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采矿工程系《煤矿开采学》课程设计说明书课程名称：煤矿开采学姓名：学号：班级：指导教师：-1-.序论········································2第一章．采区巷道布置·······························4第一节．采区储量与服务年限···························4第二节．采区内的再划分·····························5第三节．确定采区内准备巷道布置及生产系统····················7第四节．采区中部甩车场线路设计·························11第二章．采煤工艺设计·······························18第一节．采煤工艺方式的确定···························18第二节．工作面合理长度的确定··························22第三节．采煤工作面循环作业图表的编制······················23小结········································25参考文献········································26-2-序论一、目的1、初步应用《采矿学》课程所学的知识，通过课程设计，加深对《采矿学课程的理解。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。二、设计题目1、设计题目的一般条件本采区南以F4断层为界，北以相邻采区煤柱为界，上部标高-50m以上为风化带煤柱，下部边界为水平煤柱。采区走向长度2100m，倾斜平均长度960m,倾角平均为12°。采区共有两层煤，区内地质构造简单，为单斜构造，无断层和褶曲。采区内无大的含水层和地下水，开采条件较好。运输和回风石门标高分别是-250m和-50m。采区生产能力自定。2.煤层特征本采区内赋存4，5号两层煤，4号煤层和5号煤层均为中厚煤层。煤层埋藏稳定，构造简单，煤质中硬，自然发火期为3-12个月。煤岩爆炸指数为34-70％。煤层瓦斯含量小，采区所属矿井为低瓦斯矿井。煤层特征表序号煤厚（m）顶底板岩性层间距（m）倾角（°）稳定性最大最小一般顶板底板最大最小一般42.21.82粉砂岩粉砂岩24182012稳定-3-三、课程设计内容1、采区或带区巷道布置设计；2、采区中部甩车场线路设计或带区下部平车场(绕道线路和装车站线路)线路设计；3、采煤工艺设计及编制循环图表四、进行方式学生按设计大纲要求，任选设计题目条件中的煤层倾角条件1或煤层倾角条件2，综合应用《采矿学》所学知识，每个人独立完成一份课程设计。第一章采区巷道布置第一节区储量与服务年限1、采区生产能力选定根据要求采区上部煤柱为10m下部煤柱留10m，故剩余倾斜长度为：960-20=940mN=940/220+4*2=4.1取分4个区段采煤工艺选取综合机械化采煤，工作面长度取220m。采区生产能力A0=LV0MrC0取第四层先生产A0=220*1200*2*1.3*0.95=65.2≈65万吨/a2、采区的工业储量、设计可采储量(1)采区的工业储量Zg=H×L×(m4+m5)×γ(公式1-1)式中：Zg----采区工业储量，万t；H----采区倾斜长度，960m；52.72.32.5粉砂岩粉砂岩12稳定-4-L----采区走向长度，2100m；γ----煤的容重，1.30t/m3；M4----K1煤层煤的厚度，为2米；M5----K3煤层煤的厚度，为2.50米；Zg=960*2100*1.3*（2+2.5）=1179.3万吨(2)采区设计可采储量Zk=(Zg-P)×C(公式1-2)式中：Zk----采区设计可采储量,万t；Zg----采区工业储量，万t；P----采区煤柱损失量，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：采区煤柱包括区段煤柱、采区上下边界煤柱、采区两侧边界煤柱及维护上山煤柱。由于K4、K5煤层都为中厚煤层，因此C值取0.8）PK4=2*20*3*940*1.3+15*2*940*1.3+2*30*940*1.3+2055*10*2*2*1.3=36.3万吨PK5=2.5*20*3*940*1.3+15*2.5*940*1.3+2055*10*2*2.5*1.3+2.5*30*940*1.3=45.4P=PK4+PK5=36.3+45.4=81.7万吨ZK=(1179.3-81.7)*0.8=878万吨(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，万t；ZK----设计可采储量，万t；K----储量备用系数，取1.3。T=878/65*1.3=10.3a取11年(4)验算采区采出率采区采出率C=(Zg-P)/Zg(公式1-4)式中：C-----采区采出率，%Zg----采区的工业储量，万t-5-P----采区的煤柱损失量，万tC=（1179.3-81.7）/1179.7=0.930.8(符合国家对采区采出率的要求。)第二节采区内的再划分1、确定工作面长度以确定工作面长度为220m2、确定采区内区段数确定采区内区段数为4段3、工作面生产能力工作面日生产能力：Qr=A／(T×1.1)（公式1—6）式中：Qr——工作面生产能力，t／dA——采区生产能力，t／aT——每年正常工作日，300dQr=A／(T×1.1)=650000／(300×1.1)=1969.7t／d4、确定采区内同采工作面数及工作面接替顺序生产能力为65万t/a,且工作面生产能力为1969.7t／d。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，以一个工作面产量保证采区产量，所以定为采区内一个工作面生产。