煤矿开采学课程设计 杨旭东.doc

煤矿开采学 课程设计说明书 准备方式采区布置 煤层倾角17生产能力150万 t /a 班级 姓名杨旭东 学号 指导老师 完成时间2014年 12月 6日 目 录 序 论〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 3 第一章. 采区巷道布置〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 5 第一节. 采区储量与服务年限〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 5 第二节. 采区内的再划分〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 6 第三节. 确定采区内准备巷道布置及生产系统〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 8 第四节. 采区中部甩车场线路设计〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 9 第二章. 采煤工艺设计〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 10 第一节. 采煤工艺方式的确定〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 10 第二节. 工作面合理长度的确定〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 15 第三节. 采煤工作面循环作业图表的编制〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 16小 结〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 18 参考文献〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃 19 序 论 一、设计目的 ㈠通过课程设计,使学生进一步消化和理解煤矿开采 学所讲授的基本理论知识,对现代化矿井的采煤方法、准 备方式等的内涵有一个基本了解。 ㈡通过课程设计,培养学生动手能力,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。 ㈢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 ㈠设计题目的一般条件 本采区东以 F4断层为界,西以相邻采区煤柱为界,上 部 -50m 以上为风化带煤柱,下部边界为水平煤柱。 采区走向平均长度 2130m ,倾斜平均长度为 1020m ,倾 角平均为 17。采区内共有两层煤,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。 运输大巷和回风大巷标高分别为 -350和 -50m , 且位于距 离 4号煤层 30m 的岩层中。采取生产能力自定。 ㈡煤层特征 本采区内赋存的 2号和 4号煤层,煤层均为厚煤层。煤 层埋藏稳定, 构造简单, 煤质中硬。 煤层爆炸指数为 34-70。 煤层瓦斯含量小,采区所属矿井属于低瓦斯矿井。 三、课程设计内容 ㈠一个采区盘区或带区巷道布置设计; ㈡一个采煤工作面的采煤工艺设计及编制循环图表; ㈢采区中部车场线路设计 四、进行方式 ㈠学生按设计大纲要求,按设计指导小组下达的设计任 务书所给定的煤层赋存条件等,综合应用煤矿开采学所 学的基本知识,进行采区盘区或带区巷道布置及采煤方 法等设计。每位学生必须独立完成规定的课程设计全部内 容。 ㈡为完成设计任务,使每位学生在各方面都得到锻炼和 提高,设计中提倡设计者之间相互讨论、借鉴和参考,但严 格禁止相互抄袭。疑难问题可与指导教师共同研究解决,但 最终决策必须由学生自己独立进行。 ㈢本课程设计要对设计方案进行技术分析与经济比较 比较。 设计采 带 区综合柱状图 第一章 采区巷道布置 第一节 采区储量与服务年限 一、设计生产能力 150万 t/年。 二、采区工业储量、设计可采储计算 ㈠采区工业储量 ZgHL m1m2 γ 公式 1-1 式中 Zg 采区工业储量,万 t ; H 采区倾斜长度, 1020m ; L 采区走向长度, 2130m ; γ煤的容重, 1.30t/m3 ; m 1 2煤层煤的厚度,为 4.2m ; m 2 4-1煤层煤的厚度,为 4m ; Zg 1102021304.21.31186.24万 t Zg 2102021304.01.31129.75万 t Zg102021304.24.01.32316.00万 t 15m 15m 15m 65m ㈡设计可采储量 Z K Zg-p C 公式 1-2 式中Z K 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 采区采出率,厚煤层可取 75,中厚煤层取 80,薄 煤层 85。 