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煤矿开采学课程设计

工程学院《煤矿开采学》

课程设计

××矿××带区120万吨/年生产能力设计

学生：

王志珂、高腾翔、王婷

学院：

安全工程学院

专业班级：

安全工程1541班

专业课程：

《煤矿开采学》课程设计

指导教师：

国祥

2018年1月1日

课程设计名称：

《煤矿开采学》课程设计

课程编码：

012263106

课程性质：

实践课

适用专业：

采矿工程

课程设计时间：

4周；学分数：

4；

编写人：

王志珂（8）、高腾翔（7）、王婷（9）；

编写单位：

安全工程学院.

《煤矿开采学》课程设计任务书

题目**矿**采（带）区**万吨/年生产能力设计

专业安全工程班级安全工程1541

一、设计题目

**矿**采（带）区**万吨/年生产能力设计。

二、设计时间

2017年12月25日——2018年1月5日。

三、设计资料

1、设计题目的一般条件（下例为假想矿井）

某矿第一开采水平上山阶段某采（带）区为一层煤（或两层煤，依具体任务确定，若设计题目是两层煤，则自上而下顺序为Kl、K2煤层），煤层厚度、层间距及顶底板岩性见综合柱状图。

该采（带）区走向长度2000m，倾斜长度800m，采（带）区各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，煤层均属简单结构煤层，硬度系数f=2，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+30m，煤层露头为-30m。

第一开采水平为该采（带）区服务的一条运输大巷布置在煤层底板下方25m处的稳定岩层中，为满足该采（带）区产系统所需的其余开拓巷道可根据采煤方法不同由设计者自行决定。

