河南工程學(xué)院

　　安全工程系煤礦開(kāi)采設(shè)計(jì)

　　緒 論

　　一.課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

　　該課程設(shè)計(jì)是采礦工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生一項(xiàng)實(shí)踐性的教學(xué)環(huán)節(jié)，是在《煤礦開(kāi)采學(xué)》課程的理論教學(xué)和認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)采區(qū)設(shè)計(jì)把所學(xué)的主干專(zhuān)業(yè)課程《煤礦開(kāi)采學(xué)》理論知識(shí)融會(huì)貫通于實(shí)踐的綜合性學(xué)習(xí)過(guò)程，以提高工科大學(xué)生的工程實(shí)踐和動(dòng)手能力。

　　二.課程設(shè)計(jì)的目的

　　通過(guò)采區(qū)設(shè)計(jì)達(dá)到下列目的：

　　1 系統(tǒng)靈活運(yùn)用和鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，并結(jié)合實(shí)際條件加以運(yùn)用。豐富學(xué)生的安全生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，并進(jìn)一步培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生熱愛(ài)勞動(dòng)、善于理論聯(lián)系實(shí)際、尊重科學(xué)和實(shí)踐的良好思想作風(fēng);

　　2 掌握采區(qū)方案設(shè)計(jì)的步驟和方法，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ);

　　3 鞏固和發(fā)展學(xué)生的文字編寫(xiě)、運(yùn)算和繪圖的工程技能，培養(yǎng)和提高大學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力

　　三.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)內(nèi)容

　　1 采區(qū)概況：敘述采區(qū)位置、開(kāi)采范圍寄與臨近采區(qū)的關(guān)系，采區(qū)邊界的確定等。

　　2采區(qū)地質(zhì)概況:采區(qū)范圍內(nèi)煤層賦存條件、煤層走向、傾向、傾角、煤層數(shù)目、煤質(zhì)、煤的自燃性、瓦斯等級(jí)、頂?shù)装鍘r石厚度、巖性、采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、水紋地質(zhì)條件等、計(jì)算采區(qū)儲(chǔ)量。

　　3 確定采區(qū)生產(chǎn)能力和服務(wù)年限、采區(qū)內(nèi)同采的工作面數(shù)目、工作面配產(chǎn)情況與接續(xù)情況，編制采區(qū)內(nèi)回采工作面接替圖表、掘進(jìn)工作面接替圖表、回采工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖表。

　　4 選擇各層煤層采煤方法，確定回采工藝方式、工作面支護(hù)形式和支護(hù)設(shè)備、采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)類(lèi)型。確定工作面進(jìn)刀方式、截割方式、工作面長(zhǎng)度、采高及工作面推進(jìn)度等。

　　5 劃分區(qū)段或條帶，確定工作面開(kāi)采順序。

　　6 通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇采區(qū)巷道布置最優(yōu)方案，并論證其合理性。

　　7 確定采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)，包括運(yùn)煤、運(yùn)矸、運(yùn)料系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)。列表說(shuō)明采區(qū)設(shè)備主要參數(shù)。

　　8 選擇采區(qū)上、中、下不車(chē)場(chǎng)形式，并附插圖。

　　9 編制采區(qū)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表：包括采區(qū)走向長(zhǎng)度、斜長(zhǎng)、區(qū)段數(shù)目、采煤方法、采面長(zhǎng)度，采區(qū)可采儲(chǔ)量、生產(chǎn)能力、服務(wù)年限、采區(qū)回采率、工作面回采率、采掘面頭數(shù)比等。

