10级矿3班曹云刚.doc
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1、毕节职业技术学院煤矿开采学课程设计题 目:课 程 设 计年级专业:10级矿(3)班姓 名:曹 云 刚学 号:201003010307指导教师:李 仲 勋2012年6月4日目 录序 论3设计题目3第一章 采区地质概况41.1采区概况41.2采区储量计算51.3采区储量6第二章 采煤方法选择及采区参数选择计算72.1、采区倾向长度72.2、采区走向长度8第三章 采区生产能力93.1、采面的产量93.2、采区服务年限10第四章 采煤方法114.1 采煤方法的确定114.2 采煤工艺方式的确定114.3处理采空区13第五章 工作面开采顺序145.1采区巷道布置14第六章 采区生产系统156.1运煤系统
2、156.1.1掘进出煤156.2运料排矸系统166.2.1掘进运料166.2.2通风系统16第七章 采区车场18第八章 采区主要设备及其参数指标228.1采煤机:228.2刮板输送机主要参数228.3可伸缩胶带运输机:22第九章 采区主要技术经济指标24第十章 采煤工作面的劳动组织形式26第十一章 回采工艺2711.1回采工艺的确定27第十二章 采区设计概算及采区基建总费用3012.1采区设计概算3012.2采区总基建费用31第九章 总结32参考文献33致 谢34序 论课程设计是煤矿开采设计专业主干课程煤矿开采学的一项实践性教学环节,是在该课程理论教学的基础上,通过采区方案设计将课程所学的理论
3、知识,尤其是将采区设计程序和设计方法、设计思路等综合应用于采区设计过程的实践性教学环节,考察我们的实际动手能力,为我们将来从事矿井生产技术和设计工作打下一定基础。设计题目设计题目:采区生产能力80万t/a。题目一般条件:设计采区为一采区,该采区位于井田西翼,西至井田勘探线,东部边界到工业广场保护煤柱线,大巷布置在-580水平,采区平均走向长2016m,倾斜长1200m,采区内共发育两个可采煤层,即M3和M4。上部为M3煤层,下部为M4煤层,煤层间距15-20m,煤层倾角平均为23M3煤厚为3.33.9m、容重r=1.42t/m3,f=1-2,全区稳定可采;其直接顶为沙质页岩,厚1.8-2.2m
4、属中等稳定顶板;老顶为细砂岩,厚4.8-5.5m,底板为泥岩。M4煤厚4.25.3m,容重r=1.40t/m3,f=1.5-2,全区稳定可采;其直接顶为砂质泥岩,厚2.8-3.2m,老顶为粉砂岩厚4.0-5.8m底板为粉砂岩。煤层赋存简单,无断层及火成岩侵入等地质构造,煤层倾角平均为14度。煤变质程度高,煤质好;矿井为低瓦斯矿。发火期短,煤层直接顶较厚并且软弱。矿井最大涌水量419.6 m3/h正常涌水量256.3 m3/h。第一章 采区地质概况1.1采区概况采区概况:叙述采区位置、开采范围、及与临近采区的关系,采区边界的确定等。设计采区为一采区,该采区位于井田西翼,西至井田勘探线,东部边界到
5、工业广场保护煤柱线,大巷布置在-580水平,采区平均走向长2016m,倾斜长1200m,采区内共发育两个可采煤层,M3和M4。上部为M3煤层,下部为M4煤层,煤层间距15-20m,煤层倾角平均为23M3煤厚为3.33.9m、容重r=1.42t/m3,f=1-2,全区稳定可采;其直接顶为沙质页岩,厚1.8-2.2m属中等稳定顶板;老顶为细砂岩,厚4.8-5.5m,底板为泥岩。M4煤厚4.25.3m,容重r=1.40t/m3,f=1.5-2,全区稳定可采;其直接顶为砂质泥岩,厚2.8-3.2m,老顶为粉砂岩厚4.0-5.8m底板为粉砂岩。煤层赋存简单,无断层及火成岩侵入等地质构造,煤层倾角平均为1
6、4度。煤变质程度高,煤质好;矿井为低瓦斯矿。发火期短,煤层直接顶较厚并且软弱。矿井最大涌水量419.6 m3/h正常涌水量256.3 m3/h。本矿井属低瓦斯矿井,且水文地质条件简单。柱状厚度岩性描述-4.8-5.5m细砂岩- - - -1.8-2.2m沙质页岩3.3-3.9mM3煤层r=1.42t/m315-20m泥岩4,0-5.8 m粉砂岩1.8-2.2 m砂质泥岩4.2-5.3mM4煤层r=1.40t/m3粉砂岩ZC3=(Zg3某矿第一开采水平上山某采(带)区自上而下开采M3煤层和M4煤层,煤层厚度、层间距及顶底板岩性见以上综合柱状图。1.2采区储量计算1.采区工业储量计算:已知:长为2
7、016m、宽为1200m,采高平均为3.6和4.75m,则算式为:M3:Zg3=201612003.61.42 =12366950.4tM4:Zg4=201612004.751.40=16087680tZg= Zg3 + Zg4 =12366950.4t + 16087680t =1236.695 +1608.768= 2845.463万t。P3=10212003.61.42 + 35220163.61.42 + 10720163.61.42= 122688t + 721405.44t + 721405t = 1565498.44t = 156.55万tP4=10212004.751.40+
