采煤课程设计

采煤课程设计

目录

一、采区基本开采条件 . .............................................................................................................................. 1

1.1煤层赋存条件 . ................................................................................................................................ 1

1.2设计题目，准备方式及采煤工艺 . ................................................................................................ 2

1.3走向长壁或倾斜长壁采煤法选择与分析 . .................................................................................... 3

1.4采煤工艺分析与选择 . .................................................................................................................... 3

二、采区储量、服务年限及区段划分 . ...................................................................................................... 5

2.1采区储量与服务年限 . .................................................................................................................... 5

2.2工作面长度及采区区段数目 . ........................................................................................................ 7

2.3工作面生产能力及数目 . ................................................................................................................ 8

三、采区巷道布置 . .................................................................................................................................... 11

3.1采区上山布置 . .............................................................................................................................. 11

3.2采区车场 . ...................................................................................................................................... 13

3.3其它区段巷道布置 . ...................................................................................................................... 14

3.4采区主要生产系统分析 . .............................................................................................................. 14

四、采面回采工艺 . .................................................................................................................................... 16

4.1采煤工艺方式的确定 . .................................................................................................................. 16

4.2支架的选择及支护方式 . .............................................................................................................. 18

4.3运煤设备选择及采空区处理方法 . .............................................................................................. 21

4.4采煤工作面循环作业图表的编制 . .............................................................................................. 22

五、安全技术措施 . .................................................................................................................................... 25

5.1矿井防尘措施 . .............................................................................................................................. 25

5.2矿井瓦斯防治措施 . ...................................................................................................................... 26

5.3矿井防火措施 . .............................................................................................................................. 28

5.4放治煤炭自燃的措施 . .................................................................................................................. 32

5.5煤层顶板管理的措施 . .................................................................................................................. 33

参考文献....................................................................................................................................................... 1

一、采区基本开采条件

1.1煤层赋存条件

采煤课程设计是采矿工程专业（煤安）必要的实践教学环节，其目的是巩固和拓展学生专业课（《井巷工程》、《煤矿开采学》、《矿井通风安全》、《矿山压力及其控制》、《矿山机械》）理论知识，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生计算、绘图、查阅资料的基本技能，为毕业设计奠定基础。

本课程设计属于教学性设计，设计题目由指导教师拟定。学生应根据设计题目按照本大纲的要求，在规定的时间内认真、独立地完成计算、绘图、编写说明书等全部工作。

设计中要认真贯彻《煤炭工业技术政策》、《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》以及国家制定的其它有关煤炭工业的方针政策。设计力争作到分析论证清楚、论据确凿，并积极采用切实可行的先进技术，力争使自己的设计成果达到较高水平。

某矿第一开采水平上山阶段某采（带）区自上而下开采Ml 、M2和M3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）区内各煤层赋存稳定，地质构造简单，无断层，M1煤层属简单结构煤层，普氏系数f=2，M2和M3煤层属中硬煤层，煤层均有自然发火倾向性（发火期为1a ），煤层涌水量较小。设计矿井的地面标高为+30m，开采上限-30m 。第一开采水平为该采（带）区服务的一条运输大巷布置在M3煤层底板下方25m 处的稳定岩层中。

图1-1设计采（带）区综合柱状图

1.2设计题目，准备方式及采煤工艺

1.2.1设计题目及条件

（1）设计煤层倾角煤层平均倾角为12°；（2）设计煤层瓦斯条件CH4为12m3/t；（3）厚度条件M2=3.0m。

1.2.2准备方式及采煤工艺

由于本煤层平均倾角为12°，煤层瓦斯条件CH4 为12m3/t，煤层厚度为3m ，走向长度3000m ，倾斜长度1100m ，采（带）区内各煤层赋存稳定，地质构造简单，无断层，故初步采用采区式准备方式，采煤工艺选

用综采。

1.3走向长壁或倾斜长壁采煤法选择与分析

由于倾斜长臂采煤法具有下列缺点缺点：

1）长距离的斜巷，使得掘进和辅助运输、行人比较困难。

2）现有的采煤工作面设备都是按走向长壁工作面的开采条件设计和制造的，不能完全适应倾斜长壁工作面的生产要求。

3）每2~4个分带布置一个煤仓与大巷联系，大巷装车点较多，相邻分带之间的大巷运输干扰较大。

4）有时还存在着污风下行的问题。

而走向长臂采煤法适用的角度大，开采系统简单，开采技术成熟。故该煤层采用走向长臂采煤法开采。

1.4采煤工艺分析与选择

由于炮采单产和效率抵、劳动条件差，劳动强度大，而普采产量、效率、安全、劳动强度和条件比综采要差且综采具有高产、高效、安全、劳动条件好和劳动强度小等特点故该煤层采用综采工艺。