　　四.設(shè)計(jì)題目

　　設(shè)計(jì)題目的一般條件：

　　采區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn)噸

　　1#煤層傾角20°，厚度3m，埋深400，采區(qū)面積1.5km×1km

　　2#煤層厚度3m，層間距30m

　　瓦斯： CH4含量在0-5.21ml/g間,平均1.83ml/g

　　礦井涌水量:正常涌水量300m3/h,最大涌水量600m3/h

　　直接頂板硬底板硬煤質(zhì)硬

　　第一章 采區(qū)概況

　　采區(qū)概況：敘述采區(qū)位置、開(kāi)采范圍、及與臨近采區(qū)的關(guān)系，采區(qū)邊界的確定等。

　　附表1：設(shè)計(jì)采區(qū)綜合柱狀圖

　　某礦第一開(kāi)采水平上山某采(帶)區(qū)自下而上開(kāi)采1#煤層和2#煤層，煤層厚度、層間距及頂?shù)装鍘r性見(jiàn)以上綜合柱狀圖 。

　　設(shè)計(jì)礦井的地面標(biāo)高為+30米，煤層露頭為-30米。第一開(kāi)采水平為該采(帶)區(qū)服務(wù)的一條運(yùn)輸大巷布置在1#煤層底版下方25米處的穩(wěn)定巖層中，為滿(mǎn)足該采(帶)區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)所需的其余開(kāi)拓巷道可根據(jù)采煤方法不同由設(shè)計(jì)者自行決定。

　　第二章 采區(qū)地質(zhì)概況

　　敘述采區(qū)范圍內(nèi)煤層賦存條件、煤層走向、傾向、傾角、煤層數(shù)目、煤質(zhì)、煤的自燃性、瓦斯等級(jí)、頂?shù)装鍘r石厚度、巖性、采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等，計(jì)算采區(qū)儲(chǔ)量。

　　煤層 地下開(kāi)采

　　近水平煤層 　　　　　　< 8°

　　緩斜煤層 　8～25°

　　中斜煤層 25～45°

　　急斜煤層 >45°

　　所給條件煤層傾角為20°因此為緩斜煤層，

　　煤層 地下開(kāi)采

　　薄煤層 < 1.3m

　　中厚煤層 1.3～3.5m

　　厚煤層 > 3.5m

　　所給條件煤層厚度3m因此為中厚煤層。

　　瓦斯等級(jí)劃分為三級(jí)：低瓦斯礦井，相對(duì)瓦斯涌出量10m3/t以下;高瓦斯礦井，相對(duì)瓦斯涌出量10m3/t以上;煤與瓦斯突出礦井，指在采掘過(guò)程中發(fā)生過(guò)煤與瓦斯突出的礦井。CH4含量在0-5.21ml/g間,平均1.83ml/g即平均在1.83m3/t,最高是5.21m3/t,所以為低瓦斯礦井。

　　該煤層賦存在地下400m，煤層傾角為20°，為低瓦斯礦井，煤質(zhì)為無(wú)煙煤，顏色為鋼灰色，條痕為深黑～灰黑色，似金屬光澤，硬度和密度在煤中最大。揮發(fā)分低，固定碳高，燃點(diǎn)高，不易自燃，火力耐久。

　　采(帶)區(qū)內(nèi)各煤層埋藏平穩(wěn)，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)斷層;1#煤層和 2#煤層屬簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層，硬度系數(shù) f=4，1#煤層和2#煤層屬于硬煤層，各煤層瓦斯涌出量也較小。

　　1、確定采區(qū)走向長(zhǎng)度

　　因?yàn)榫镒呦驘o(wú)大的地質(zhì)變化,采區(qū)走向長(zhǎng)度應(yīng)從技術(shù)上可能和經(jīng)濟(jì)上有利的原則來(lái)確定。區(qū)段平巷布置在煤層底板的硬砂巖中，巷道容易維護(hù)，采區(qū)走向長(zhǎng)度可以適當(dāng)加長(zhǎng)。煤層平均傾角為20°，為緩斜煤層，開(kāi)采條件較好，采掘機(jī)械化程度高，采區(qū)集中巷采用皮帶運(yùn)輸機(jī)，生產(chǎn)能力較大的采區(qū)其走向長(zhǎng)度為1000～1500，綜采工作面單面布置時(shí)，走向長(zhǎng)度一般不小于1000m。雙面布置時(shí)，走向長(zhǎng)度不小于2000m。普采雙面布置一般為1200～1500m。因?yàn)椴蓞^(qū)走向長(zhǎng)度為2000m，綜采工作面雙面布置，走向長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為2000m。該煤層左右邊界各有15m的邊界煤柱，上部留30m防水煤柱，下部留30m護(hù)巷煤柱，故其煤層傾向共有：1000-60=940m的長(zhǎng)度，走向長(zhǎng)度1500-15×2=1470m。

