采区设计.docx
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采区设计
新疆工程学院
课程设计说明书
题目名称：
神新公司屯宝煤矿采区设计
系部：
采矿工程系
专业班级：
采矿工程专业
学生姓名：
指导教师：
完成日期：
2015-7-1
新疆工程学院
课程设计评定意见
设计题目：
神新公司屯宝煤矿采区设计
学生姓名：
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：
年月日
新疆工程学院
课程设计任务书
2014-2015学年第二学期2015年7月1日
专业
采矿工程专业
班级
课程名称
采煤课程设计
设计题目
神新公司屯宝煤矿采区设计
指导教师
起止时间
2015-6-15～2015-7-1
周数
2
设计地点
教学楼
设计目的：
在学完《采矿学》理论课程后，通过课程设计的训练，是对所学相关理论知识的一次实际应用。
达到巩固理论知识及练习制图的目的。
要求学生按时完成下达的设计任务，了解相关规程和规范。
设计任务或主要技术指标：
根据提供的已知条件，如煤层赋存条件、瓦斯等级、自然发火期，水文及地质条件等，在煤层底板等高线图上按比例画出采区巷道布置图，并作出相应的剖面图，写出说明书。
设计进度与要求：
1、图面干净，布置合理美观；
2、图中线条清楚、均匀；
3、图中文字、数字、字母、一律使用仿宋体；
4、说明书内容完整，条理清楚。
主要参考书及参考资料：
[1]中国煤炭工业部主编.煤炭工业矿井设计规范.中国计划出版社，1995
[2]《煤矿开采学》徐永圻主编，中国矿业大学出版社，1998年
[3]《煤矿地质学》阎琇璋主编，中国矿业大学出版社，1988年
[4]《煤矿安全规程》中华人民共和国能源部发行，中华人民共和国源部制定.
[5]《煤矿矿井采矿设计手册》（上、下册）煤炭工业出版社，1982年
摘要
矿井各项指标的良性走势源于技术的应用，源于先进设备的引进，源于对新技术性能工艺的消化吸收，源于职工培训之后职工素质的提高，所有这些都表明，坚持科学，坚持开拓创新，矿井才能安全、和谐、快速发展。
坚持优化设计与强化管理相结合，坚持应用先进技术与淘汰落后工艺相结合，坚持突出重点与全面推进相结合，坚持清洁生产与资源综合利用相结合。
在井下、地面各环节、各系统应用先进技术、引进先进设备，全面提升了矿井的本质安全程度。
我就围绕这一主题，粗略的介绍目前我所了解关于的煤矿开采及煤矿巷道掘进的现状以及未来技术的发展。
本设计为神新公司屯宝煤矿某矿90Mt/a新带区设计。
带区平均走向长度1200m，平均倾斜长度620m，带区内只有一层可采煤层，煤层厚度8.5m，煤层倾角4-6°，该矿区工业储量885.36Mt，矿区设计可采储量729.98Mt，服务年限6.65年。
属低瓦斯矿井，水文条件简单，顶底板中等稳定，煤层自然发火期为3—6个月。
回采工作面采用倾向长壁采煤法，采煤工艺为综合机械化放顶煤采煤工艺，顶板处理方法为全部垮落法。
一个回采工作面生产,采用“三-八”制作业，两班生产，一班检修。
本设计主要依据：
《煤矿开采方法》、《矿井通风与安全》、《矿山压力测控技术》、《煤矿安全规程》以及《井巷工程》。
关键词：
低瓦斯、水文地质条件简单、近水平煤层、综合机械化放顶煤采煤法、U型通风、仰斜开采
目录
摘要i
目录1
1、采区概况及特征1
1．1、采区概况1
1.1.1、采区范围1
1.1.2、邻近采区开采情况1
1.1.3、地面位置及建筑物1
1.2、煤层赋存情况及特征特征1
1.2.1、煤层赋存情况1
1.3、采区储量分析2
1．3、地质构造及其它地质因素3
2、采区方案设计及方案比较4
