采矿工程课程设计

321设计题目1、采区尺寸：走向长度2000m，倾斜长度1000m。2、煤层走向、倾斜：井田煤层走向由N18°E渐变为N5°E，煤层向西倾斜，为单斜构造。3、煤层倾角、容重煤层倾角20°～35°，平均28°；容重1.4t/m3；4、煤层名称、厚度、层间距：mmK3.5090.3~80.21；mmK90.128.2~59.12；mmK20.250.2~80.13煤层间距：1K～2K为10m；2K～3k为80m。开采煤层：K1煤层。5、顶底板岩性K1煤层：伪顶为灰色泥岩、炭质泥岩，厚0.05~0.35m。直接顶板为灰色泥岩、砂质泥岩及钙质泥岩，平均厚度4.00m。老顶为白色中砂岩，厚度20m。K3煤层：直接底板为泥岩、细砂岩、铝土质泥岩，厚度7m左右。老底为茅口灰岩，顶、底板岩层透气性差。1K～2K之间岩层：黑色砂质泥岩，厚度10.0m。2K～K3之间岩层(从上到下)：黑色砂质泥岩，厚度15.0m；灰白色细砂岩25.0m；白色粗砂岩40.0m。6、瓦斯、煤尘、自燃性、涌水量：低瓦斯；煤尘无爆炸性；煤层无自然发火倾向性，涌水量小。7、运输大巷布置在煤层底板20m的稳定岩层中。322设计采区综合柱状图柱状厚度岩性描述。。。。。。。。。。。。。。。20m白色中砂岩+++++++++++++++4.0m灰色泥岩、砂质泥岩及钙质泥岩……………………0.05~0.35m灰色泥岩、炭质泥岩3.5mK1煤层,r=1.4t/m3---------------10m黑色砂质泥岩1.9mK2煤层,r=1.4t/m3---------------15.0m黑色砂质泥岩，————————25.0m灰白色细砂岩。。。。。。。。。。。。。。。40.0m白色粗砂岩2.2mK3煤层，r=1.4t/m3--------------15m黑色砂质泥岩————————25m灰白色细砂岩。。。。。。。。。。。。。。。40m白色粗砂岩323第一节采区概况及地质特征1.1采区概况根据矿井的煤层赋存状况和开拓布局，采区的走向长度2000m，倾斜长度1000m。1.2煤层赋存条件本井田含煤地层为上二迭统龙潭组。K1煤层：伪顶为灰色泥岩、炭质泥岩，厚0.05~0.35m。直接顶板为灰色泥岩、砂质泥岩及钙质泥岩，平均厚度4.00m。老顶为白色中砂岩，厚度20m。K3煤层：直接底板为泥岩、细砂岩、铝土质泥岩，厚度7m左右。老底为茅口灰岩，顶、底板岩层透气性差。1K～2K之间岩层：黑色砂质泥岩，厚度10.0m。2K～K3之间岩层(从上到下)：黑色砂质泥岩，厚度15.0m；灰白色细砂岩25.0m；白色粗砂岩40.0m。本井田煤层位于龙潭组第五段，井田煤层走向由N18°E渐变为N5°E，煤层向西倾斜，为单斜构造。K1煤层厚2.8m～3.9m，平均厚度3.5m。2K煤层厚度在1.59m～2.28m，平均厚度1.9m。1K和2K煤层相距较近，层间距为10m。3k煤层厚度在1.8m～2.5m，平均厚度为2.2m，其与2K煤层的层间距为80m。煤层倾角20°～35°，平均28°。煤层为黑色，条痕为黑褐色，暗淡——玻璃光泽，条带状痕迹，块状及条带状构造，性较脆弱。常见有黄铁矿结核分散在煤层中，以暗煤为主，夹镜煤细条带属暗亮煤型。煤尘无爆炸性；煤层无自然发火倾向性。原煤发热量平均6531大卡每千克，精煤平均8731大卡每千克。煤的卡选性属低等，煤的粘结性较好，可用作炼焦用煤。1.3采区地质构造和水文地质褶曲构造有打锣湾背斜和龙王洞背斜，中夹田湾向斜。井田煤层走向由N18°E渐变为N5°E，煤层向西倾斜，为单斜构造。