本科采矿课程设计指导书

河南理工大学采矿课程设计指导书能源科学与工程学院采矿工程系二ｏｏ六年十二月第一章井田地质特征、矿井储量及年产量井田地质特征及矿井储量是采矿课程设计的基础资料。编写本章说明书时，应扣紧指导教师拟定的设计题目，按课程设计大纲的要求进行，应尽量用图表说明问题。第一节井田地质特征叙述清楚煤层埋藏条件如煤层层数、煤层名称、倾角、厚度、层间距；煤的容重、硬度、煤层结构；顶底板岩性、表土厚度及性质、风化带深度等。并将煤层及顶底岩性特征列入表1-1。说明井田内的主要地质构造如断层性质和要素、褶曲分布形态。说明矿井最大涌水量、正常涌水量。矿井相对瓦斯涌出量。煤尘爆炸性、煤的自燃性等。表1-1煤层及顶底岩性特征(说明书中附)序号煤层名称倾角（0°）煤层平均厚度（m）层间距（m）容重(t/m3)硬度(f)煤层生产率(t/m2)围岩性质备注顶板底板123第二节井田范围及储量一、井田范围课程设计说明书中应明确说明设计的井田范围、井田走向长度、倾斜长度、井田内煤层面积，井田面积(km2)。并把确定的井田范围标注在主采煤层(或指导教师指定的煤层)的开拓方式平面、剖面示意图(插图)上。应注意煤层面积、井田面积的区别。井田煤层面积是井田走向长度与倾斜长度的乘积，井田面积是井田走向长度与倾向长度（即倾斜长度的水平投影）的乘积。二、矿井储量井田范围内煤炭储量是进行矿井设计的基本依据。在具体设计之前必须把储量计算清楚。矿井工业储量计算可采用地质块段法和等高线法，有关知识可参考《煤矿地质学》、《矿山测量》等教材。矿井工业储量是勘探(精查)地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量。矿井设计储量是矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失后的储量。矿井设计可采储量是矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、矿井井下主要巷道及上、下山保护煤柱煤量后乘以采区采出率的储量。上述各种煤柱计算可参照《矿山测量》、《采矿学》的有关章节内容，用图解法求得。井田境界煤柱，在设计井田一侧可按20～30m宽度留设，断层两侧煤柱可按30～50m计算工业场地压煤时，其场地占地面积可参考表1-3。工业场地一般布置成长方形，其长边垂直于走向。因工业场地、矿井井下主要巷道等煤柱损失与井田开拓方式、采煤方法有关，其煤柱损失量待第三章井田开拓、第四章采煤方法确定后才能确定。为便于利用矿井可采储量初步确定矿井设计生产能力，上述永久煤柱损失与工业场地、井下主要巷道煤柱损失等可暂按工业储量的5～7%计入，初步估算矿井设计可采储量。但此计算过程不列入设计说明书中，待后续有关设计确定后，再对上述各种损失进行修正，并按表1-2的格式正式填入矿井可采储量汇总表，统计出矿井设计可采储量。表1-2矿井可采储量计算表(说明书中附)煤层名称工业储量(Mt)永久煤柱损失(Mt)工广主巷煤柱采煤方法损失矿井设计储量(Mt)矿井设计可采储量(Mt)断层井田境界其它合计合计表1-3矿井工业场地占地面积指标序号井型设计生产能力(Mt/a)占地面积指标(公倾/Mt)1大型2.403.007～821.201.501.809～103中型0.450.600.9012～134小型0.090.150.210.3015注：占地面积指标中小井取大值、大井取小值。确定井型时，不应出现介于两种生产能力之间的中间井型。第三节矿井年产量及服务年限一、矿井工作制度“技术政策”第14条规定：“矿井设计能力按年工作日300d，每天提升14h”计算。每天3班作业，每班工作8小时。综采工作面可采用每日4班作业，每班工作6小时。二、矿井年产量及服务年限课程设计一般为新建井，分析确定矿井设计生产能力和设计服务年限时，可先试取1个矿井设计生产能力（比如0.90Mt/a），然后按下式计算矿井服务年限：KAZTk式中：T——矿井设计服务年限，a；ZK——矿井设计可采储量，Mt；A——矿井设计生产能力，Mt/a；K——储量备用系数，K=1.3～1.5。