2.1、方案设计4
2.2、方案比较4
3、带区巷道布置5
3．1、带区巷道布置5
3.1.1、带区准备巷道布置5
3.1.2、采煤工作面布置6
3.2、巷道断面及支护7
3.2.1、巷道断面7
3.2.2、巷道支护方式8
3.2.3、巷道施工工艺9
4、采掘顺序及采煤方法10
4.1、掘进顺序10
4.2、回采顺序10
4.3、采煤方法10
4.3.1、采煤方法10
4.3.2、采煤工艺10
4.4、采煤工作面装备11
5、带区服务年限14
5.1、带区生产能力14
5.2采区服务年限15
6、运输系统及设备选型16
6.1、运输系统16
6.1.1、带区主运输（运煤）路线：
16
6.1.2、采区辅助运输（运矸石、材料等）路线：
16
6.2、设备选型16
7、采区主要技术经济指标18
结论19
致谢20
参考文献21
1、采区概况及特征
1．1、采区概况
1.1.1、采区范围
该采区位于屯宝煤矿xx矿井一水平右翼，属于新开采区。
采区西部以矿井边界为界，东部与该矿井七采区相邻，北部以+150m等高线为界，南部以+78等高线为界。
走向长度平均为1200m，倾斜长度平均为620m，采区面积744000
。
采区内只有一层煤，倾角基本平均为
，属于近水平煤层。
1.1.2、邻近采区开采情况
邻近采区为第七采区，在该采区内煤层厚度、赋存状况稳定未受到较大的地质构造运动的影响，无夹矸，没有断层等，开采条件良好。
七采区设计服务年限为5.6a，现已开采4.5a，已经到达开采的后期，在开采的过程中，没有出现过煤与瓦斯突出等现象，矿井相对瓦斯涌出量为4m3/t，绝对瓦斯涌出量为10m3/min，为低瓦斯矿井。
1.1.3、地面位置及建筑物
该矿井地处戈壁，地面无明显河流和湖泊等，无采动影响，地形较为平坦，没有大型山峦与沟壑，地表起伏较小。
矿井及采区范围内人烟稀少，除矿井所在范围内的必要建筑物外并没有其他人工构筑物，矿井周边有公路与铁路通过，交通状况良好。
且井下施工对建筑物以及交通无影响均在安全范围之内，距离最近的城市大约50公里，有公交车来往，可以增加员工的物质生活。
1.2、煤层赋存情况及特征特征
1.2.1、煤层赋存情况
概述煤层赋存情况并填下表：
煤层赋存情况表
煤层编号
煤层厚度
煤层倾角
（度）
煤层结构
[上（夹石）下]（m）
稳
定
性
1
8.5m
无
中等稳定
1.3、采区储量分析
采区的工业储量:
式中:
—采区的工业储量，wt
H—煤层的倾斜长度，m
—煤层的倾斜长度，m
m—煤层的厚度，m
—煤的体积质量，m
代入数据得:
采区的设计可采储量:
式中
—采区的设计可采储量，wt
—采区的工业储量，wt
—采区的永久煤柱损失，主要是采取边界煤柱、防水煤柱、地面建筑物煤柱等永久煤柱损失量之和wt
—放顶煤采煤法采区回采率不得低于75%，本设计中取85%
其中，永久煤柱损失按采区工业储量的3%估算，则有：
所以，采区设计可采储量
采区储量汇总表
煤层
工业储量（万吨）
可采储量（万吨）
回采率（%）
1
885.36
729.98
85%
1．3、地质构造及其它地质因素
本采区范围内水文地质条件简单，无断层等明显构造，开采条件良好。
瓦斯涌出量低，为低瓦斯矿井，瓦斯的相对涌出量为
，绝对瓦斯涌出量为
。
二氧化碳涌出量在矿井允许范围内，可在矿井通风过程中靠通风来解决。
矿井内水的涌出量很小，直接用排水沟可解决，无需建设专门的矿井水抽放措施。
可采煤层的煤质较硬，厚度适中，煤的自燃发火期为3-6个月，煤尘的爆炸性系数为34.48%，煤尘具有爆炸危险性。
矿井内的地温与地压均在矿井的可控范围内，在日常工作中可解决，无需专门处理。
2、采区方案设计及方案比较
