采矿学课程设计

序论一、设计目的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某矿第一开采水平上山某采（带）区自下而上开采K1、K2和K3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3000m，倾斜长度1100m，采（带）区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，K1和K2煤层属简单结构煤层，硬度系数f=2，各煤层瓦斯涌出量也较小。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K3煤层底版下方25m处的稳定岩层中，为满足该采（带）区生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（1）、设计题目的煤层倾角条件1：煤层平均倾角为12°。（2）、设计题目的煤层倾角条件2：煤层平均倾角为16°。三、课程设计内容1、带区巷道布置设计；2、带区中部甩车场线路设计或下部平车场（绕道线路和装车站线路）线路设计。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。设计者之间可以讨论、借鉴，但不得相互抄袭，疑难问题可与指导教师共同研究解决。本课程设计要求方案进行技术分析与经济比较。附表1：设计带区综合柱状图柱状厚度（m）岩性描述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6.9K1煤层，γ=1.30t/m34.20灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬7.80灰色砂质泥岩3.0K2煤层4.60薄层泥质细砂岩，稳定3.20灰色细砂岩，中硬、稳定2.20K3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—80Mps。。。。。。。。。。。。。。。。。。24.68灰色中、细砂岩互层设计说明书内容本人此次课程设计在遵循原有设计条件下选择带区准备方式进行设计，煤层平均倾角为12°,生产能力为180万t/a。------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------··················第一章带区巷道布置第一节带区储量与服务年限1、带区生产能力选定为150万t/a。2、带区计算的工业储量、设计可采储量分别为：（1）、带区工业储量由Zg=H×L×(m1+m2+m3)×γ(公式1-1)式中：Zg----带区工业储量，万t；H----带区倾斜长度，1100m；L----带区走向长度，3000m；γ----煤的容重，1.30t/m3；m1----K1煤层煤的厚度，为6.9m；m2----K2煤层煤的厚度，为3.0m；m3----K3煤层煤的厚度，为2.20m；Zg1=1100×3000×6.9×1.3=2960.10万tZg2=1100×3000×3.0×1.3=1287.00万tZg3=1100×3000×2.2×1.3=943.80万tZg=1100×3000×（6.9+3.0+2.2）×1.3=5190.9万t/a（2）、设计可采储量ZK=（Zg-P）×C(公式1-2)式中：ZK----设计可采储量,万t；Zg----工业储量，万t；P----永久煤柱损失量，万t；C----带区采出率，厚煤层取75%，中厚煤层取80%，薄煤层85%，这里C1=0.75,C2=C3=0.80。P1=30×2×3000×6.9×1.3+15×2×(1100－30×2)×6.9×1.3=189.45万tP2=30×2×3000×3.0×1.3+15×2×(1100-30×2)×3.0×1.3=82.37万tP3=30×2×3000×2.2×1.3+15×2×(1100－30×2)×2.2×1.3=60.40万t（P包括上下两端永久煤柱损失量和左右两边永久煤柱损失量,万t）ZK1=(Zg1-P1)×C1=(2960.10-189.45)×0.75=2077.99万tZK2=(Zg2-P2)×C2=(1287.00-82.37)×0.80=963.70万tZK3=(Zg3-P3)×C3=(943.80-60.40)×0.80=706.72万tZK=ZK1+ZK2+ZK3=37480.41万t（3）、带区服务a限T=ZK/(A×K)×100%(公式1-3)式中：T----带区服务a限，a;A----带区生产能力，180万t；ZK----设计可采储量；K----储量备用系数，取1.3。T1=ZK1/(A×K)=2077.99万t/（180万t×1.3）=8.88aT2=ZK2/(A×K)=963.70万t/（180万t×1.3）=4.12aT3=ZK3/(A×K)=706.72万t/（180万t×1.3）=3.02aT=T1+T2+T3=16.02a（4）、验算带区采出率1、对于K1厚煤层:C1=(Zg1-P1)/Zg1……(公式1-4)式中：C----带区采出率，%；Zg1----K1煤层的工业储量，万t；P1----K1煤层的永久煤柱损失，万t，取Zg1×6%；C1=(Zg1-P1)/Zg1=(2960.10－189.45)/2960.10=93.60%75%满足要求2、对于K2中厚煤层：C2=(Zg2-P2)/Zg2(公式1-5)式中：C----带区采出率，%；Zg2----K2煤层的工业储量，万t；P2----K2煤层的永久煤柱损失，万t，取Zg2×4%；C2=(Zg2-P2)/Zg2=(1287.00－82.37)/1287.00=93.60%80%满足要求2、对于K3中厚煤层：C3=(Zg3-P3)/Zg3(公式1-5)式中：C----带区采出率，%；Zg3----K3煤层的工业储量，万t；P3----K3煤层的永久煤柱损失，万t，取Zg3×4%；C3=(Zg3-P3)/Zg3=(943.80-60.64)/943.80=93.60%80%满足要求第二节带区内的再划分1、确定工作面长度该煤层组左右两边界各留15m的边界煤柱，上部留30m防水煤柱，下部留30m护巷煤柱，从而其煤层倾向长度共有：1100-60=1040m，走向长度为3000-30=2970m。