计算出的矿井设计服务年限必须符合表1-4中规定的服务年限。如小于规定服务年限，则必须调整矿井设计生产能力。对缺煤地区，其服务年限可适当缩短(见《技术政策》14条)。应注意上式计算矿井服务年限所采用的矿井设计可采储量是本章第二节的初算储量，故当利用后续章节所确定的准确煤柱损失量后，必须用修正后的矿井设计可采储量对矿井服务年限进行复核，仅需将复核后的矿井设计生产能力和服务年限的计算过程编入设计说明书中。上述试算、调整和修正过程不列入设计说明书。表1-4矿井井型和服务年限井型矿井设计生产能力(Mt/a)新矿井服务年限(a)改扩建后矿井服务年限(a)大型3.00～5.0070501.20～2.406040中型0.45～0.905030小型0.30及以下由各省煤炭厅(局)自定同左第二章井田开拓第一节井田内划分一、保证年产量的工作面长度和个数，区段斜长和区段数目1、确定达到设计产量时工作面总线长：3KLmxAB式中：B——采煤工作面总线长，m；A——矿井设计年产量，t/a；x——回采出煤率，可取0.9；m——同采煤层总厚度，m；——煤层容重，t/m3；3K——工作面采出率，薄煤层97%、中厚煤层95%、厚煤层93%；L——年推进度，InL300其中：300——矿井年工作日，天；n——日循环数，个；I——循环进度，m；——正规循环系数，=0.8～1。计算年推进度L值应符合《设计规范》第6.2.2条及6.2.3条规定，即采煤工作面年推进度，应按所选采煤设备的技术性能、采煤循环图表计算。但厚度大于3.2m一次采全高的煤层及厚度小于1.4m的薄煤层的综合机械化采煤工作面年推进度不应小于1000m，煤层厚度1.4～3.2m的综合机械化采煤工作面年推进度不应小于1200m，普通机械化工作面不应小于700m。2、确定同采工作面个数)(取整数lnBN式中：N——同采工作面数，个；B——工作面总线长，m；n——同采煤层数(或分层数)；l——回采工作面长度，m，第三章述之。3、采区工作面配置采区内同采工作面数目应根据煤层赋存特征，所确定的回采工艺等确定，同时应以符合合理的开采顺序，保证安全生产提高工作面单产为原则。采区内同时生产的综采工作面宜为一个面，不应超过两个4根据所配置同采工作面的具体条件，验算投产初期矿井年产量，验算公式如下：iiniiiinKlImA1式中：nA——矿井同采工作面产量总和，万t；im——第i号工作面采高，m；iI——第i号工作面长，m；il——第i号工作面年推进度，m/a；i——第i号工作面煤的容重，t/m3；n——同采工作面数；Ki——第i号工作面采出率，薄煤层97%、中厚煤层95%、厚煤层93%；计算结果nA加上全矿井掘进煤之和应大于矿井设计产量A，但不宜超过1.15A。5、区段斜长及区段数目采用走向长壁采煤法的采区，应先对区段平巷布置方式进行论证，条件允许时，应优先考虑采用无煤柱护巷。有煤柱护巷时，区段斜长等于回采工作面长度加区段平巷和护巷煤柱的宽度。根据《设计规范》有关规定，回采工作面长度可参考表2-1。表2-1工作面长度参考表回采工艺类型工作面长度(m)综合机械化采煤不宜小于160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100～120为了保护采区内各种煤层巷道处于良好状态，目前比较常用的是留设一定尺寸的煤柱。煤柱尺寸主要根据实际经验来确定。对于缓斜煤层，可参考表2-2的尺寸留设。表2-2采区煤层巷道护巷煤柱尺寸巷道类别薄及中厚煤层巷道一侧(m)厚煤层巷道一侧(m)备注水平大巷20～3025～50主要回风巷20左右20～30采区上(下)山20左右30～40区段平巷8～2015～20采区边界5～105～10较大断层10~5010～50视断层落差情况而定区段斜长确定后，根据下面设计确定的采区斜长，减去采区范围内应留设的其它倾斜方向的煤柱后，除以区段斜长，即得到区段数目。