2.1、方案设计
根据煤层赋存条件及地质条件，我们准备方式的选择有三种方案。
方案选择：
方案一、采区式准备：
适用于煤层倾角较大的缓倾斜（倾斜）煤层
方案二、盘区式准备：
适用于煤层倾角较小的近水平煤层
方案三、带区式准备：
适用于煤层倾角较小的近水平煤层
2.2、方案比较
由于煤层倾角为
，属于近水平煤层，所以初步选择方案二和方案三。
由于走向长壁采煤法与倾向长壁采煤法相比，倾向长壁采煤法具有以下优点：
1、巷道布置简单，巷道掘进和维护费用低，准备时间短，投产快。
2、运输系统简单，占用设备少，运输费用低。
3、倾斜长壁工作面呈水平布置的，容易保持工作面的等长，便于实现综合机械化采煤。
4、通风线路段，通风构筑物少。
5、技术经济效果比较好。
综上所述：
我们选择带区式准备方式
带区式准备根据采煤工艺的不同可以分为仰斜开采和俯斜开采。
进一步方案选择如下：
由于仰斜工作面顶板将产生沿煤层层面指向采空区方向的分力，在此分力的作用下顶部煤层受拉力作用，更容易出现裂隙和加剧破碎，有利于顶煤的破碎，提高顶煤的冒落性。
并且仰斜开采，水可以自动流向采空区，有利于采空区注浆防治煤层自燃，同时工作面无积水，劳动条件好，设备不易受潮，装煤效果好。
对于俯斜工作面，沿煤层顶部的分力指向煤壁侧，顶部煤层受压力作用，使顶板煤层裂隙有闭合的趋势，不利于顶煤的落放。
并且采空区的水总是流向工作面，所以不利于采空区注浆防治煤层自燃，工作面劳动条件不是很好。
综上所述，所以我们选择仰斜开采。
3、带区巷道布置
3．1、带区巷道布置
3.1.1、带区准备巷道布置
根据题目所选条件，完善带区所需的开拓巷道。
运输大巷布置在煤层底板下方30m处的稳定岩层中。
由于地质构造简单，无断层，煤层赋存条件好，涌水量较好，瓦斯涌出量较小，自然发火倾向较弱。
为减少煤柱损失，提高采出率，降低巷道维护费用，采用沿空留巷的方式。
确定带区巷道布置系统，带区内仅有一层煤，划分为7个分带，根据相关情况情况初步制定以下两个方案进行比较。
方案一：
分带单独布置
每一个分带都布置一个煤仓直通运输大巷。
通风系统为：
新风从运输大巷→进风行人斜巷→分带运输斜巷→采煤工作面→分带回风斜巷→回风大巷。
该方案的特点是，每个分带都布置煤仓，所以管理较复杂，煤仓工程量大，但有利于通风和工作面的接替。
方案二：
在煤层中布置运煤集中平巷，整个带区布置一个煤仓。
通风系统为：
新风从运输大巷→进风行人斜巷→煤层运输集中平巷→分带运输斜巷→采煤工作面→分带回风斜巷→回风大巷。
该方案简化了运输系统，仅布置了一个煤仓和一条集中运煤平巷，减少了煤仓和联络斜巷的施工量，使运煤、运料集中处理，符合集中化生产理念，但出现了盘区内通风线路长短不同而造成通风协调困难的问题，同时还增加煤巷的维护量，增大了煤柱损失。
根据已提出的方案及方案比较的原则，两个方案中相同的部分不参加比较，故分带斜巷不参加比较，仅就运煤集中平巷，煤仓进行比较，具体比较见下表。
经济技术比较：
巷道硐室掘进费用表
方案
工程名称
单价（元）
方案一
方案二
工程量（m）
费用（万元）
工程量（m）
费用（万元）
煤仓
8000
120
96
30
24
集中运煤斜巷
831
---
---
1000
83
巷道及硐室维护费用表
方案
单价（元）
服务年限
方案一
方案二
工程名称
工程量（m）
费用
（万元）
工程量（m）
费用（万元）
煤仓
1200
5
120
72
30
18
集中运煤平巷
100
5
---
---
1000
50
合计
72
68
费用汇总表
方案
总费用
方案一
方案二
掘进（万元）
96
107
维护（万元）
72
68
合计（万元）
168
175
方案一：