2、设计题目的煤层倾角条件

（1）设计题目的煤层倾角条件1：

煤层倾角条件1：

煤层平均倾角为12°

（2）设计题目的煤层倾角条件2：

煤层倾角条件2：

煤层平均倾角为25°

或设计条件为：

（1）一层煤，煤层厚度2.2m，煤层倾角20°，

（2）一层煤，煤层厚度2.2m，煤层倾角12°；

（3）一层煤，煤层厚度6.9m，煤层倾角20°；

（4）一层煤，煤层厚度6.9m，煤层倾角12°；

（5）两层煤，K1煤层厚度6.9m，K2煤层厚度2.2m，煤层倾角20°；

（6）两层煤，K1煤层厚度2.2m，K2煤层厚度6.9m，煤层倾角20°；

（7）两层煤，K1煤层厚度6.9m，K2煤层厚度2.2m，煤层倾角12°；

（8）两层煤，K1煤层厚度2.2m，K2煤层厚度6.9m，煤层倾角12°；

设计采（带）区综合柱状图

一层煤：

柱状

厚度（m）

岩性描述

¾¾¾¾¾¾

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

¾¾¾¾¾¾¾

4.20

灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬

----------

---

7.80

灰色砂质泥岩

------------

4.60

薄层泥质细砂岩，稳定

……………………….。

3.20

灰色细砂岩，中硬、稳定

6.9

煤层，煤质中硬,γ=1.30t／m3

。

。

。

。

。

。

。

。

3.20

灰白色粗砂岩、坚硬、抗压强度60～80MPa

。

。

。

。

。

。

24.68

灰色中、细砂岩互层

两层煤：

柱状

厚度（m）

岩性描述

¾¾¾¾¾¾

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

2.2（或6.9）

K1煤层，γ=1.30t／m3

¾¾¾¾¾¾¾

4.20

灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬

----------

---

7.80

灰色砂质泥岩

------------

4.60

薄层泥质细砂岩，稳定

……………………….。

3.20

灰色细砂岩，中硬、稳定

2.2（或6.9）

K2煤层，煤质中硬,γ=1.30t／m3

。

。

。

。

。

。

。

。

3.20

灰白色粗砂岩、坚硬、抗压强度60～80MPa

。

。

。

。

。

。

24.68

灰色中、细砂岩互层

采区生产能力为采区或带区生产能力定为45万t/a、90万t/a和120万t/a四种，设计者可以在三种中任选一种。

四、完成的任务

按任务分配分组进行。

要完成的任务如下：

（1）设计容：

采（带）区巷道布置、采煤工艺设计、设计图纸。

（2）提交课程设计报告。

五、成果要求

文字格式要求

主标题：

三号字、居中、宋体、加黒，段后为自动。

正文：

全文宋体、小四号字、段前段后0、行间距1.5，首行缩进2个字符（包括各级标题）。

编码：

采用中式“一、二、三、…

（一）

（二）（三）…1．2．3．…

（1）

（2）（3）…①②③…”编码形式，不得采用自动生成格式。

其中“一、

（一）”做为标题，加黒，单独成行。

“1．

（1）”可以做标题，也可以不做标题，如果做标题，需单独成行，做还是不做标题，均不需要加黒。

图表：

图表文字及说明等均采用五号宋体。

表格要有表头（表头包括表号、表名），表头在表的上面并居中加黑。

图要有图号、图名，在图的下面并居中，不需加黒。

公式：

采用公式编辑器编写，要规，必要时要编号，编号要写在公式的尾部。

装订：

A4纸打印，加封面，左侧装订。

图纸要求（需要制图的情况）

本设计绘制两大图（二号图纸）

1、采（带）区巷道布置平面图和（1：

2000）、剖面图（1：

2000）

2、采煤工艺布置平面图（1：

200）

设计图纸四周各留20mm的边框线，右下角留出标题栏。

凡设计图中已有容，说明书中都可以不画。

指导教师签名：

2017年9月10日

前言

1、设计题目的一般条件（下例为假想矿井）

某矿第一开采水平上山阶段某采区为一层煤，煤层厚度、层间距及顶底板岩性见综合柱状图。

该采区走向长度2000m，倾斜长度800m，采区各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，煤层均属简单结构煤层，硬度系数f=2，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+30m，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煤层底板下方25m处的稳定岩层中，为满足该采区产系统所需的其余开拓巷道可根据采煤方法不同由设计者自行决定。

2、设计题目的设计条件

煤层设计条件：

一层煤，煤层厚度6.9m，煤层倾角12°。

本带区生产能力定为120万t/a。

 第一章带区巷道布置

第一节带区储量与服务年限

1、带区生产能力定为120万t/a三种。

2、计算带区的工业储量、设计可采储量；

工业储量：

ZC=γ·V

=γ·走向长度·倾斜长度·煤层厚度

=1.30t／m3×2000m×800m×6.9m

=1435.2000万t

按规定带区边界保护煤柱左右各留设10m宽。

则永久煤柱损失量为：

P=20m×800m×6.9m×1.30t／m3=143520t

设计可采储量为：

Z=（ZC-P）C

=（14352000-143520）t×0.75

=10656360t

C——采出率，厚煤层不低于0.75。

3、计算带区的服务年限；

当矿井生产能力A一定时，矿井的设计服务年限为：

P=

K——矿井储量备用系数，矿井设计一般取1.4。

所以P=

=6.34a

第二节带区的再划分

1、确定采煤工作面长度。

为使巷道保持良好状态，防止采空区矸石冒落及保证生产安全，需在带区左右两侧留有一定围的煤柱，煤柱尺寸大小与煤层上的压力及煤体本身强度有关，综合已知条件及所选用的采煤方法，在采区左右边界各留10m的边界煤柱，采区不再留这类煤柱。

工作面长度可以用下列式表示：

L=n

Bη

式中L——工作面长度，m；

n——同时放煤支架数；

T——每班工作时间，min；

t——每架支架放煤所需时间，min；

B——支架宽度，m；

η——每班工作时间效率。

取：

n=2，B=1.5m，T·η=300min，t=6min

则：

L=2×

=150m

2、确定采区的区段数目或带区的工作面数目。

根据给定的条件可知，煤层的倾向长度800-20=780m,走向长度2000-20=1980m。

地质构造简单，煤层赋存条件较好，瓦斯涌出量小。

回采工作面是沿走向方向布置，沿倾向推进，采用倾斜长壁采煤法

工作面数目:

N=（L-S0）/（l+l0）

式中：

L——煤层走向方向长度，m；

S0——采区边界煤柱宽度，m；

l——工作面长度，m；

l0——回采巷道宽度，取3m；

N=

=12.69取13

巷道宽度为4m～4.5m,本带区选取4.5m，且采区生产能力为120万t，选定13个区段，采用沿空掘巷方式,巷道间留较小煤柱，取5米。

割煤机一刀进刀量为0.8m，年产量为120万吨，则经计算可知，工作面长度为150m,每天割9刀。

3．确定工作面生产能力；

采煤工作面产量：

A0=Lv0MγC0

式中L——采煤工作面长度，m；

v0——工作面推进速度，m/a，v0=0.8m×6×12×20=1152m/a；

M——煤层厚度或采高，m；

γ——煤的密度，t/m3；

C0——采煤工作面采出率，一般0.93~0.97，薄煤层取高限，厚煤层取低限。

采煤工作面的年推进度：

综采面可达1080~1200或以上；普采面不小于600m。

A0=150××6.9×1.30×0.93=1441514.88t/a

式中

----工作面生产能力，万t

----采区生产能力，120万t/a

----每年正常工作日，330天

故

4、确定采区或带区同采工作面数目及工作面接替顺序。

生产能力为120万t/a,且工作面生产能力为3305.79t。

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，以两个工作面产量保证采区产量，所以定为采区5个区段工作面接替顺序，采用下行开采顺序：

工作面接替顺序图

区段1区段2

↓

区段3区段4

↓

区段5区段6

↓

区段7区段8

↓

区段9区段10

¬

图1-1

布置一个普采工作面无法满足设计条件，则需要两个工作面同时开采。

煤层：

区段1、区段2→区段3、区段4→区段5、区段6

→区段7、区段8→区段9、区段10

（箭头表示方向为工作面推进顺序）

论述煤层间、分层间、区段间、条带间的开采顺序及参数。

第三节确定采（带）区准备巷道布置及生产系统

1.确定带区开拓巷道布置

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k1煤层底板下方50m处的稳定岩层中。

2.由于地质构造简单，无断层，煤层赋存条件好，涌水量较小，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，采用沿空掘巷的方式。