又各煤层埋藏平稳,地质构造简单，无断层,煤层附存条件较好，瓦斯涌出量较低,涌水量也小,自然发火倾向较弱,且现代采矿工作面长度有加长趋势，故采煤工艺选取较先进的综合机械化采煤方法。一般而言，考虑到设备选型及技术方面的因素,综采工作面长度为180～250m，巷道宽度为4m～5m,本带区开掘巷道宽度为5m，且带区生产能力为180万t/a，一个厚煤层或中厚煤层的一个工作面便可以满足生产要求，将带区划分为两个大的分带,两大分带间留取30m较大煤柱，再分别划分为7个小分带,最后将整个带区划分为14个分带，采用沿空掘巷方式,巷道间留取5m较小煤墙。故工作面长度为：L=（3000-15×2-30-12×5-5×28）/14=196m2、确定带区内工作面数目回采工作面沿走向布置，沿倾向推进，采用下行后退式倾斜长壁采煤法开采。工作面数目：N=(L-S0)/(l+l0)------------（公式1-4）式中：L-----煤层走向长度(m)；S0----带区边界煤柱宽度(m)；l-----工作面长度(m)；l0----回采巷道宽度，因采用综采采煤法，故l0取5m。则:N=(3000-2×15-30-12×5)/(196+5+5)=143、工作面生产能力Qr=A/(T×1.1)……(公式1-5)式中：A----带区生产能力，180万t/a；Qr----工作面生产能力，万t；T----每a正常工作日，330天。故：Qr=A/T×1.1=180/(330×1.1)=4958.68t4、确定带区内同采工作面数及工作面接替顺序生产能力为180万t/a,且工作面生产能力为4958.68t。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带区产量，所以定为带区内一个工作面生产。各煤层采用跳采方式开采,14个分带工作面接替顺序如下:K1工作面接替顺序图工作面编号11011102110311041105110611071108110911101111111211131114开采次序1357911132468101214对于K1布置一个综放工作面便可以满足生产设计的要求。K1煤层接替顺序为：1101→1108→1102→1109→1103→1110→1104→1111→1105→1112→1107→1113→1109→1114K2工作面接替顺序图工作面编号21012102210321042105210621072108210921102111211221132114开采次序1357911132468101214K2煤层工作面接替顺序：2101→2108→2102→2109→2103→2110→2104→2111→2105→2112→2106→2113→2107→2114K3工作面接替顺序图工作面编号31013102310331043105310631073108310931103111311231133114开采次序1357911132468101214K3煤层工作面接替顺序：3101→3108→3102→3109→3103→3110→3104→3111→3105→3112→3106→3113→3107→3114（说明：以上箭头方向表示工作面推进先后。）第三节确定带区内准备巷道布置及生产系统1．3．1完善开拓巷道为了缩短带区准备时间并提高经济效益，根据所给地质条件，在第一开采水平中，把为该带区服务的运输大巷和回风大巷均布置在K3煤层底板下方25m的稳定岩层中。1．3．2确定巷道布置系统首先确定回采巷道布置方式，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，无自然发火倾向,直接顶较厚且易跨落。同时为减少煤柱损失，提高采出率，降低巷道维护费用，采用沿空掘巷的方式。因此采用工作面布置图所示工作面接替顺序，就能弥补沿空掘巷时工作面接替复杂的缺点。1．3．3带区布置方案分析比较确定带区巷道布置系统，带区内有三层煤，每一层都布置14个工作面，根据相关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。通风系统为：新风从运输大巷→进风行人斜巷→煤层运输平巷→分带运输斜巷→采煤工作面→分带运料斜巷→回风运料斜巷→回风大巷。该方案的特点是，每个分带都布置了煤仓，所以管理较复杂，煤仓和联络斜巷工程量大，但有利于通风和工作面的接替。方案二：带区联合布置将带区分成两个大分带，每一大分带由7个小分带组成。运输大巷通过进风行人斜巷进入上部煤层，在上部煤层布置两条煤层集中平巷，一条煤层运输集中平巷，一条煤层回风集中平巷。整个带区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→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→煤层回风集中平巷→回风石门→回风运料斜巷→回风大巷。该方案简化了运输系统，仅布置了一个煤仓和一对联络巷，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