系统简单，通风容易，但生产调度管理复杂，煤仓太多，维护困难，装煤点较多，管理复杂。
方案二：
采用集中化生产，从根本上克服了方案一的缺点。
虽然方案二费用稍高，但从技术和管理等方面的综合分析，方案二更优越一些。
综上所述：
选择方案二。
胶带运输大巷和辅助运输大巷布置在煤层底板岩层中，回风大巷和带区运煤平巷布置在煤层中。
胶带运输大巷通过带区煤仓和进风行人斜巷与带区运煤平巷相连，回风大巷直接与分带工作面回风运料斜巷相连。
辅助运输大巷通过材料运输斜巷与回风大巷相连。
由于布置有为各分带工作面运煤平巷，从而减少了分带煤仓的数目。
这样布置也相应的减少了分带车场的数目。
3.1.2、采煤工作面布置
1．从煤层地质条件考虑
该带区内的可采煤层的地质条件较好，无断层，煤层倾角为
，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，涌水量也较小，所以布置165米宽的工作面比较合适。
2．从工作面生产能力考虑
工作面的设计生产能力为90万吨/年，正规循环每天进三刀，采煤机滚筒截深为600mm，所以工作面实际年生产能力为：
300×0.6×3×8.5×165×1.4×0.83=88（万吨）
由于一个工作面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
带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180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，所以工作面长度为165米在管理上是毫无问题的。
4．从顶板管理及通风能力考虑
我国的房顶煤工作面长度一般在120~300m。
当煤层厚度大、放顶时间长时，工作面最佳长度为150~180m,该带区的顶板较稳定，所以选择的工作面的长度为165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
由于带区倾斜方向长为1200米，除去煤柱宽及巷道宽50米，剩余1140米，把每个工作面长度定为165米，1140÷165=6.9，正好为7个工作面的宽度。
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。
3.2、巷道断面及支护
3.2.1、巷道断面
巷道断面设计应满足的条件:
1）保证人员通行安全；
2）合理布置该断面的管路及电缆等；
3）不得小于《煤矿安全规程》规过《煤矿安全规程》规定的风速；
4）按水量要求，设置水沟；定的最小净断面和最小净高度；
5）满足其它要求，如需在巷道一侧堆放坑木和材料或安装其它设备等。
巷道断面的选择应考虑的素:
1）巷道所处的位置及围岩的物理力学性质、矿山压力的大小及作用方向；2）巷道的服务年限和用途；
3）巷道的支护式和支护材料；
4）施工技术及其装备的情况；
5）邻近矿井同类巷道断面的断面形状及其维护情况等。
当巷道围岩比较稳定，矿山压力不大，服务年限不长时，一般宜选用矿用U型钢支架、锚杆或钢筋混凝土支架进行支护，其断面形状一般为梯形或矩形。
如采区内的准备巷道和回采巷道。
综合以上地质条件：
本带区由于服务年限较短，且布置在煤层中，故该设计带区考虑用梯形断面的分带斜巷。
巷道断面尺寸的确定:
巷道断面净尺寸，应根据该巷道内运行车辆或其它运输设备的最大轮廓尺寸以及架设管线、行人、设备的运送、安装、检修和施工要求等因素确定，并应按通风要求进行验算。
巷道净宽度是运输设备的最大轮廓尺寸，《煤矿安全规程》所规定的人行道宽度以及有关的安全间隙相加之和。
另外，当水沟设于人行侧，且水沟净宽大于等于500mm，应根据轨道铺设的要求加宽人行道。