　　2、確定區(qū)段斜長(zhǎng)和區(qū)段數(shù)目、回采工作面長(zhǎng)度

　　采區(qū)傾斜長(zhǎng)度為940m，走向長(zhǎng)度為1470m。采區(qū)劃分為4個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段傾斜長(zhǎng)度為235m，區(qū)段斜長(zhǎng)內(nèi)一般設(shè)置一個(gè)走向長(zhǎng)壁采煤工作面，因此區(qū)段斜長(zhǎng)就等于采煤工作面長(zhǎng)度加上區(qū)段平巷寬度和護(hù)巷煤柱的寬度，護(hù)巷煤柱寬度根據(jù)礦山壓力的大小和所采取的護(hù)巷方法分別為0～15m厚煤層有煤柱護(hù)巷時(shí)區(qū)段煤柱寬度可達(dá)20m。護(hù)巷煤柱寬度取15m。

　　一般而言，考慮到設(shè)備選型及技術(shù)方面的因素綜采工作面長(zhǎng)度為180～250m，巷道寬度為4m～4.5m,本采區(qū)選取4.5m，且采區(qū)生產(chǎn)能力為150萬(wàn)t/a，一個(gè)中厚煤層的一個(gè)工作面便可以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，最終選定4個(gè)區(qū)段，采用沿空掘巷方式,巷道間留較小煤柱，取5米，兩區(qū)段間留有較大煤柱，取30米。

　　故工作面長(zhǎng)度為：L =(1000-30×2-5×4-8×4.5)/4=220m

　　工作面合理長(zhǎng)度的驗(yàn)證

　?、?gòu)拿簩拥刭|(zhì)條件考慮

　　該采區(qū)內(nèi)的三層可采煤層的地質(zhì)條件較好，無(wú)斷層，煤層傾角為20°，煤層厚度適中，頂?shù)装遢^穩(wěn)定，瓦斯涌出量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小，所以布置220米的工作面比較合適。

　?、趶墓ぷ髅嫔a(chǎn)能力考慮

　　工作面的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為150萬(wàn)噸/年。正規(guī)循環(huán)每天進(jìn)六刀，采煤機(jī)滾筒截深為600mm，所以1#煤層的工作面實(shí)際年生產(chǎn)能力為：

　　330×0.6×3×3×3×220×1.4×0.95=156.4 (萬(wàn)噸)

　　能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的要求，一個(gè)工作面生產(chǎn)就能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的要求，并且考慮到其他各個(gè)方面對(duì)生產(chǎn)的影響，工作面的長(zhǎng)度確定的合理。

　　③從運(yùn)輸設(shè)備及管理水平角度考慮

　　采區(qū)生產(chǎn)選用的設(shè)備均為國(guó)內(nèi)先進(jìn)的的生產(chǎn)設(shè)備，工作面選用的250米刮板輸送機(jī)能夠利用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)，能夠與時(shí)俱進(jìn)的跟上技術(shù)的發(fā)展。

　　由于現(xiàn)在提倡管理人員的知識(shí)化、年輕化，所以工作面長(zhǎng)度為220米在管理上是毫無(wú)問(wèn)題的。

　?、軓捻敯?a href=http://www.treasurewfy.com/mkgl/ target=_blank class=infotextkey>管理及通風(fēng)能力考慮

　　該采區(qū)的頂板較穩(wěn)定，工作面可以適當(dāng)?shù)募娱L(zhǎng)，綜采工作面的長(zhǎng)度一般在180~250m，所以選擇的工作面的長(zhǎng)度為220米較合適。另外，工作面的瓦斯涌出量較低，通風(fēng)問(wèn)題能夠解決。