8、35220164.751.40 + 10720164.751.40 = 159600t + 938448t + 938448t = 2036496= 203.6万tP= P3+ P4 =156.55 +203.6 =360万t2.采区设计可采储量:ZC3=(Zg3 P3)C3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- 采区采出率,厚煤层可取75%,中厚煤层取80%,薄煤层85%。本设计条件下取80%。 =(1236.695156.55)0.75=810.1万tZC4=(Zg4 P4)C4=(1608.768203.6)0.75= 1053.9万
9、tZc= ZC3 + ZC4 =810.1+ 1053.9=1864万t3.采区服务年限Tc:Tc= Zc/AK =1864/801.4=16.6a(设采用普采,工作面长度确定为180m,则工作面数目n=1200/180=8)1.3采区储量采区储量计算表煤层编号投影面积(m2)倾角(度)实际面积(m2)煤厚(m)容重(t/m3)工业储量(t)煤层采区回采率(%)可采储量(t)备注1650595.6 665314.415688600.41.0352.41.452343940.4801251872.65 Z=(Zc-P)C4665314.415673366.41.0352.21.452148612
10、.1801251872.65 7665314.415673366.41.0351.61.451562627801251872.65 11665314.415673366.41.0352.41.452343940.4801251872.65 合计27087008.6 8399119.95007490.61第二章 采煤方法选择及采区参数选择计算2.1、采区倾向长度由以上可知,此采区为地质构造简单、水文与瓦斯含量少、倾角较小的易采中厚煤层。此采区的总的倾向长度为1200m,采用分区段采煤。采用走向长壁采煤法,区段斜长等于回采工作面长度加上区段平巷和护巷煤柱的宽度。区段平巷宽度根据巷道断面确定,一般可
11、取34m;护巷煤柱,近水平、缓倾斜及倾斜煤层,薄及中厚煤层不小于8-15m;厚煤层不小于15-20m。沿倾斜的尺寸主要根据经验数据来确定,一般为815m。综合比较分析,其区段平巷的宽度取4.5m,护巷煤柱取10m。 表3-1 采煤工作面长度的选择煤层采煤工艺工作面长度/m缓斜中厚及厚煤层综采150240普采120180炮采100150采区煤柱的确定:为使采区内各采区巷道保持良好的维护状态,必要时可以留设一定尺寸的煤柱,如上(下)山、区段平巷及采区边界隔离煤柱、大断层两侧煤柱等。具体留设煤柱宽度详见表3-2。表3-2 采区煤层护巷煤柱尺寸表巷道类型薄及中厚煤层巷道一侧/m厚煤层巷道一侧/m备注水
12、平大巷30404050煤层倾角较大的,煤柱尺寸可以小些主要回风巷20左右2030采区上(下)山20左右3040区段平巷8151520采区边界10左右目前不留边界煤柱断层落差10m30m左右根据断层具体情况而定落差5m1015m落差3m不留煤柱煤层地质条件和开采技术条件合适时可以采用无煤柱开采,到目前巷道支护技术已有很大提高。在技术经济合理时应尽量多掘煤巷,少掘岩巷,尽量一巷多用和复用。 由表3-1和表3-2可以选择采区平巷的宽度为3.98m,护巷煤柱取810m,从技术经济、地质条件综合比较,区段分为三个,每个工作面长度取120m左右,区段采用有煤柱护巷,跨上山开采。2.2、采区走向长度 采区走
13、向长度是确定采区范围的一个重要参数,它的确定主要和采取煤层地质构造、开采机械化水准、采区准备巷道布置方式及可能取得的技术经济效果有关。加大采区走向长度可以减少采区上(下)山、车场及硐室的掘进量,使上(下)山少留煤柱及减少区间煤柱损失;减少工作面搬迁次数;增加采区储量和服务年限;有利于保持必要的工作面错距,增加同采工作面数目及采区生产能力,有利于采区和矿井的合理集中生产。确定走向长度因素:地质因素:该采区内的两层可采煤层的地质条件较好,无断层,煤层倾角为23,煤层厚度适中,顶底板较稳定,瓦斯涌出量较低,自然发火倾向较弱,涌水量也较小,而且煤层钟乳岩浆倾入,所以不必考虑因地质因素的变化对采区走向长