二、采区储量、服务年限及区段划分

2.1采区储量与服务年限

2.1.1采区的生产能力定为1.20Mt/a，煤层平均倾角为12°。

（1）计算采区的工业储量、设计可采储量

1. 采区的工业储量

Z c =H ⨯L ⨯M ⨯γ

式中：Z C ——采区工业储量，Mt ；

H ——采区倾斜长度，1100m ；

L ——采区走向长度，3000m ；

M ——煤的厚度，M1=6.9m，M2=3.0m，M3=2.20m； γ——煤的容重，1.30t/m³；

Z c 1=1100⨯3000⨯6. 9⨯1. 3=29. 601Mt

Z c 2=1100⨯3000⨯3. 0⨯1. 3=12. 87Mt

Z c 3=1100⨯3000⨯2. 20⨯1. 3=9. 438Mt

Z c =Z c 1+Z c 2+Z c 3=29. 601+12. 87+9. 438=51. 909Mt

2. 设计可采储量

Z k =(Z c -P ) ⨯C

式中：Z k ——设计可采储量, Mt；

Z C ——工业储量，Mt ；

P ——永久煤柱损失量，Mt ；

C ——采区采出率，厚煤层可取0.75，中厚煤层取0.8，薄

煤层取0.85。

分别取左右边界煤柱各20m ，上部防水煤柱与下部护巷煤柱各30m ，中部留60m 停采线煤柱，如下图所示则；

20m 30m

60m 20m 图2-1 采区留煤柱示意图 30m

P 1100-30⨯2)⨯(20⨯2+60)]⨯6. 9⨯1. 3=2. 54748Mt 1=[3000⨯30⨯2+(

P 2=[3000⨯30⨯2+(1100-30⨯2)⨯(20⨯2+60)]⨯3. 0⨯1. 3=1. 1076Mt

P 3=[3000⨯30⨯2+(1100-30⨯2)⨯(20⨯2+60)]⨯2. 20⨯1. 3=0. 81224Mt

Z k 1=(Z c 1-P -2. 54748) ⨯0. 75=20. 2901Mt 1) ⨯C 1=(29.601

Z k 2=(Z c 2-P 2) ⨯C 2=(12.87-1. 10760) ⨯0. 80=9. 4099Mt

Z k 3=(Z c 3-P 3) ⨯C 3=(9. 438-0. 81224) ⨯0. 80=6. 9006Mt

Z k =Z k 1+Z k 2+Z k 3=20. 2901+9. 4099+6. 9006=36. 6006Mt

3. 采区服务年限

式中：T ——采区服务年限，a;

A ——采区生产能力，1.20Mt ；

Z k ——设计可采储量，Mt ；

T =Z k AK

K ——储量备用系数，取1.4。

T =Z k 36. 6006==21. 79a AK 1. 20⨯1. 4

取T=22年

4. 验算采区回采率

C =(Z c -P ) /Z c

式中：C ——采区回采率，% ；

Z c ——煤层的工业储量，Mt ；

P ——煤层的永久煤柱损失，Mt ；

对于M1煤层:C 1=(Z c 1-P 1) /Z c 1=(29. 601-2. 54748) /29. 601=91. 39%>75%

对于M2煤层:C 2=(Z c 2-P 2) /Z c 2=(12. 87-1. 1076) /12. 87=91. 39%>80%

对于M3煤层:C 3=(Z c 3-P 3) /Z c 3=(9. 438-0. 81224) /9. 438=91. 39%>80%

则M1、M2、M3均满足采区回采要求。

2.2工作面长度及采区区段数目

煤层左右边界各有20m 的边界煤柱，上部留30m 防水煤柱，下部留30m 护巷煤柱。因为该矿地质构造简单，煤层附存条件较好，瓦斯涌出量为12m 3/t，另外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。结合我国实际情况以及考虑到设备选型及技术方面的因素，综采工作面长度一般为180～250m ，巷道宽度为4m ～4.5m, 本采区选取

4.5m ，且采区生产能力为1.20Mt/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5m 。

采煤工作面长度为：

L 1=[H -2⨯q -P ⨯(n -1) -L 2⨯2⨯n ]/n

式中：L 1——工作面长度，m ；

L 2——区段平巷宽度，m ；

H ——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 1=[1100-2⨯30-5⨯(n -1)-4. 5⨯2⨯n ]/n ∈(180, 250)