工作面布置（双翼布置）图如下图所示：K4煤层K5煤层1401140215011502140314043303150414051406330515061407140815071508工作面接替顺序：左右交替，左边开采，右边准备；采区内自上而下开采，先采完上区段，后开采下区段；煤层间自上而下开采，先采K4煤层后采K5煤层最终达到高产高效。工作面接替顺序如下表所示：1401→1402→1403→1404→1405→1406→1407→1408→1501→1502→1503-6-→1504→1505→1506→1507→1508（说明：以上箭头指向表示工作面接替顺序。）第三节确定采区内准备巷道布置及生产系统1、根据所选题目条件，完善开拓巷道为了减少煤柱损失提高采出率，利于灭灾并提高经济效益，根据所给地质条件及采矿工程设计规划，-50标高开掘一条阶段回风大巷。第一开采水平为该采区服务的一条运输大巷，布置在-250标高处2、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较按采区上山数目、位置的不同提出两个方案：方案一：在K4煤层中开掘一条轨道上山，在距K4煤层10m处的底板岩层中开掘一条运输上山，即一煤一岩上山，如下图所示方案二：在K4煤层中开掘两条上山（轨道上山与运输上山），即双煤上山，如下图所示(1)两种方案在经济上比较工程量表：-7-序号工程名称单位数量工程量计算式1轨道上山巷道宽4m1.5=自巷道底板算起的墙高2掘进=960m100m³117.50411750.412.24*960=11750.43半圆拱断面积12.24S=4*(0.39*4+1.5)=12.244树脂药卷锚杆架设Φ20*2000mm100根146.88（12.24*960/0.8)/1005树脂锚杆制作Φ20*2000mm100根149.81（12.24*960/0.8）*1.02/1006喷射混凝土墙100m³4.322*1.5*0.15*960/1007喷射混凝土拱100m³9.3821.57（4+0.15）*0.15*960/1008钢筋网制作铺设t56.92（1.57*4+2*1.5）*960*6.39/1000（6.39KG/㎡）费用表：工程名称数量工程量煤绗单价岩巷单价煤巷费用岩巷费用掘进=960m117.50411750.450061239958.82145.68半圆拱断面积12.24树脂药卷锚146.882869286942.1442.14-8-杆架设Φ20*2000mm树脂锚杆制作Φ20*2000mm149.814230423063.3663.36喷射混凝土墙4.32611716117126,4226.42喷射混凝土拱9.382704467044667.0367.03钢筋网制作铺设56.922540254014.4514.45比较方案一方案二544.44601100%110.8%（说明：由于其它各项费用基本相同，所以不进行比较。）可得出双煤上山的费用是一煤一岩上山的1.10倍，在费用上多出10%，即一煤一岩上山在经济上比较占优势。（2）两种方案在技术上比较采区方案技术比较表方案\项目第一方案一煤一岩上山方案第二方案双煤上山方案-9-1、掘进工程量工程量大比第二方案多掘石门工程量小2、工程难度困难较容易3、通风距离较长每区段增加了通风距离短4、管理环节多少5、巷道维护一条煤层上山，维护工程量较大，费用较高维护工程量大，维护费用高7、工程期岩石上山掘进速度慢，工程期较长双煤上山掘进快，投产快当采用双煤上山布置时，由于最下部的K4煤层为维护条件较好的中厚煤层，煤质中硬，且顶部为稳定的灰色粉砂岩，所以上山布置在K4煤层中，维护相对容易，且上山掘进速度快，可实现早投产。如果采用一煤一岩上山布置，虽运输上山为岩巷，较容易维护，但其掘进速度慢，不利于早投产，且工作量大。而且两个方案的总费用相差不大。综合经济和技术比较，最终决定将采区上山布置在K4煤层中，即采用双煤上山，两条上山间距为20m，上山两侧各留20m的保护煤柱。3、确定工作面回采巷道布置方式及工作面推进终点位置根据煤层储存条件可知，K4煤层厚2m，K5煤层厚2.5m，都为中厚煤层，瓦斯含量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小，易于维护。工作面走向推进长度为993m左右，采用单巷布置，且一个工作面就可以达到设计生产能力的要求。综合考虑，回采巷道布置方式采用单巷沿空掘巷。4、在采区巷道布置平面内，工作面布置及推进到的位置应以达到采区设计产量为准该采区采用双翼开采，在采区两侧各留15m煤柱，因左侧有大断层故多留15m煤柱，开始布置工作面，进行推进。由于采区上山布置在K4煤层中，在离-10-上山20m处停采，留20m煤柱保护采区上山，两条上山中间留20m的保护煤柱。K1、K3煤层相距20m左右，由于相距较近，因此两层煤所留煤柱相同，工作面布置及推进到的位置也一样。5、采区内上、下区段工作面交替期间同时生产时的通风系统图采区内上下区段工作面交替期间同时生产时的通风系统图如下图所示6、采区上、下部车场选型采区上部车场选用单向甩车场；采区下部车场选用大巷装车顶板绕道式下部车场。第二章采煤工艺设计第一节采煤工艺方式的确定1、选第一个煤层，即K4煤层,进行采煤工艺设计，布置采煤工作面由于K4煤层厚2m，煤质中硬，因此采用综合机械化采煤，一次采全高。工作面回采工艺流程为：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。-11-2、综采工作面的设备选用国产设备。由于设备资料来源的原因，选用国产综采设备。各设备技术参数(1)采煤机MG300AW（鸡西煤机厂）采高1.5～3.0m适应倾角≤35°截深630mm滚筒直径1.6m控顶距1500mm牵引方式交流变频调速无链双驱动电牵引牵引力360kN牵引速度0-6m／min滚筒中心距8934mm机面高度1200mm(2)液压支架FJ4*457-1.64/3.5（重庆庆阳机械厂）型式支撑掩护式支撑高度164～3.5m宽度1.42～1.59m煤层厚度中厚煤层初