

斌郎煤矿401采区设计

3、设计条件

1）设计采区生产能力：

90万吨/年；

2）采区内可采煤层三层：

25煤层，厚度1.5～2.0/1.7米；

外连煤层，厚度1.6～2.0/1.8米；

内连煤层，厚度1.8～2.2/2.0米；层间距25煤层～外连煤层8米，外连煤层～内连煤层6米；

3）设计采区位于矿井±0m水平西翼，采区上界标高+200m，采区下界标高±0m，北与403、南与302采区相邻，煤层倾向270º、倾角22º；

4）瓦斯涌出量15立方米/t；

5）各煤层均属不易自然发火煤层；

6）其他条件与原矿井地质条件相同。

第一章采区地质条件、储量及服务年限

第一节采区位置及井上下对照关系

一、采区位置：

401采区属±0水平西翼首采区，北以第19号与第20号勘探线中部的冲刷不可采边界为界，南以F18号大型逆断层上盘边界为界；上部（东部）以+200水平煤层底板等高线为界，+200水平以上煤层已采；下部（西部）以±0水平煤柱为界。

二、井上下对照关系

采区对应的地面最高点标高+698.6米，最低点标高+615米，位于刘家湾、张家湾及石桥湾一带，有零星农舍，松林和耕地相间。

地貌形态：

山地地形，垂直地层走向的冲沟发育，沟脊相间平行排列，地表为植物和农作物覆盖，出露地层为自流井组的珍珠冲段﹑东岳高段及零星和马鞍山段。

该采区开采后对地表无影响。

第二节地质构造

本采区在斌郎井田所处构造部位属新华夏系四川沉积带川东褶邹带之中山背斜西翼，上至+200米水平，下至±0米水平。

以北沉积薄化带0.4米以下为不可采边界，南至F18逆断层上盘边界。

F18断层位于井田西翼鄢山沟北坡，长800米，走向北东60°～80°，倾向130，倾角浅部缓（38°左右），深部陡。

第三节、煤质

根据试验分析结果，各煤层均属特低硫、特低磷煤，内、外连煤层为中灰煤。

外连煤层灰份为12.93%～38.26%，平均24.56%；内连煤层灰份为11.26%～29.16%，平均18.12%。

各煤层均为1/3焦煤，中等至高发热量，是优质炼焦配煤。

煤层柱状图

第四节瓦斯、煤尘、水文地质

一、瓦斯

根据斌郎矿井延深地质报告提供的资料，斌郎矿井±0米水平延深工程瓦斯相对涌出量为15米3/吨，属高瓦斯矿井中的高瓦斯区域。

二、煤尘爆炸及自燃发火倾向

各煤层均属不易自然发火煤层

三、水文地质

（1）本区属构造为主剥蚀和侵蚀为辅的浅切割地形。

（2）本采区含水层主要在J1-2Z5-1下部砂岩、J1-2Z4灰岩、J1-2Z1底、T3XJ6-4砂岩、T3XJ6-3砂岩、T3XJ6-1砂岩等含水层。

（3）含水层少于隔水层，含水层厚度少于隔水层厚度。

（4）含水层属富水性弱或较弱，地下水主要赋存于砂岩裂隙中，以静储水为主，动水位量极小。

（5）本采区含水层静储水基本已疏干，经砂岩裂隙导至±0水平西北大巷。

（6）水力联系情况：

J1-2Z5-1砂岩与J1-2Z4灰岩直接接触，二者裂隙互通，岩溶水补给砂岩裂隙水，Ⅰ号（T3XJ6-1）和Ⅱ号（T3XJ6-1）之间有T3XJ6-2隔水层，但在井田北部地段变薄至尖灭，使上下含水层直接接触发生水力联系。