带区运输斜巷内采用胶带输送机运输煤炭，故支护采用单体液压支柱外加锚杆锚索支护。
为了保证运输斜巷的断面积达到12m2的要求，巷道断面尺寸顶部宽3400mm，底部宽4000，高3200mm。
此采区的瓦斯涌出量较低，因此在回风斜巷内布置轨道，设置配电箱、软化液泵站、设备列车和移动变电站。
为了满足巷道断面不小于10m2的要求，巷道断面尺寸顶部宽3200mm，底部宽3500mm，高3000mm。
3.2.2、巷道支护方式
顶部采用W钢带、锚杆、锚索、金属网支护；两帮采用锚杆、金属网支护。
钢带排距800mm，补强锚索顺巷三花布置，排距1600mm。
帮锚杆排距800mm，间距1米，每排2根，最上部一根距顶不超过400mm，最下部一根距底板不超过1000mm,最下部一根帮锚杆压网边，两网搭接为100mm,顶、帮网的搭接可以超过100mm，连网间距200mm一道。
3.2.3、巷道施工工艺
安全检查（瓦斯检查）→推进耙斗机（备料）→瓦斯检查→打眼→瓦斯检查→装炮→瓦斯检查→放炮→瓦斯检查→洒水通风降尘→安监（敲帮问顶）→临时支护→耙斗机装矸出矸→验收合格后进入下一循环；
凿岩方式:
采用YT26风动凿岩机，配2m六棱钢钎打眼，使用2#煤矿许用乳化炸药爆破。
要求按设计尺寸施工，保证成形质量，不得超挖或欠挖。
为保证巷道成形质量，放炮工要严格按照规程设计进行炮眼布置和装药，技术员要对放炮全过程进行监督检查，工作面迎头岩壁要成倾斜状，出现伞檐、活矸、浮石要及时处理。
岩方式落:
采用YT26风动凿岩机打眼，使用2#煤矿许用乳化炸药进行爆破，毫秒延期电雷管引爆，一次串联全断面一次起爆，反向爆破落岩。
装载与运输:
本巷道采用YT26风动凿岩机打眼放炮，P-90B型斗式耙斗机装矸出矸，MGC3.3-6矿车运输，采用MYT-125/330型锚杆钻机钻孔安装顶锚杆。
4、采掘顺序及采煤方法
4.1、掘进顺序
巷道的掘进顺序：
沿带区走向，自运输大巷掘进行人进风斜巷和材料运输斜巷，由此沿煤层走向掘进运煤集中平巷，当掘进至带区边界后即可从第一带区掘进分带斜巷。
同时要掘出带区煤仓、采区变电所。
第一带区工作面采煤期间，根据开采程序的要求，准备出第二分带工作面，以保证采区内采煤工作面的正常接替。
4.2、回采顺序
采煤工作面的开采顺序，按工作面推进方向有前进式、后退式，由于前进式回采分带沿采空区维护，维护费用高，且通风系统漏风多，采煤与掘进同时进行，相互干扰大，也难以掌握前方煤层的变化情况。
因此目前我国多采用后退式回采。
由于带区倾斜方向长为1200米，除去煤柱宽及巷道宽50米，剩余1140米，把每个工作面长度定为165米，1140÷165=6.9，正好为7个工作面的宽度。
自左部边界为一分带，依次沿走向回采。
本矿井为中型矿井设一个备采工作面，生产工作面结束前安排接替工作面。
4.3、采煤方法
4.3.1、采煤方法
本带区内仅有一层煤，属于近水平煤层，并且煤厚达到8.5m，属于特厚煤层，所以我们采用多分带倾斜长壁放顶煤采煤法，采用综合机械化回采工艺。
回采工作面长度为165米，根据标高、走向长度、生产能力将每个煤层划分为7个条带，采用沿空留巷工艺进行顺序开采。
4.3.2、采煤工艺
针对煤层为对象设置采煤工艺
由于煤层厚度为8.5m，属于特厚煤层，硬度系数f=2，结构简单，无断层，故可用综合机械化采煤工艺，放顶煤采煤法。
综采放顶煤工作面“三八”制作业形式，即两班采煤，一班准备。
采煤机截深为0.6m，割三刀放一次顶煤，放煤步距为1.8m。
采煤机割煤高度为2.8m，放煤高度平均为5.7m，采放比为1：
2.03。
工作面回采工艺流程为：