第二节采区储量、生产能力、服务年限2.1采区工业储量采区工业储量计算式为：324Zg=H×L×m×γ2——1式中：Zg----采区工业储量，万t；H----采区倾斜长度，1000m；L----采区走向长度，2000m；γ----煤的容重，1.40t/m3；m1----K1煤层煤的厚度，为3.50m；m2----K2煤层煤的厚度，为1.90m；m3----K3煤层煤的厚度，为2.20m；Zg1=1000×2000×3.5×1.4=980.0万tZg2=1000×2000×1.9×1.4=532.0万tZg3=1000×2000×2.2×1.4=616.0万tZg=1000×2000×（3.5+1.9+2.2）×1.4=2128.0万t/a2.2采区煤柱损失：K1煤层保护煤柱P1为：P1=（2×10×2000+2×10×980+5×15×1980）×1.40×3.5=102.0万吨；K2煤层保护煤柱P2为：P2=（2×10×2000+2×10×980+3×20×980+5×15×1920）×1.40×1.9=69.8万吨；K3煤层保护煤柱P3为：P3=（2×10×2000+2×10×980+3×20×980+5×15×1920）×1.40×2.2=80.8万吨；2.3采区的可采储量采区的可采储量Z按下式计算：ZK=（Zg-P）×C2——2式中：ZK----可采储量,万t；Zg----工业储量，万t；P----永久煤柱损失量，万t；C——采区回采率，厚煤层不低于0.75；中厚煤层不低于0.80；薄煤层不低于0.85；本矿取0.8。325ZK1=(Zg1-P1)×C1=(980.0-102.0)×0.80=702.4万tZK2=(Zg2-P2)×C2=(532.0-69.8)×0.80=369.8万tZK3=(Zg3-P3)×C3=(616.0-80.8)×0.80=428.2万tZK=ZK1+ZK2+ZK3=1500.4万t由此可得本采区的可采储量为1500.4万吨。2.4采区生产能力为达到采区设计产量，本采区为两个工作面同时生产。（1）工作面的生产能力工作面生产能力由式2——3计算：A0=LV0MγC02——3式中：L——工作面长度，m；M——煤层厚度，m；V0——工作面年推进长度，m/年；γ——煤层容重，t／m3；C0——综采工作面回采率，取c＝0.95。则A0=170×1584×3.5×1.40×0.95=125.3万吨/年2）采区生产能力采区生产能力由式2——3计算：A=nk1k2A0i2——4式中：n同时生产的采煤工作面个数；A——采区生产能力；k1——采区掘进出煤系数，取为1.1；k2——工作面之间出煤影响系数，由于同采的工作面个数为2，故k2=0.95；A0i——工作面生产能力；则A=2×1.1×0.95×125.3=261.9万吨/年。故采区将能满足矿井产量要求。2.5采区的服务年限的计算：326T=ZK/(A×K)2——5式中：T——煤层设计服务年限，年；Z——采区可采储量，万吨；A——采区设计生产能力，240万吨/年；K——储量备用系数，取1.4；T1=ZK1/(A×K)=702.4/（240×1.4）=2.09aT2=ZK2/(A×K)=369.8/（240×1.4）=1.10aT3=ZK3/(A×K)=428.2/（240×1.4）=1.27aT=T1+T2+T3=4.46a2.6采区采出率以下面公式计算采区采出率：C=(Zg-P)/Zg2——6（1）对于K1煤层:C1=(Zg1-P1)/Zg1式中：C----采区采出率，%；Zg1----K1煤层的工业储量，万t；P1----K1煤层的永久煤柱损失，万t；C1=(Zg1-P1)/Zg1=(980.0－102.0)/980.0=89.6%80%满足要求（2）对于K2中厚煤层：C2=(Zg2-P2)/Zg2式中：C----采区采出率，%；Zg2----K2煤层的工业储量，万t；P2----K2煤层的永久煤柱损失，万t；C2=(Zg2-P2)/Zg2=(532.0－69.8)/532=86.9%80%满足要求(3)对于K3中厚煤层：C3=(Zg3-P3)/Zg3327式中：C----采区采出率，%；Zg3----K3煤层的工业储量，万t；P3----K3煤层的永久煤炭损失；C3=(Zg3-P3)/Zg3=(616.0-80.8)/616.0=86.9%80%满足要求第三节采区内的再划分3.1回采工作面长度的确定该煤层组四周边界各留10m的边界煤柱，从而其煤层倾向长度共有：1000-20=980m，走向长度为2000-20=1980m。