（7）除局部地段个别含水层有水力联系外，其它各含水层之间互不勾通，具有独承压水面。

（8）含水层属富水性弱或及弱并有由南向北由浅到深逐渐减弱的趋势。

（9）在含水层施工除具滴、淋水外无大的影响。

四、开采煤层厚度、煤层倾角

25煤层平均厚度1.7米，外连煤层平均厚度1.8米，内连煤层平均后度2.0米。

煤层倾角22º。

第五节、采区储量及服务年限

一、采区边界煤柱

走向边界煤柱20米，采区区段煤柱10米，倾向边界为20米。

二、采区的地质储量、工业储量、可采储量的计算；

（1）采区的工业储量

Zg=H×L×（m1+m2+m3）×γ………………………（1-1）

式中：

Zg----采区工业储量，万t；H----采区倾斜长度，534m；

L----采区走向长度，4000m；γ----煤的容重，1.35t/m³；

m1----内连煤层煤的厚度2.0米；

m2----外连煤层煤的厚度1.8米；

m3﹍25煤层的厚度1.7米；

Zg=534×4000×（1.7+1.8+2.0）×1.35=1586.0万吨

Zg3=534×4000×1.7×1.35=490万t

Zg1=534×4000×1.8×1.35=519万t

Zg2=534×4000×2.0×1.35=577万t

（2）设计可采储量

ZK=Zg×C………………………………（1-2）

式中：

ZK----设计可采储量,万t；

Zg----工业储量，万t；

C----采区采出率，中厚煤层取80%；

 ZK1=Zg1×C1=490×0.8=392万t

ZK2=Zg2×C2=512×0.8=415.2万t

Zk3=Zg3×C3=577×0.8=416.6万t

ZK= ZK1+ZK2+Zk3=1268.8万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，90万t/a；

ZK----设计可采储量;

K----储量备用系数，取1.3。

T=1269/90/1.3=11a。

（4）验算采区采出率

1对于内连煤层

C=（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煤层的煤柱损失，万t；

说明：

区段煤柱10m,走向边界煤柱30m,倾向边界煤柱30m。

C=[519万t-4000×20×1.35×1.8t-4000×10×1×1.35×1.8t-10（534-20-10×1）×1.35×1.8t]/519万t=94.1%>80%满足要求。

2外连煤层

同理外连煤层为94%，满足要求。

25煤层

同样25煤层为94%，满足要求。

（5）采区工作制度

根据设计内容确定为“三八制”。

第2章采矿方法的选择

第一节采煤方法选择原则

采矿方法的选择，需根据现行的煤炭行业技术政策、规定，结合设计采区的具体地质情况和煤层特征，本着“安全上可靠，技术上先进，经济上合理”三原则，对设计采区所有开采煤层提出可行的采煤方法。

按照煤层厚度和倾角，并结合工艺水平和装备特点，我国目前地下开采实际采用的采煤方法主要有长壁垮落采煤法、放顶煤采煤法、急倾斜采煤法、充填采煤法、水力采煤法以及连续采煤机房柱式采煤法。

第二节采煤方法的选定

根据目前我国采煤方法的现状，主要为走向长壁采煤法和倾向长壁采煤法，充填采煤法、水力采煤法和房住式采煤法处于技术原因和回采率低的原因，很少采用。

放顶煤采煤法和分层采煤法只适用于厚煤层。

因此只比较走向长壁采煤法和倾向长壁采煤法。

方案一:

走向长壁采煤法。

方案二:

倾向长壁采煤法。

表2-1方案比较表

方案

比较类别

方案一

方案二

适用条件

顶板易于垮落的缓斜、倾向薄及中厚煤层。

主要适用于倾角在12°以下的煤层，当工作面采取有效措施后可应用于12°～17°煤层。

优缺点

巷道布置较复杂，投资大

巷道布置简单，投资小。

运输系统较复杂，设备费、运输费用较高。

运输系统简单，设备费、运输费用低。

通风线路长，风流方向转折变化多。

通风线路短，风流方向转折变化少。

掘进及辅助运输、行人较容易。

掘进及辅助运输、行人较困难。

优缺点

大巷装车点少

大巷装车点多

可以不用污风下行

有污风下行的问题

结合设计采区的具体设计条件：

瓦斯涌出量大，煤层倾角：

22º；

确定设计采区选用走向长壁采煤法；

第三章采区巷道布置

第一节采区的布置方案

1、采区上山布置

（1）采区上山布置方案选择

由于所设计采区的煤层为高瓦斯煤层，为了完善采区的准备巷道，需要三条上山。

根据采区的具体设计条件，可提出四个个可行的技术方案，对此作出比较。

方案一：

布置两煤一岩上山，煤层上山位于25煤层里，采用集中上山联合准备方式，岩石上山位于距内连煤层底板10m。

上山倾角为22°，断面为半圆拱形；采区回风石门、区段运输石门以及区段轨道石门均采用半圆拱形巷道。

由于此岩层稳定，岩石上山支护采用锚杆支护加喷射混凝土支护。

两煤上山采用锚杆加金属网加喷射混凝土支护。

上山上部通过上部车场与回风大巷连接，下部通过下部车场与水平大巷连接。

方案二：

布置三条煤层上山，上山位于内连煤层里。

采用集中上山联合准备方式。

上山倾角为22°，断面为半圆拱形；采区回风石门、区段运输石门以及区段轨道石门均采用半圆拱形巷道。

由于为煤层巷道，采用锚杆加金属网加喷射混凝土支护。

方案三：

布置三条岩层上山，上山位于距内连煤层底板10m处，采用集中上山联合准备方式，上山倾角22º，断面为半圆拱形；采区回风石门、区段运输石门以及区段轨道石门均采用半圆拱形巷道。

由于此岩层稳定，支护采用锚杆支护加喷射混凝土支护。

三上山上部通过上部车场与回风大巷连接，下部通过下部车场与水平大巷连接。

方案四：

布置两岩一煤上山，煤层上山位于内连煤层里，岩层上山布置在距内连煤层底板10m处，采用集中上山联合准备方式，上山倾角22º，断面为半圆拱形；采区回风石门、区段运输石门以及区段轨道石门均采用半圆拱形巷道。

由于此岩层稳定，两岩上山支护采用锚杆支护加喷射混凝土支护。

煤层上山由于为煤层巷道，采用锚杆加金属网加喷射混凝土支护。

上山上部通过上部车场与回风大巷连接，下部通过下部车场与水平大巷连接。

方案比较

表3-1采区方案技术比较

方案

项目

方案一

两煤一岩上山

方案二

三煤上山方案

方案三

三岩上山方案

1.掘进工程量

工程量较大

工程量小

工程量最大

2.工程难度

较容易

容易

最困难

3.煤柱损失

较大

大

最小

4.受采动影响

较大

大

最小

5.巷道维护

受采动影响较大，维护工程量较大，费用较高

煤层上山，梯形金属支架受采动影响大，维护工程量大，费用高

维护工程量最少，维护费用最低

6.运输能力

较小

小

最大

7.工程期

掘进较快

煤层上山掘进快

岩石上山掘进速度最慢

方案四

两岩一煤上山

1.掘进工程量

工程量大

2.工程难度

困难

3.煤柱损失

小

4.受采动影响

小

5.巷道维护

维护工程量少，维护费用低

6.运输能力

大

7.工程期

上山掘进速度慢

由于本采区瓦斯涌出量较大，煤层层数较多，储量丰富，通过上述方案比较，结合本采区煤层条件，故选择第三方案（三岩上山）。

其优点是巷道维护费用低，服务年限长，运输量大，缺点是掘进工程量大，掘进时间长。

2、采区车场布置

采区上部车场选择

由于该采区煤层倾角为22°，为倾斜煤层，绞车房距总回风巷的距离较近，故采区上部车场选用顺向平车场。

其优点是车辆运行顺当，调车方便，回风巷短，通过能力大。

采区上部平车场

采区中部车场选择

本采区生产能力大，煤层倾角为22°，通常煤层群联合布置采区采用岩石上山时多采用石门式甩车场，其优点是通过能力大，两翼开采互不影响，如图所示：

石门式中部车场

采区下部车场选择

由于该采区煤层倾角为22°，上山倾角为22°>12°，由于石门装车式下部车场工程量小，调车方便，通过能力大，不影响大巷运输，适合布置在煤层群联合布置的采区中，故选用此车场。