如为整数，可按此整数划分区段，如得到的区段数不是整数，则应在合理的工作面长度范围内对工作面长度加以调整，或调整相关的其它方面的参数，使其区段数为一整数。多煤层的联合布置采区，区段划分以主要煤层为准，兼顾其它煤层。当采区范围内煤层倾斜方向有较大二、井田内划分根据煤层赋存特征、井田内划分一般根据以下原则：1、井田划分阶段时，阶段要有合理的斜长，以利于运输、通风、巷道维护等。上山采用输送机时，辅助提升一般采用一段单钩串车提升，绞车滚筒直径一般不大于1.6m，根据绞车的缠绳量、阶段斜长一般不超过800m，对煤层赋存条件好、生产能力较大的采用滚筒直径2.0m绞车，有效提升距离可达900余米。根据以上分析，阶段垂高一般可按下列范围确定：缓斜、倾斜阶段垂高为150～250m，急斜煤层100～150m，倾角16°及以下煤层、瓦斯含量低、涌水量小时，应采用上、下山开采相结合的方式。阶段内采区划分一般应考虑沿走向有无大的地质构造变化，如断层、无煤带、倾角变化较大等，若有可利用这些地质变化带作为采区边界。在无地质条件限制时，采区划分应综合考虑技术经济的合理性，确定最优方案。在课程设计中，采区走向长度可参照下列数值确定：综采工作面单翼布置时，走向长度一般不小于1000m，双翼布置时一般不小于2000m；高档普采的双翼采区，其走向长度一般为1000～1500m；炮采工作面，双翼采区走向长度一般为800～1000m。对于顶底板松软巷道难以维护，地质构造复杂或自然发火期短的煤层，以及装备水平低的小型矿井，采区走向长度适当缩短。具体划分时，应该使矿井初期开采的采区，尽量布置在井筒附近，应优先考虑布置中央采区的可能性。采用胶带输送机斜井开拓时，初期中央采区上山可利用主、副斜井，以减少井巷工程量；采区一般宜双翼布置。当受地质构造限制，或在安全上有特殊要求时，也可布置单翼采区。采区内要有合理的区段数目，以保证采区正常生产和工作面接替。在我国目前技术条件下，缓斜煤层可按3～5个选取，倾斜和急斜煤层不少于2～3个。2、煤层倾角小于12°，采用倾斜长壁时，条带斜长上山部分一般为1000～1500m，下山部分一般为700～1000m。也可参考实习矿井实际采用的尺寸。3、煤层倾角在8°～10°以下的近水平煤层，宜采用盘区开采。如果煤层层数不多，间距较近，可以用一个开采水平开采所有煤层，盘区上山的长度一般不超过1500m，盘区下山的长度不宜超过1000m。如果煤层数目多，上下煤层间距又较大，此时开采水平的位置决定着盘区的倾斜尺寸。三、开采水平数目及位置开采水平的数目、位置，应根据煤层赋存条件、阶段的划分、生产技术水平和水平接替等因素综合考虑。一般应注意以下几点：1、要保证第一水平有足够的服务年限，其服务年限不应小于表2-3的规定。表2-3第一开采水平设计服务年限井型Mt/a第一开采水平设计服务年限(a)缓斜煤层倾斜煤层急斜煤层3.0～5.035__________1.2～2.43025200.45～0.92520150.31.5__________2、在开采水平以上的上山斜长过大，用一个阶段开采技术上有困难、安全上不可靠，或由于地质3、为解决下山采区排水、通风和辅助提升，对某些涌水量大或阶段斜长较长的下山采区，亦可考虑设置辅助水平。第二节开拓方案的选定一、井硐形式、数目及其配置应根据煤层赋存条件、地形、水文地质、冲积层组成和厚度、井型、设备供应、施工条件等因素来考虑。1、井硐型式的选择如煤层赋存于较高的山岭、丘陵和沟谷地区，上山部分煤的储量大致满足同类井型的水平服务年限要求时，应优先考虑采用平硐开拓。当平硐以上煤层垂高或斜长过大时，可采用阶梯式平硐开拓；一般应优先考虑垂直走向或斜交平硐开拓；当受地形条件限制时，也可采用走向平硐开拓，但要注意单翼生产的特点，适当确定井型。对于赋存较浅、表土不厚、水文地质情况简单、井筒不需要特殊施工的缓斜和倾斜煤层，一般可采用斜井开拓方式。采用不同提升方式的斜井，其井筒倾角一般规定如下：串车提升时，井筒倾角不大于25°