又各煤层低瓦斯；煤尘无爆炸性；煤层无自然发火倾向性，涌水量小,该矿井设计为综合机械化程度高的现代化矿井，要求工作面有较大生产能力，故选用较长的采煤工作面。一般综采面的长度范围为150～250m，本设计选择工作面的长度为170m。采区生产能力为240万t/a，要两个工作面才可以满足生产要求。3.2确定区段斜长和区段数目采区倾斜长度为1000m，区段平巷采用双巷布置，在回采下区段时，留15m煤柱。区段上下平巷的宽度约为4.5m，因此，区段斜长为194m。采区区段数为5个。3.3确定采区内同采工作面数及工作面接替顺序采区生产能力为240万t/a,需要两个工作面同时生产。K1煤层内工作面的接替顺序为由上往下依次接替。10个工作面接替顺序如下:328对于K1布置两个综采工作面采可以满足生产设计的要求。K1煤层接替顺序为：一工作面1101→1103→1105→1107→1109，另一工作面1102→1104→1106→1108→1110.第四节确定采区内准备巷道布置及生产系统4.1采区形式采用综合机械化采煤法的采区，要求有一定的走向长度，采区走向长度，采用双翼采区布置，每翼走向长度，已满足综合机械化工作面走向长度的要求，故采区形式采用双翼采区布置形式。4.2煤柱尺寸的确定采区内的煤柱主要是采区边界煤柱、采区上山保护煤柱以及水平大巷保护煤柱。为防止采空区矸石的冒落，采区两边各留设10m的采区边界煤柱。水平运输大巷布置在距K3煤层底板20m的稳定岩层中。区段平巷采用留15m煤柱。由于K1、K2煤层层间距小且距K3煤层有80m，采用煤层群分组集中采区联合准备。K1、K2煤层共用采区上山。K3煤层的采区上山布置于煤层中。采区煤柱留设方法如下：K1煤层采区煤柱尺寸为表4——1煤柱采区边界煤柱区段护巷煤柱宽度（m）10×215×5329、K2、K3煤层采区煤柱尺寸为表4——2煤柱上山保护煤柱采区边界煤柱区段护巷煤柱宽度（m）20×2+2010×215×54.3采区巷道布置第一方案：煤层群分组集中采区联合布置。K1、K2煤层共用的上山布置在K2煤层的底板岩层中，上山位于采区走向中央，通过石门与煤层联系。轨道上山距煤层底板15m，运输上山距煤层底板20m，两上山水平距离为20m。K3煤层的山布置在本煤层中，两上山水平距离为20m。第二方案：煤层群分组集中采区联合布置。在K2煤层中布置两条上山，间距20m，上山位于采区走向中央。K3煤层的山布置在本煤层中，两上山水平距离为20m。两方案采区巷道布置图见图4——3、图4——4。图4——3第一方案巷道布置图3210图4——4第二方案巷道布置图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可不参加比较，故K3煤层的巷道布置和区段巷道布置方案不参加比较，仅就采区上山及联络巷道进行比较。方案的技术比较见表1-3。方案的经济比较见表1-4和表1-5。表4——5采区方案技术比较项目方案第一方案双岩石上山第二方案双煤上山掘进工程量工程量大和二方案比，由于上山在岩石中，故每区段要多掘74.6m的石门和11.3m的溜煤眼。工程量小工程难度困难一是岩巷施工，而是联络巷道复杂较容易巷道维护维护工程量小，维护费用低煤层上山，梯形金属支架受采动影响大，维护工程量大，费用高。3211通风距离长每区段要增加一段石门通风距离短工程期岩石上山的掘进速度较慢，约要14个月才能投产煤层上山掘进速度快，约10个月就能投产支架回收无法回收可以回收，70%可以复用管理环节多主要是漏风环节较多少表4——6采区方案经济比较方案项目第一方案双岩石上山第二方案双煤上山巷道掘进费用上山长度/m掘进单价/元.m费用/元980×215783092880980×212842516640联络巷石门长度/m单