　?、輳南锏啦贾媒嵌瓤紤]

　　由于采區(qū)傾斜方向長(zhǎng)為1000米，除去煤柱寬及巷道寬116米，剩余884米，把每個(gè)工作面長(zhǎng)度定為220米，884÷220=4，正好為4工作面。

　?、?經(jīng)濟(jì)合理的工作面

　　工作面的長(zhǎng)度與地質(zhì)因素及技術(shù)因素的關(guān)系十分的密切，直接影響生產(chǎn)效率，所以根據(jù)條件，以高產(chǎn)量、高效率為原則選擇合理的工作面長(zhǎng)度。合理的工作面以生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)效益高為目標(biāo)。盡量加快工作面的推進(jìn)速度，減少巷道的維護(hù)時(shí)間，降低回采總成本，使設(shè)備、資源得到最高利用。

　　3、確定采區(qū)內(nèi)工作面數(shù)目

　　回采工作面是沿傾斜方向布置，沿走向推進(jìn)，采用走向長(zhǎng)壁法開(kāi)采。

　　工作面數(shù)目： N=(L-S0)/(l+l0)

　　式中：L ----- 煤層傾斜方向長(zhǎng)度(m);

　　S0 ---- 采區(qū)邊界煤柱寬度(m);

　　l ----- 工作面長(zhǎng)度(m);

　　l0 ---- 回采巷道寬度，因采用綜采，故 l0取5(m)。

　　N=(1000-30×2)/(220+10) = 4.08，取4 .

　　4、采區(qū)的工業(yè)儲(chǔ)量、設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量

　　(1) 采區(qū)的工業(yè)儲(chǔ)量

　　Zg=H×L×(m1+m2)× γ

　　式中： Zg---- 采區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量，萬(wàn)t; H---- 采區(qū)傾斜長(zhǎng)度，940m;

　　L---- 采區(qū)走向長(zhǎng)度，1470m; γ---- 煤的容重 ，1.40t/m3;

　　m1---- 1#煤層煤的厚度，為3.0米;

　　m2---- 2#煤層煤的厚度，為3.0米;

　　Zg=1000×1500×(3.0+3.0)×1.4=1260萬(wàn)t/a

　　Zg1=Zg2=1000×1500×3.0×1.4=630萬(wàn)t

　　(2) 設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量

　　ZK=(Zg-p)×C

　　式中：ZK---- 設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量, 萬(wàn)t;

　　Zg---- 工業(yè)儲(chǔ)量，萬(wàn)t;

　　p---- 永久煤柱損失量，萬(wàn)t;

　　C---- 采區(qū)采出率，厚煤層可取75%，中厚煤層取80%，薄煤層85%。本設(shè)計(jì)條件下取80%。

　　Pm1= Pm2= 30×2×1500×3.0×1.4+15×2×(1000-30×2)×3.0×1.4=48.8萬(wàn)t

　　P---- 上下兩端永久煤柱損失量，左右兩邊界永久煤柱損失量，萬(wàn)t;該煤層左右邊界各有15m的邊界煤柱，上部留30m防水煤柱，下部留30m護(hù)巷煤柱。

　　ZK1= ZK2= ( Zg1-p1)× C1=(630-48.8)×0.80=464.96萬(wàn)t

　　5、驗(yàn)算采區(qū)采出率C

　　對(duì)于1#、2#厚煤層:

　　C1=C2 　=(Zg1-p1)/Zg1

　　式中： C1-----采區(qū)采出率，% ;

　　Zg1 ---- 1#煤層的工業(yè)儲(chǔ)量，萬(wàn)t ;

　　p1 ---- 1#煤層的永久煤柱損失，萬(wàn)t ，取Zg1×6% ;

　　C1=(Zg1-p1)/Zg1 =(630-48.8)/630= 92.25% > 80%滿(mǎn)足要求。

　　第三章 采區(qū)生產(chǎn)能力和服務(wù)年限

　　采區(qū)生產(chǎn)能力和服務(wù)年限、采區(qū)內(nèi)同采的工作面?zhèn)€數(shù)、工作面配產(chǎn)情況與接續(xù)情況，編制采區(qū)內(nèi)回采工作面接替圖表、掘進(jìn)工作面接替圖表、回采工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)圖表。