P 115221304.21.31521020-152 4.21.3651020-152 1.34.284.24万 t P 215221304.01.31521020-152 4.01.3651020-152 1.34.082.13万 t Z 2 Zg1-p 1 C1186.24-84.240.75826.50万 t Z 4-1 Zg2-p 2 C1129.75-82.130.75785.72万 t Z K Z2Z4-1 826.50785.721612.22万 t ㈢采区服务年限 T ZK /AK 公式 1-3 式中 T采区服务年限, a; A 生产能力, 150万 t ; Z K 设计可采储量; K 储量备用系数,取 1.3。 T ZK /AK 1612.22 /1501.3 8.27a 取 T8年。 ㈣验算采区采出率 采区采出率 CZg-P/Zg 公式 1-4 式中 C采区采出率, Zg 采区的工业储量,万 t P 采区的煤柱损失量,万 t 2煤层C 1Zg 1-P 1/Zg 11186.24-84.24/ 1186.2492.9 75 4-1煤层C 2Zg 2-P 2/Zg 21129.75-82.13/ 1129.7592.7 75符合国家对采区采出率的要求 则 2、 4-1均满足采区回采要求。 第二节 采区内的再划分 一、确定工作面长度 由已知条件知该煤层左右边界各有 15m 的边界煤柱, 上部留 15m 煤柱, 下部留 15m 护巷煤柱, 故其煤层倾向共有 1020-30990m的长度,走向长度 2130-302100m。地质构造 简单,煤层附存条件较好,瓦斯涌出量小。且现代工作面长 度有加长趋势,且采煤工艺选取的是较先进的综采。又知, 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 180250m ,巷道宽度为 4m 4.5m, 本采区选取 4.5m , 且采区生产能力为 150万 t/a,一个中厚煤层的一个工作面 便可以满足生产要求,采用沿空掘巷方式 , 巷道间留较小煤 柱,取 4米,如图 1-2 取区段平巷的宽度为 4.5m ,留 5m 小煤墙,则采煤工作面长 度为 L 1b-2q-2L 2p n-p/n 公式 1-5 式中L 1工作面长度, m ; L2区段平巷宽度, m ; b 采区倾向长度, m ; q 采区上下边界预留煤柱宽度, m ; P 护巷煤柱宽度, m ; n 区段数目,个; L 11020-215-24.54 5-4/5184.2m 二、工作面生产能力 Qr A/T1.1 公式 1-6 图 1-2 采区工作面划分示意图 式中 A 采区生产能力, 150万 t/a ; Qr 工作面生产能力, t /天; T 每 a 正常工作日, 300天。 故 Qr A/T 1.1 150/3001.1 4545.5t 目前,煤炭企业生产系统向高产高效集中化生产的方向 发展,新建大型化矿井均朝“一矿一井一面”的设计思想改 革,采用提高工作面单产,用一个工作面的产量来保证整个 矿井的设计生产能力,故为适应现阶段煤炭行业的知道规 范, 本采区设计一个采煤工作面。 其工作面接替顺序如下表对于 2煤层 2煤层工作面接替顺序 1101→ 1102→ 1103→ 1104→ 1105→ 1106→ 1107→ 1108→ 1109→ 1110。 对于 4-1煤层 4-1煤层工作面接替顺序 2101→ 2102→ 2103→ 2104→ 2105→ 2106→ 2107→ 2108 → 2109→ 2110。 注箭头表示回采工作面的接替顺序。 第三节 确定采区内准备巷道布置及生产系统 一、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,在 2煤层中上 部边界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 4-1煤层底板下方 30m 处的稳定岩 层中。 二、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较 确定采区巷道布置系统, 采区内有两层煤,采用联合 布置,每一层都布置 5个工作面,根据相关情况初步制定以 下三个方案进行比较 由于 2、 4-1煤层相同,就以 4-1煤层 说明 。 方案一双岩石上山 将两条上山都布置在 4-1煤层底板岩石中,其中运输上 山布置在距离底板 15m 处, 轨道上山布置在运输上山上方 5m , 即距离 4-1煤层 10m 处。如图 1-3 方案二双煤层上山 将两条上山都布置在 4-1煤层中。如图 1-4 图 1-4 方案二示意图 方案三一岩一煤上山 将两条上山分别布置在 4-1煤层的底板和煤层中,运输 上山布置在距离 4-1底板 5m 处,轨道上山布置在 4-1煤层 中。