双滚筒采煤机割煤→移架及时支护→推送前部输送机→拉后部输送机→打开放煤口放顶煤。
在顶板破碎时，先移架再推移刮板输送机。
放顶煤与割煤交叉作业，同时进行。
劳动组织
用比较类推法，根据类似工作面的定员和工作面及劳动定额配备对各项工种和人员数目进行确定，具体工种和人员数目见下表。
劳动组织表
工种
各班人数
在册
人数
一班
二班
检修班
小记
班长
2
2
2
6
7
采煤司机
4
4
4
16
16
刮板机司机
1
1
2
4
5
转载机司机
1
1
2
4
5
胶带机司机
1
1
2
4
5
支架工
4
4
4
12
16
泵工
1
1
1
3
4
电站工
1
1
6
8
10
浮煤清理工
4
4
4
12
14
端头维护工
5
5
8
18
22
防尘工
1
1
1
3
4
材料工
1
1
6
8
10
地面装料工
8
8
技术员
2
2
管理人员
6
6
合计
26
26
42
114
134
循环图表：
根据作业要求及第五章相关计算得出工作面生产循环作业图见附图：
4.4、采煤工作面装备
综采工作面的设备选用国产设备。
采煤与装煤
（1）落煤方式与采煤机的选择
采用综合机械化采煤，双滚筒采煤机直接落煤和装煤。
依据带区的设计生产能力确定工作面每天的推进度为：
选择采煤机的滚筒截深为600mm，每天正规循环推进三刀，每个循环0.6m，可满足每天产量要求。
根据煤层的实际情况，经查《采矿设计手册》，选用采煤机的型号为：
MXP—240W
采高1.35～3.2m
适应煤层硬度中硬
煤层倾角α≤25°
截深600mm
滚筒直径1.4m
牵引方式液压无链
牵引力196KN
牵引速度0～7.5m/min
滚筒中心距6120mm
电机功率2×100kw
总质量15吨
（2）进刀方式：
为了合理利用工作时间，提高效率。
采用端头斜切割三角煤进刀方式，双向割煤。
（3）采放比=1:
2.03
（4）放顶步距：
割三刀放一次顶煤，放顶步距0.6×3=1.8m。
据《采矿工程设计手册》，一般情况下，当采用小截深（0.5～0.6m）时，一般采用“两采一放”或“三采一放”，因此我们采用“三采一放”。
（5）放煤方式：
单轮、间隔、多口放煤。
这种方式工艺简单，便于工人掌握，并可在实践中逐步提高采出率。
4、运煤
（1）工作面采用可弯曲刮板输送机运煤，分带斜巷采用转载机和胶带运输机运煤，集中运煤平巷采用两台胶带输送机运煤。
工作面可弯曲刮板输送机型号：
SGD—630/180
（2）以设备选用配套原则为基础并结合采煤工作面采煤能力具体情况，工作面采用支撑掩护式液压支架支护，从《采矿设计手册》选用ZF3000/15/30型放顶煤支架：
（3）移架方式
由于采用及时支护方式，而且工作面每天推进3刀，故选择顺序移架方式进行移架。
顺序移架方式移架速度快，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。
（4）支护方式：
由于煤层中等稳定，采高为2.8m，为防止片帮和冒顶，选用及时支护方式进行支护。
（5）工作面的支架需求量:
由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；
得：
n=165/1.5=110
（6）端头支架
由于巷道宽4.5m，而架宽为1.5m，因此选3架，左右两端共需6架。
从《采矿设计手册》选用如下设备：
端头支架型号：
PDZ（掩护式）
（7）超前支护方式和距离
由于采用综采工艺开采，支撑压力分布范围为20～30m，峰值点距煤壁前方5-15m,所以超前支护的距离为20m。
选用单体支
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