　　1、采區(qū)生產(chǎn)能力

　　采區(qū)生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)是采面的生產(chǎn)能力，而采面的產(chǎn)量取決于煤層厚度、工作面長(zhǎng)度、及推進(jìn)速度。

　　一個(gè)采面的產(chǎn)量A0(萬(wàn)t)可由下式計(jì)算

　　A0 =LV0MγC0

　　式中 L——采煤工作面長(zhǎng)度，m;

　　V0—— 推進(jìn)速度，m/a;

　　M——煤層厚度或采高，m;

　　γ——煤的密度，t/m3

　　C0 ——采煤工作面采出率，一般取0.93～0.97,薄煤層取高限,厚煤層取低限;此處取0.95。

　　采煤工作面年推進(jìn)速度綜采面可達(dá)1080～1200m或以上。此處取1200m/a。采煤機(jī)截深取0.6m,一天截9刀，采用四六制一個(gè)班截3刀。一天工作面推進(jìn)速度為5.4m,采煤工作面年推進(jìn)速5.4m/d×330d=1782m/a。

　　因此一個(gè)采面生產(chǎn)能力A0 =220×1782×3×1.4×0.95=156.4萬(wàn)t。

　　采區(qū)生產(chǎn)能力AB =k1k2 A0i

　　式中 n 采區(qū)內(nèi)同采的工作面?zhèn)€數(shù)，此處取2;

　　k1 采區(qū)掘進(jìn)出煤系數(shù)，取1.1 左右;

　　k2 工作面之間出煤影響系數(shù)，n=1取1，n=2 時(shí)取0.95,n=3時(shí)取0.9。

　　采區(qū)生產(chǎn)能力AB =1.1×1×156.4=172萬(wàn)t。

　　2、采區(qū)服務(wù)年限

　　T= ZK/(A×K)

　　式中： T---- 采區(qū)服務(wù)年限，a;

　　A---- 采區(qū)生產(chǎn)能力， 172萬(wàn)t;

　　ZK---- 設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量，929.9萬(wàn)t;

　　K----儲(chǔ)量備用系數(shù)，取1.3。

　　T1= ZK1/(A×K)=464.96萬(wàn)t/(172萬(wàn)t ×1.3)=2.07a ;

　　T2= ZK2/(A×K)=464.96萬(wàn)t/(172萬(wàn)t ×1.3)=2.07a;

　　T= T1+ T2 =4.14a。

　　所以采區(qū)的服務(wù)年限為4.14年。采區(qū)內(nèi)同采的工作面?zhèn)€數(shù)為1。

　　3、確定采區(qū)內(nèi)同采工作面數(shù)

　　生產(chǎn)能力為172萬(wàn)t/a,且工作面生產(chǎn)能力為5212t/a。目前開(kāi)采準(zhǔn)備系統(tǒng)的發(fā)展方向是高產(chǎn)高效生產(chǎn)集中化，采用提高工作面單產(chǎn)，以一個(gè)工作面產(chǎn)量保證采區(qū)產(chǎn)量，所以定為采區(qū)內(nèi)一個(gè)工作面。

　　第四章 采煤方法

　　選擇各煤層采煤方法，確定回采工藝方式、工作面支護(hù)形式、支護(hù)設(shè)備、采煤機(jī)和運(yùn)輸類(lèi)型。確定工作面進(jìn)刀方式、截割方式、工作面長(zhǎng)度、采高及工作面推進(jìn)度等。

　　1.采煤方法的確定

　　單一走向長(zhǎng)壁采煤法主要用于緩斜、傾斜薄及中厚煤層或緩斜3.5～5.0m厚煤層,其采煤系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。所給條件煤層厚3m，傾角20°為緩斜中厚煤層，所以選用單一走向長(zhǎng)壁采煤法。地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層賦存條件較好，瓦斯涌出量小。且現(xiàn)代工作面長(zhǎng)度有加長(zhǎng)趨勢(shì)，因此采煤工藝選取的是較先進(jìn)的綜采。