采区下部车场如图

石门装车式采区下部车场

3、采区硐室

采区煤仓

设置一定容量的煤仓能够保证采掘工作面正常生产。

采区煤仓分为井巷式煤仓和机械式水平煤仓。

其中，机械式水平煤仓可以拆装移设，安装使用安全可靠、经济，易于实现自动化监控，因此采用机械式水平煤仓，煤仓容量可参考表3-1-1进行选择。

煤仓容量与采区生产能力关系

采区生产能力/万t·a-1

30以下

30～50

45～60

60～100及以上

采区煤仓容量/t

50～100

100～150

150～300

300～500

根据采区生产能力和大巷运输能力，保证采区正常生产为原则，根据采煤机连续作业割煤的产量计算：

Q=（Ag-An）Tgkt…………………………（公式3-1）

式中Q——采区煤仓容量，t；

Ag——采区高峰生产能力，t/h；为平均产量的1.5～2.0倍；

An——装车通过能力，t/h；为平均产量的1.0～1.3倍；

Tg——采区高峰生产持续时间，机采取1.0～1.5h；

kt——不均衡系数，机采取1.15～1.2；

采区平均生产能力：

A=234×1.8×0.7×1.35×0.95×8/16=189t

采区煤仓容量：

Q=（189×2-189×1）×1.5×1.2=340t

参考相关规定，煤仓容量取400t。

其他硐室

绞车房

绞车房的位置选择在围岩稳定、易维护的地点，满足绞车房施工、安装和提升运输要求的前提下，应尽量靠近变坡点，以减少巷道施工量有利修护，因此布置在内连煤层底板中。

绞车房有2个安全出口，即钢丝绳通道及绞车房的风道。

断面设计成半圆拱形，用混凝土或者锚喷砌筑。

采区变电所

采区变电所应设在在岩层稳定、通风条件好的地方，并位于采区用电负荷中心，一般设在采取上山附近。

采区变电所呈“－”形布置，布置在内连煤层底板中。

硐室内一般不设电缆沟，电缆沿墙敷设，穿过密闭门处，需套管保护。

硐室与通道的连接处装设向外开的防火栅栏两用门。

第二节采区内的划分

1区段划分

影响工作面长度的因素有煤层赋存条件、机械装备及技术特征、巷道布置。

该矿井开采倾斜煤层，根据延深水平煤层赋存条件，采用走向长壁采煤法，综合机械化采煤，全部垮落法管理顶板。

根据矿井生产能力的需要及采区巷道布置，结合矿井的生产管理能力，考虑煤层分布的具体情况，综合机械化采煤回采工作面长为150m～250m，由已知条件知：

该采区倾斜长度534m，巷道宽度为4m，最终划定2个区段，故工作面长度为：

L=（534–4×4-10-2×20）/2=234m

2采区内区段巷道布置

为了缩短采区准备时间并提高经济效益，根据所给地质条件，在±0开采水平中，把为该采区服务的运输大巷和进回风巷均布置在25煤层底板下方20m的稳定岩层中。

由于地质构造简单，煤层赋存条件好，涌水量较小，煤层没有自燃发火的危害，矿井开采中留采区区段煤柱，在煤层中掘区段运输平巷和回风平巷，区段平巷均采用拱形断面，巷道宽为4m，采用锚杆加金属网加工字钢进行支护。

3工作面生产能力

回采工作面生产能力

按下式计算：

Q=b·L·M·R·C…………………………（公式3-2）

式中Q——工作面年产量，万t/a；

b——工作面长度，234m；

L——工作面年推进度，25煤层1848m；内连煤层为1848m；外连煤层为1848m；

M——工作面煤层平均厚度，25煤层1.7m；内连煤层2.0；外连煤层1.8；

R——煤的容重，1.35t/m³；

C——工作面回采率，按规范选取，中厚煤层取95%；

故:

25煤层:

Q1＝234×1848×1.7×1.35×95%＝94.3万t/a；超4.7%，满足要求；

外连煤层：

Q＝234×1848×1.8×1.35×95%＝99.8万t/a；超10.8%，满足要求；

内连煤层：

Q2=234×1848×2.0×1.35×95%＝111万t/a；超23%，满足要求；

采区生产能力

采区生产能力由工作面生产能力和掘进工作面生产能力组成。

掘进出煤量小，一般采区掘进出煤系数为1.1。

由有关规定：

一个采区内同一煤层的一翼只能布置一个回采工作面，25煤层一个工作面生产能力为94.3万t/a，外连煤层一个工作面生产能力为99.8万t/a，内连煤层为111万t/a，即开采任一煤层时一个工作面都能满足采区设计生产能力。

确定采区工作面接替顺序

表1.1回采顺序表

40401251

401252

401W1

401W2

401N1

401N2

401253

401254

401W3

401W4

401N3

401N4

25煤层

外连煤层

内连煤层

煤层开采顺序：

（401251）→（401252）→（401253）→（401254）→（401W1）→（401W2）→（401W3）→（401W4）→（401N1）→（401N2）→（401N3）→（401N4）

说明：

以上箭头表示方向为工作面推进顺序。

第三节采区的生产系统

1、采区巷道掘进

采准工作由运输大巷1开掘采区下部车场4，向上开掘采区岩石集中上山7，采区集中轨道上山5，与回风大巷13贯通，形成通风系统。

形成通风系统后，在第一区段上部开掘回风石门10，与外连煤层贯通，再开掘机轨合一巷15，再掘区段运煤石门28和区段回风石门14，在上分层开掘运输巷道19和回风巷道22，在采区边界开掘开切眼，形成工作面即可进行回采。

在上述掘进过程中同时开掘上部车场9，中部车场8及采区各种硐室。

2、通风系统

采区内通风路线如下：

新风从+0运输大巷1→运输石门31→绕道4→采区轨道上山5→中部车场8→机轨合一巷15→石门28→25煤层运输平巷19→m1工作面→25煤层回风平巷22→区段回风石门14→共用回风大巷13排出。

3、生产系统

运煤系统

25煤层工作面出煤→25运输平巷19→区段运输石门28→溜煤眼16→机轨合一巷15→区段溜煤眼17→运输上山6→采区煤仓26→运输大巷1运至井底车场。

运料系统

运输大巷1→轨道上山5→采区上部车场9→共用回风大巷13→回风石门14→25煤层回风平巷22→25煤层采煤工作面。

第四章回采工艺

第一节回采工艺方式的确定

1、采煤工作面设备选择

采煤工艺方式的选择

根据本采区煤层特征：

根据设计要求，该煤层群为平均倾角为22°的倾斜中厚煤层，在采区范围内，煤层结构单一，赋存稳定。

采煤方法采用走向长壁采煤法，综合考虑综合机械化采煤、普通机械化采煤、炮采的优缺点，最终选择综合机械化采煤的采煤工艺。

工作面推进方向和推进进度

由于后退式的工作面和巷道的维护条件好，工作面的推进方向确定为后退式。

另外，考虑到工作面搬迁次数及煤损随工作面推进距离增大而减少，结合矿井设计生产能力和所选用滚筒采煤机技术参数，可得出综采工作面的推进度为：

V。

=D×X×T…………………………（公式4-1）

式中V。

——工作面推进度，m/a；

D——滚筒截深，m/刀；

X——日循环刀数，刀/d；

T——年工作日，d；

故:

V。

=0.7×8×330=1848m/a

综采工作面的设备选型及配套

综采工作面的采煤机、刮板输送机和液压支架在几何尺寸、生产能力和服务时间方面配套是实现工作面高产高效的前提，它们要在狭小的空间内必须要做到正常运转，互为依存，但互不影响。

工作面生产能力取决于采煤机的落煤能力，而工作面输送机、平巷中的转载机、破碎机和可伸缩胶带输送机等设备的能力都要逐级大于前一节的生产能力，通常按富裕20﹪考虑。

为保证工作面高产，工作面刮板输送机的