则3.96

2.3工作面生产能力及数目

2.3.1确定工作面生产能力

Q r =A /(T ⨯1. 1)

式中：Q r ——工作面生产能力，t /d；

A ——采区生产能力，1.20Mt/a ； T ——每年正常工作日，330天。 故：Q r =A /(T ⨯1. 1)=1. 2/(330⨯1. 1)=3305. 79t /d

2.3.2确定工作面数目

N =H -S

L +L 0⨯2

式中：N ——工作面数目，个；

H ——采区倾向长度，m ；

S ——边界煤柱宽度，m ；

L ——工作面长度，m ； L 0——区段回采巷道宽度，m ； 带入数值得，

N =

1100-30⨯2

=5. 1

195+4. 5⨯2

取5，所以工作面数目为5个。

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，新建井大型化，矿井均朝“一矿一井一面”的设计思想改革，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。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。其工作面接替顺序为左右两翼跳采方式。

工作面接替顺序图 对于M1煤层：

M1煤层工作面接替顺序：

1101→1102→1103→1104→1105→1106→1107→1108→1109→1110 对于M2煤层：

M2煤层工作面接替顺序：

图2-3 M2煤层工作面接替顺序图

2101→2102→2103→2104→2105→2106→2107→2108→2109→2110 对于M3煤层：

M3煤层工作面接替顺序：

3101→3102→3103→3104→3105→3106→3107→3108→3109→3110 注：箭头表示回采工作面的接替顺序。

三、采区巷道布置

3.1采区上山布置

为了缩短采区准备时间并提高经济效益，根据所给地质条件，采区巷道采用联合布置，在第一开采水平中，把为该采区服务的运输大巷和回风大巷均布置在M3煤层底板下方25m 的稳定岩层中。即机轨双岩巷布置，其优点是巷道压力小，可以大量减少维护费用，或不用维护，使其长期处于良好状况。同时运输集中平巷，轨道集中巷与各煤层超前平巷之间的联系比较方便。

由于M2煤层瓦斯涌出量为12m 3/t属于高瓦斯矿井，除了布置运输上山和轨道上山以外还应布置一条专用回风上山。

根据相关情况初步制定以下两个采区上山布置方案进行比较： 方案一：三条岩石上山

将三条岩石上山都布置在M3煤层底板岩石中，轨道上山布置在距离底板10m 处，运输上山布置在距离底板15m 处，回风上山布置在距离底板8m 处。三条上山之间间隔距离15m ，三条岩石上山分别联结两翼的区段，平巷不交叉。其布置特点为，岩石工程量大，掘进费用高，联络石门长。但维护条件好，维护费用低，煤损少，生产系统可靠，通风条件好，易封闭采空区，防自燃有利；不受煤层倾角影响，可定向按坡度取直掘进，能合理处理上山与平巷的平面或立面相交工程，绕道工程量小，运输能力大, 不受采动影响。

方案二：两岩一煤上山

将两条岩石上山分别布置在M3煤层的底板中，运输上山布置在距离底板12m 处，轨道上山布置在距离底板10m 处。回风上山布置在煤层中，三条上山之间间隔距离15m 。其特点为：节省了一条岩石上山，相对减少了岩石工程量，且煤层上山可以进一步弄清地质构造和煤层情况。但回风上山不易维护，维护费用高，需要保护煤柱，受采动影响，上山与平巷的层面交叉，多开绕道工程。

技术经济比较：

两者费用相差不大，经济上认为两者相同。

综合其他因素，选择三岩巷上山采区联合布置方式，巷道布置情况见采区巷道平面图、剖面图。 3.2采区车场

3.2.1采区上部车场选型

考虑到采用采区上部平车场有车辆运行顺当、调车方便等优点，确定采用上部平车场。 3.2.2采区中部车场选型

由于本煤层采用了联合布置，轨道上山布置在距下部煤层底板25m 处的稳定岩层中故采区中部车场采用石门甩车形式。

（1）大巷（双轨），采区轨道上山（单轨），区段石门（单轨），均为 600 mm 轨距。

（2）轨道上山作辅助提升时，一次提升一吨矿车3个。

（3）采区中部车场采用石门甩车形式，甩车场斜面线路布置方式采用斜面线路一次回转方式，双道起坡。 3.2.3采区下部车场选型

由于采区生产能力大，故下部车场可选择大巷装车式下部车场，装车站采用折返式调车。辅助提升下部车厂采用底板绕道式。 3.3其它区段巷道布置

3.3.1确定工作面回采巷道布置方式

由于采区内煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，M2煤层瓦斯涌出量较高，有自然发火倾向，涌水量也较小。结合综采面特点，故采用双沿空掘巷掘进方式。其优点是不留煤柱或少留煤柱，可减少没损，减少区段平巷之间的联络巷，且可以减少巷道维修工程量。但由于巷道断面较大，要求采用强度较高的支护材料。 3.3.2工作面推进位置的确定