如图 1-5 图 1-5 方案三示意图 双岩上山维护费用少且无需留煤柱。综合考虑以上因 素,可采用在 4-1煤层下 10m 处集中布置两条岩石上山, 。 即选中双岩上山方式布置生产系统。 三、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, 2煤层厚 4.2m , 4-1煤层厚 4.0m ,都为厚煤层,瓦斯含量较低,涌水量也较小,易于维 护。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。 四、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,开始 布置工作面,进行推进。在采区巷道布置中,工作面布置及 推进到的位置应以达到采区设计产量安全为准,工作面应推 进到距上山 20m 处停采线位置处,即为避开采掘影响对上山 的影响而留设的 20m 护巷煤柱处。 五、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。 六、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。 采区中部车场 该采区开采近距离煤层群,轨道上山布置在煤层中,倾 角为 17,向区段石门甩车。轨道上山和石门内均铺设 600mm 轨距的线路,轨形为 15kg/m,采用 1t 矿车单钩提升, 每钩提升 3个矿车,要求甩车场存车线设双轨高低道。斜面 线路布置采用一次回转方式。 第二章 采煤工艺设计 第一节 采煤工艺方式的确定 一、选第二个煤层,即 4-1煤层 , 进行采煤工艺设计, 布置采煤工作面。 由于 4-1煤层厚 4.2m , 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。 二、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 ㈠采煤机 MG500/1330-WD西安煤机厂 ㈡液压支架 BY3600-25/50 ㈢工作面刮板输送机 SGZ-764/500张家口煤机厂 ㈣刮板转载机 SZB-830/180张家口煤机厂 - 15 - ㈤破碎机 PCM132张家口煤机厂 ㈥胶带输送机 SSJ1000/M 西北煤机厂 ㈦高压开关柜 KBZ-450/1140Y 三、采煤与装煤 ㈠确定采煤工艺、截深及日进刀数 采用综合机械化采煤,采煤机落煤和装煤。依据选取的 设计生产能力确定工作面每天的推进度为 C M L Qr V ∙∙∙γ 公式 2 1 式中V 采煤工作面每天的推进度, m /d Qr 采煤工作面日生产能力 , t/d L 采煤工作面的长度, m M 采煤工作面的采高取 4-1煤层厚度 4.0m γ煤的容重, t/m3 C 工作面的采出率由于 4-1煤层为厚煤层,因此 C 值取 0.95 则v4545.5/184.24.01.30.955m/d 因选用的采煤机截深为 1000mm , 若每日推进五刀, 共推 进 1.055m,可满足每天至少推进 5m 的要求。 ㈡确定进刀方式 为了合理利用工作时间,提高工作效率,采用割三角煤 工作面端部斜切进刀方式, 并采用及时支护。 进刀深度 1.0m 。 采煤机进刀示意图如图所示,进刀过程如下 1、当采煤机割至工作面端头时,其后的输送机槽已移 近煤壁,采煤机机身处沿留有一段下部煤 如图 a 所示 ; 2、调换滚位置,前滚筒降下、后滚筒升起、并沿输送 机弯曲段返向割入煤壁,直至输送机直线段为止。然后将输 送机移直 如图 b 所示 ; 3、再调换两个滚筒上、下位置,重新返回割煤至输送 机机头处 如图 c 所示 ; 4、将三角煤割掉,煤壁割直后,再次调换上、下滚筒, 返程正常割煤 如图 d 所示 - 16 - 采 用 液 压 支 架 支 护 , 选 择 工 作 面 支 架 的 型 号 为 BY3600-25/50,为掩护式支架。 ㈡移架方式 由于 4-1煤层上方有 11m 的中粗砂,再上面是 19m 的粉 砂,所以选用依次顺序移架方式。 依次顺序移架方式 采煤机割煤后依次顺序逐架前移。 这种方式操作简单,容易保证支护质量。 ㈢支护方式 由于 4-1煤层煤质中硬,为防止片帮和冒顶,所以选用 及时支护方式,选用 BY3600-25/50掩护式支架。 ㈣工作面支架需要量 - 17 - - 18 - 工作面支架的需要量 e L μ 公式 2 2 式中μ工作面支架数目取整数 L 工作面长度, m e 架中心间距BY3600-25/50型支架 e 值取 1.5m μ184/e122.7 取μ123 ㈤端头支架 由于巷道宽度为 4.5m ,选用宽度为 2.1m 型号为 PDZ 的 端头支架两台架,即两端共有 4架。 ㈥超前支护方式和距离 超前支护方式采用单体支柱和金属铰接顶梁支护。由于 压力峰值点距煤壁前方 10m 左右, 所以超前支护距离选 20m 。 ㈦校核支架高度与强度 在实际使用中,通常所选用的支架的最大结构高度比最 大采煤高度大 200mm 左右,即 HmaxMmax0.2, m △ 15-4.2≥ 0.2m ,满足要求; 强 度 校 验 P68 9.8S γM cos α 公式 2 3 式中S 支架支护的顶板面积, m 2 γ顶板岩石密度, t /m 3 M 采高, m α煤层倾角, P69.86.021.431.34.0cos172517KN3090KN。 经校核,支架高度与强度均符合要求。 五、处理采空区 采用全部垮落法。 第二节 工作面合理长度的验证 一、从煤层地质条件考虑 该采区内三个煤层的地质条件较好,无断层,煤层倾角 为 17,煤层厚度适中,顶底板较稳定,瓦斯涌出量较低, 自然发火 312个月,涌水量也较小,所以布置 185米的工 作面比较合适。 二、从工作面生产能力考虑 工作面的设计生产能力为 150万吨 /年。正规循环每天 进五刀, 采煤机滚筒截深为 1000mm , 所以 4-1煤层的工作面 实际年生产能力为 3301.054.01851.30.95150.79万吨 - 19 - 能够满足设计生产能力的要求,一个工作面生产就能够满足 设计生产能力的要求,并且考虑到其他各个方面对生产的影 响,工作面的长度确定的合理。 三、从运输设备及管理水平角度考虑 采区生产选用的设备均为国内先进的的生产设备,工作 面选用的 200米刮板输送机能够利用国内先进的技术,能够 与时俱进的跟上技术的发展。 由于现在提倡管理人员的知识化、年轻化,所以工作面 长度为 200米左右在管理上是毫无问题的。 四、从顶板管理及通风能力考虑 该采区的顶板稳定,工作面可以适当的加长,综采工作 面的长度一般在 180250m , 所以选择的工作面的长度为 185米较合适。另外,工作面的瓦斯涌出量较低,通风问题能够 解决。 五、从巷道布置角度考虑 由于采区倾斜方向长为 1020米,除去煤柱宽 30米,剩 余 925米,把每个工作面长度定为 185米, 990/1855,为 5个区段。 六、经济合理的工作面 工作面的长度与地质因素及技术因素的关系十分的密 切 ,直接影响生产效率,所以根据条件,以高产量、高效 率为原则选择合理的工作面长度。合理的工作面以生产成本 低,经济效益高为目标。尽量加快工作面的推进速度,减少 巷道的维护时间,降低回采总成本,使设备、资源得到最高 利用。 第三节 采煤工作面循环作业图表的编制 一、工作面布置图设计图纸中 、循环作业图设计 图纸中 、劳动组织表表 2 1 、技术经济指标表表 2 2 二、工种及出勤人数的安排,如下表表 2 1所示工作面劳动组织表表 2 1 工作面针对 4-1煤层主要经济技术指标表 2 2 三、设计图纸的内容 本设计绘制两张大图零号图纸 1、 采煤工作面层面图 1100 , 剖面图 150或 1100 , 应包括回采巷道剖面图 150 , 最大与最小控顶距剖面图; 2、 采区巷道布置平面图 12000 和剖面图 12000。 设计图纸四周各留 20mm 边框线,右下角留出标题栏。 小 结 这次采矿学课程设计在王文老师的悉心指导下,经 过两个星期的时间,我的设计内容全部完成了,经过这次课 程设计,加深了我对采矿学的理解,同时也感觉自己学 习到了很多东西。 这次设计任务,煤层地质构造条件理想,我的设计任务 是煤层平均倾角 17,生产能力 150万 t/年的组合,在设 计过程中,我充分利用采矿学上所学知识,结合煤层构 造实际情况,以安全第一和高产高效为原则,从技术上和经 济上着手,设计出了一套在技术上可行,经济上优越的现代 化大型矿井煤层群采区开采方案。 在这次设计过程中,我对工作面层面布置和采区回采巷 道的布置有了更进一步的理解和认识,学到了很多知识。在 零号图纸上绘制采煤方法图1100和采区巷道布置平面 图12000及其剖面图12000的过程中,许多细节问 题的处理使自己得到了提高,同时也增强了动手能力,使自 己得到了一次很大的锻炼。 在编制课程设计说明书和绘图的过程中, 我把 采矿学 上所学到的知识又梳理了一遍,对采矿方面的许多专业知识 比以前的认识更深了,同时也学到了许多其他矿业方面的相 关知识,比如工作面的设备选型,三机配套,巷道断面设计 等。在说明书上所附的各计算示意图和插图均用工程绘图软 件 AutoCAD 绘制,在这个过程中,对使用 AutoCAD 绘制采矿 工程图形有了新的认识,重新温习了许多绘图命令以及了解 了最新的制图标准。 通过这次课程设计,我经历了一个采区巷道和工作面设 计到开采的全过程,这将是我以后学习和工作的财富。 最后再次感谢指导我和帮助我完成此次课程设计的老 师和同学 参考文献 1、徐永圻,煤矿开采学 徐州中国矿业大学, 2009 2、李锋,刘志毅,现代采掘机械 北京煤炭工业出版 社, 2007 3、采矿设计手册编委会,采矿手册 第四卷 ,北京冶金工业出版社, 1990 4、张荣立、何国伟、李铎,采矿工程设计手册 . 北京煤炭工业出版社, 2003