　　2.采煤工藝方式的確定

　　(1)選第一煤層，即1#煤層為對(duì)象設(shè)置采煤工藝。

　　由于1#煤層厚度為3m，屬于中厚煤層，硬度系數(shù)f=4，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)斷層，故可用綜合機(jī)械化采煤工藝。綜采放頂煤工作面“四六”制作業(yè)形式，即三班采煤，一班準(zhǔn)備。采煤機(jī)截深為0.6m。采煤機(jī)割煤高度為3m。

　　工作面回采工藝流程為：采煤機(jī)向上割煤、移架→采煤機(jī)向下裝煤→推移刮板輸送機(jī)→斜切進(jìn)刀→推移刮板輸送機(jī)。

　　(2)綜采工作面的設(shè)備選用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。

　　(3)采煤與裝煤

　　①落煤方式與采煤機(jī)的選擇

　　采用綜合機(jī)械化采煤，雙滾筒采煤機(jī)直接落煤和裝煤。依據(jù)采區(qū)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力確定工作面每天的推進(jìn)度為5.4m。

　　選擇采煤機(jī)的滾筒截深為600mm，每天正規(guī)循環(huán)推進(jìn)9刀，每個(gè)循環(huán)0.6m，可滿(mǎn)足每天至少推進(jìn)5.4m的要求。

　　根據(jù)煤層的實(shí)際情況，煤層厚度為3m，工作面長(zhǎng)度為220m，采高3m，工作面推進(jìn)速度1782m/a。經(jīng)查《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選用MGT375/750采煤機(jī)。MGT375/750型采煤機(jī)的采高范圍1.8～3.5m,截深為0.6m。。

　　②工作面采用自移式液壓支架支護(hù)

　?、垡萍芊绞?/p>

　　由于采用及時(shí)支護(hù)方式，而且工作面每天推進(jìn)6刀，所以選擇順序移架方式。

　　順序式移架速度快，能滿(mǎn)足采煤機(jī)快速牽引的需要，適用于頂板比較穩(wěn)定的高產(chǎn)工作面。

　?、苤ёo(hù)方式：由于1#煤層f = 4，選用及時(shí)支護(hù)。

　　⑤工作面的支架需求量:

　　由n = L / E

　　式中： N ——工作面支架數(shù)目，取整數(shù);

　　L —— 工作面長(zhǎng)度，m;

　　E —— 架中心距;

　　n= 220/1.5=146(架)

　　⑥端頭支架

　　由于巷道寬度為5m，而架寬為1.43～1.59 m，因此選2架，上下兩端共需4架。另兩架空間用單體支架金屬鉸接頂梁支護(hù)。支撐高度：1.6～3.8。

　　⑦超前支護(hù)方式和距離

　　由于采用綜采開(kāi)采，支撐壓力分布范圍為20～30米，峰值點(diǎn)距煤壁前方 5-15m,所以超前支護(hù)的距離為20米。

　　選用單體支柱和金屬鉸接頂梁支護(hù)。鉸接頂梁的長(zhǎng)度為1000mm。

　?、嘈：酥Ъ艿膹?qiáng)度和高度

　　校核高度

　　經(jīng)查《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到：

　　在實(shí)際使用中，通常所選用的支架的最大結(jié)構(gòu)高度比最大采高大200mm左右。即： Hmax = Mmax+0.2米。最小結(jié)構(gòu)高度應(yīng)比最小的采高小250—350mm。即：Hmin= Mmin-(0.2 5～0.35)m

　　已知選用的 ZY3400/16/35 支撐掩護(hù)式支架的最大結(jié)構(gòu)高度為3.5m>(Mmax+0.2)，滿(mǎn)足要求。支架的最小結(jié)構(gòu)高度為1.8m< Mmin - (0.2 5～0.35)，滿(mǎn)足要求。