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 停采线位置处，即为避开采掘超前影响而留设的护巷煤柱处。 3.4采区主要生产系统分析

3.4.1运煤系统

在运输上山和运输巷内均铺设有刮板输送机。其运煤路线为：工作面

运出的煤炭，经运输巷、运输上山到采取煤仓上口，通过采区煤仓在采取运输石门装车外运。 3.4.2运料排矸系统

运料排矸采用600mm 轨距的矿车和平板车。物料自下部车场、经轨道上山到上部车场或中部车场，然后经回风巷送至采煤工作面。 3.4.3通风系统

采煤工作面所需的新鲜风流，从采区运输石门进入，经下部车场、轨道上山、中部车场，分成两翼经平巷、联络眼、运输巷到达工作面。从工作面出来的污风，经回风巷，到采区回风石门。

掘进工作面所需的新鲜风流，从轨道上山经中部车场送至平巷。在平巷内由局部通风机送往掘进工作面。污风则从运输巷经运输上山回入采区回风石门。

采区绞车房和变电所需要的新鲜风由轨道上山直接供给。绞车房的回风是经联络小巷处的风窗回入采区回风石门；变电所的回风是经输送机上山进入回风石门。 3.4.4供电系统

高压电缆由井底中央变电所，经大巷、采区运输石门、下部车场、运输上山至采区变电所。降压后由低压电缆分别引向回采和掘进工作面附近的配电点以及上山输送机、绞车房等用电地点。

四、采面回采工艺

4.1采煤工艺方式的确定

4.1.1选取M2煤层为对象，进行采煤工艺设计。由于M2煤层厚3m ，属中硬煤层，煤层有自然发火倾向性（发火期为1a ），煤层涌水量较小，瓦斯浓度为12m 3/t故可用综合机械化采煤工艺，一次采全厚开采。 4.1.2割煤机的选型

经查《采矿工程设计手册》得知：根据煤层的实际情况，选用MG880WD 采煤机，该滚筒采煤机由鸡西煤机厂制造。参数如下表： 表4-1 MG880WD型采煤机性能参数 性能指标 采高 煤层倾角 滚筒直径 牵引力 滚筒中心距 卧底量 喷雾灭尘方式 制造厂

参数 1.8～3.7m ≤ 35° 1.6 m 532KN 8180 mm 200mm 内外喷雾 鸡西煤机厂

性能指标 参数

适应煤层硬度 f=1～3 截深 牵引式 牵引速度 机面高度 耗水量/水压 控顶距

630mm 无链 0～7 m/min 1499 mm 320/2.0 2643

电动机选用YMCB-400其参数如下

表4-2 YMCB-400型电动机特性参数表

项目名称 功率（KW ）

台数（台） 电压（V ）

参数

2×400+2×40 4 1140

4.1.3工作面的推进速度及采煤装煤 （1）工作面的推进速度 υ0=Q 0/LM γC 0

式中：υ0——日推进度，m/d；

Q 0——工作面设计生产能力，t/d ； L ——工作面长度，m ； M ——采煤机割煤高度，m ；

C 0——工作面采出率, 对于中厚煤层取0.97； γ——煤得容重,1.3t/m3; υ0=3305. 79/(195⨯3⨯0. 97⨯1. 3)=4. 48m /d

因选用的采煤机截深为630mm ，若每日推进七刀，共推进0.63×7=4.41m，可满足每天的进度要求。采用“三八工作制”，即两班半采煤半班准备的工作制度。

（2）采煤与装煤

落煤方式：采用双滚筒采煤机直接落煤。

进刀方式：斜切进刀双向割煤，进刀示意图如图所示，进刀过程如下：

a 、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) ；

b 、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) ；

c 、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) ；

d 、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)

4.2支架的选择及支护方式 4.2.1液压支架的选择

根据M2煤层的开采厚度倾角等实际情况经查《采矿工程设计手册》选用ZZS6000-17/37液压支架，该液压支架由重庆庆江机械厂制造。其技术特征参数如下表：