14、度的影响。技术因素:主要考虑区段巷道的运输、掘进及供电等。区段平巷铺设刮板输送机时,采区走向长度不宜太大,一般在10001200m左右;此时采区一翼长度为500600m,这时可直接布置一台胶带输送机;区段巷铺设胶带输送机时,因一台胶带输送机长度可达5001000m,所以采区走向长度每翼应该有5001000m,双翼可有10002000m,甚至2000m以上。区段平巷采用单巷掘进时,受掘进通风的影响,采区一翼不宜超过1000m,但由于长距离掘进通风的解决,有的地方已经达到1500m。采区变电站多设置在采区上(下)山附近,所以在确定采区走向长度时必须考虑供电线路的长短,走向太大将使供电线路加长,电压
15、降低会影响工作面机电设备的启动,当电压达660v时可使一翼长度达到700m。经济因素: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,以高产高效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,充分发挥设备效能,提高资源利用率。近年来由于综合机械化采煤发展及单产的提高,采区生产能力逐渐增加,相应也增加了采区走向长度、扩大采区储量以保证采区的服务年限,有利于采区工作面的正常接替,实现矿井稳产、高产。第三章 采区生产能力采区的生产能力是以工作面生产能力为基础的,而工作面的生产能力取
16、决于煤层厚度、工作面长度及推进速度等。3.1、采面的产量A0(万t/a)计算一个采面的产量A0(万t/a)可由下式计算A0 =LV0MC0式中 L采煤工作面长度,m; V0推进速度,m/a;M煤层厚度或采高,m; 煤的密度,t/m3C0 采煤工作面采出率,一般取0.950.99,薄煤层取高限,厚煤层取低限;此处取0.97。采M3煤层时,用MG400/900-W型采煤机,其截深0.8m,每天的工作进刀次数为3.5刀,则每年进尺为0.83.5330=924m已知:L=180m V03 =924m M=3.6m 3=1.42因此一个采面生产能力A03 =1809243.61.420.97=80.1(
17、万t/a)。采M4煤层时还是用MG400/900-W型采煤机,其截深0.8m,为了使采区产量均衡,则调整了进刀次数为3刀。则 V04 =0.83330=792m已知 L=180 V04=792m M=4.75m 4=1.40 A04=1807924.751.400.97=90.3(万t/a)。采区生产能力AB =k1k2(A03 + A04) 式中:n采区内同采的工作面个数,此处取2; k1采区掘进出煤系数,取1.1 左右; k2工作面之间出煤影响系数,n=1取1,n=2时取0.97,n=3时取0.9。采区生产能力AB=1.10.97(80.1+90.3)=181.8(万t/a)。3.2、采区
18、服务年限开采M3煤层时T= ZK/(AK)式中: T- 采区服务年限,a; A- 采区生产能力,181.82万t; ZK- 设计可采储量,1864万t; K-储量备用系数,取1.4。T3= ZK3/(A3K)=810.1万t/(181.82万t 1.4)=3.25a ;T4= ZK4/(A4K)=464.96万t/(181.82万t 1.3)=11a;T= T3+ T4 =14.25a。所以采区的服务年限为14.25年。采区内同采的工作面个数为2。第四章 采煤方法选择各煤层采煤方法,确定回采工艺方式、工作面支护形式、支护设备、采煤机和运输类型。确定工作面进刀方式、截割方式、工作面长度、采高及工
19、作面推进度等。4.1 采煤方法的确定单一走向长壁采煤法主要用于缓斜、倾斜薄及中厚煤层或缓斜3.55.0m厚煤层,其采煤系统比较简单。所给条件煤层厚M3为3.33.9m,M4为4.25.3;倾角23为缓斜中厚煤层,所以选用单一走向长壁采煤法。地质构造简单,煤层赋存条件较好,瓦斯涌出量小。且现代工作面长度有加长趋势,因此采煤工艺选取的方法有综采和普采两种选择,但是要通过技术经济比较后选优。方案一:综采工作面推进度为2016m,两翼每翼为1008m,因此对工作面长度较短,初期投入较多,工作面搬家时间长,工作面接替紧张;所以技术经济效果不显著,不必采用此法。方案二:普采工作面长度适中,推进速度也适当,
20、有利于采掘平横,初期投入少,工作面搬家时间短、费用少,有明显的技术经济效果,采用此法比较合理。通过比较用方案二比较好,所以采用方案二进行采掘准备。4.2 采煤工艺方式的确定(1)选第一煤层,即M3煤层为对象设置采煤工艺。由于M3煤层平均厚度为3.6m,属于中厚煤层,结构简单,无断层,故可用综合机械化采煤工艺。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。(2)普采工作面的设备选用国产设备。(3)采煤与装煤落煤方式与采煤机的选择采用综合机械化采煤,双滚筒采煤机直接落煤和装煤。依据采区的设计生产能力确定工作面每天的推进度为2.1m。选择采煤机的滚筒截
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