3.方案选择

方案一：

分带单独布置

每一个分带分别开斜巷进入上部煤层，每一个分带都布置一个煤仓直通运输大巷。

方案二：

带区联合布置

运输大巷通过材料斜巷进入上部煤层，在上部煤层布置运煤集中平巷。

，整个带区布置一个煤仓

巷道硐室掘进费用

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）

回风运料斜巷

1580

152*16

383.76

152*2

47.97

进风行人斜巷

1580

94*16

237.33

94*2

29.66

煤仓

145

3.14*16*25*4

72.34

3.14*16*25*0.5

9.04

集中平巷

835

3600-10*2

297.49

合计

693.44

384.17

巷道硐室维护费用

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）

回风运料斜巷

40元/m

152*16

185.584

152*16.02*2

19.48

进风行人斜巷

40元/m

94*16*16.02

96.38

94*16.02*2

12.04

小计

254.96

31.527

煤仓

30元/m

25*16.02*16

19.224

25*16.02

1.201

集中平巷

160元/m

2*2577*16.02

1321.07

总计

529.161

1321.079

生产经营费用

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）

斜巷

1164元/m

94*16

175.06

94*2

21.883

煤巷

951元/m

25*16

38.04

25*2

4.755

合计

213.10

26.638

费用汇总表

方案

矿井

费用名称

方案一

方案二

掘进（万元）

693.44

384.17

维护（万元）

529.161

1321.07

生产（万元）

213.105

26.638

总计（万元）

1435.713

1731.898

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。

虽然方案二维护费用高，但从技术和管理等方面的综合分析，选择方案二更优越。

综上所述，选择带区联合布置方式，巷道布置情况见巷道布置图、带区巷道剖面

4.定带区通风布置系统

各煤层通风系统为：

运输大巷→材料斜巷→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

第二章采煤工艺设计

第一节采煤工艺方式的确定

1、设置采煤工艺

对于设计带区的煤层厚度为6.9m,进行采煤工艺设计。

6.9m属于厚煤层，硬度系数f=2，结构简单，无断层，瓦斯涌出量较低，涌水量也较少。

故可用综合机械化采煤工艺，进行倾斜长壁采煤法开采。

综采工作面流程为采煤机向上割煤、移架→采煤机向下装煤→推移刮板输送机→斜切进刀→推移刮板输送机

2、综采工作面的设备选用国产设备。

根据实际情况和对多种采煤机的型号对比选用采煤机MG2*160/710-AWD型电牵引采煤机

3、装煤

（1）确定落煤方式

采用双滚筒采煤机直接落煤。

（2）确定割煤方式

往返一次割两刀。

（3）确定进刀方式

为提高煤炭采出率，选取端部割三角煤斜切进刀方式，如图所示：

（4）确定截深

综合考虑煤层顶底板状况、煤本身硬度、采煤机截割功率、采煤机效率、输送机运输能力等确定截深为800mm。

4、运煤

液压支架型号

型号

ZZ400/17/35

中心距

1500mm

型式

支撑掩护式

外形尺寸

5900×1420mm

运煤方式

双输送机运输

适应煤层倾角

<15°

支撑高度

1.7-3.5m

支架重量

13t

工作阻力

4000kN

设计单位

煤机厂

（1）移架方式

移架方式为分段移架

（2）支护方式

由于煤层f=2，顶煤厚度较小，选用及时支护。

（3）端头支护

端头支护方式为单体支柱加长梁组成的迈步抬棚。

（4）超前支护方式和距离

由于采用综采开采，支撑压力分布围为20～30米，峰值点距煤壁前方5-15m,所以超前支护的距离为20米。

选用单体支柱和金属铰接顶梁支护。

铰接顶梁的长度为1000mm。

5、处理采空区

一般采用全部垮落法。

第二节工作面合理长度的确定

确定工作面合理长度时要考虑以下方面：

1、煤层地质条件

该带区煤层埋藏稳定，地质构造简单，无断层，煤层属简单结构煤层，硬度系数f=2；煤层平均倾角为12°，煤层厚度适中，瓦斯涌出量低，自然发火倾向较弱，涌水量也小，综采工作面长度一般为120~180m，由于带区的地质条件好，所以工作面150m是合适的。

2、工作面生产能力

工作面设计设计设计生产能力为120万t/年，正规循环采用每天进9刀，采用二班采煤，一班准备。

每刀进800mm，一个工作面就可满足带区设计生产力要求。

3、运输设备及管理水平

带区工作面生产所选用的设备均为国先进的生产设备，工作面选用200m的刮板输送机能满足工作面的运输要求，能够与时俱进的跟上技术的发展。

4、顶板管理及通风能力

该带区顶板较稳定，采用及时支护，可有效控制顶板冒落等不安全因素，采用全部垮落发处理采空区，如长距离顶板不垮落，可采用人工强制放顶的方法处理顶板问题。

另外，工作面的瓦斯涌出量较低，通风问题能够解决。

5、经济合理的工作面长度（产量、效率和工作面推进度的关系）

工作面的合理长度与地质因素和技术因素的关系十分密切，直接影响工作面的生产效率，现在煤矿都向“一矿一井一面”的高产高效集中化方向发展，一个工作面就可满足采区，甚至是一个矿井的设计生产能力需要。

合理的工作面长度不仅生产成本低，而且易管理，可以加快工作面的推进速度，减少巷道的维护时间，降低回采成本，以达到最优的技术经济效益。

第三节循环方式、作业形式的选择及循环图表的编制

1、工作面作业方式；

 2、绘制循环图表：

循环作业图。

参考文献：

[1]中国矿业学院等校编.《采煤学》.：

煤炭工业，1979

[2]王家廉，吴绍倩编.《煤矿地下开采方法》.：

煤炭工业，1985

[3]吉昌.《煤矿施工设计基础》.：

人民，1983

[4]煤矿设计手册最新版。

教师评价：

成绩：

教师签字：

年月日