　　校核強(qiáng)度

　　由q=K×M×ρ×g×10-6

　　式中： q —— 支護(hù)強(qiáng)度，Mpa;

　　K ——作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，取6;

　　M —— 采高，m;

　　ρ —— 巖石密度，取 2.5×103Kg/m3;

　　g —— 取10N/Kg。

　　q=6×3.0×2.5×103×10×10-6=0.45Mpa

　　由Q=q×F×103KN

　　式中：F——為支架支護(hù)面積，F(xiàn) = 5.725×1.450 = 8.30m2

　　Q=0.45×8.30×103=3735 KN

　　由P = Q / η

　　式中：P —— 支架的工作阻力，KN;

　　Q —— 支架的有效工作阻力，KN;

　　η —— 支架的支撐效率，取80%

　　P=3735÷0.8=4688.75 KN <支架工作阻力6000 KN， 滿(mǎn)足要求。

　　3、處理采空區(qū)

　　采用全部跨落法處理采空區(qū)。

　　第五章 工作面開(kāi)采順序

　　劃分區(qū)段或條帶，確定工作面開(kāi)采順序。

　　將采區(qū)劃分為四個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段傾斜長(zhǎng)度為235m，一次采一個(gè)工作面，。以1#煤層為例,4個(gè)區(qū)段工作面接替順序，采用下行開(kāi)采順序

　　1#工作面接替順序圖

　　圖.1

　　對(duì)于1#布置一個(gè)綜放工作面便可以滿(mǎn)足生產(chǎn)設(shè)計(jì)的要求。

　　1#煤層：K1煤層：區(qū)段1(001-002)→區(qū)段2(001-002)→區(qū)段3(001-002)→區(qū)段4(001-002)→區(qū)段5(001-002)

　　(說(shuō)明：以上箭頭表示方向?yàn)楣ぷ髅嫱七M(jìn)順序。) 3.確定工作面回采巷道布置方式及工作面推進(jìn)終點(diǎn)位置。

　　第六章 采區(qū)巷道布置

　　通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇采區(qū)巷道布置最優(yōu)方案，并論證其合理性。

　　回采巷道布置方式.：?jiǎn)蜗镅乜站蛳锞蜻M(jìn)方式。

　　分析：已知采區(qū)內(nèi)各煤層埋藏平穩(wěn)，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)斷層，同時(shí)，各煤層瓦斯涌出量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小。因此有利于綜合機(jī)械化作業(yè)，可以充分發(fā)揮棕采高產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，為減小煤柱損失，提高采出率。綜合考慮各種因素，采用單巷沿空掘巷掘進(jìn)方式。這種方式掘出的巷道正處在應(yīng)力降低區(qū)，即好維護(hù)又提高了采出率，有取代沿空留巷的趨勢(shì)。

　　說(shuō)明：在采區(qū)巷道布置平面圖內(nèi)，工作面布置和推進(jìn)的位置應(yīng)以達(dá)到采區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)量及安全為準(zhǔn)。工作面推進(jìn)到距回風(fēng)大巷30米處的位置，即為避開(kāi)采掘超前影響所留設(shè)的30m護(hù)巷。

　　1.完善開(kāi)拓巷道

　　為了減少煤柱損失提高采出率，利于滅災(zāi)并提高經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)所給地質(zhì)條件及采礦工程設(shè)計(jì)規(guī)劃，在第一開(kāi)采水平中，把為該采區(qū)服務(wù)的運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷均布置在2#煤層底板下方25m的穩(wěn)定巖層中，兩巷水平間距相距1457.39m 。

　　2.確定巷道布置系統(tǒng)及采區(qū)布置方案分析比較

　　首先確定回采巷道布置方式，由于地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層賦存條件好，涌水量較小，瓦斯涌出量較小，直接頂較厚且易跨落。同時(shí)為減少煤柱損失，提高采出率，降低巷道維護(hù)費(fèi)用，采用沿空掘巷的方式。因此采用工作面布置圖1所示工作面接替順序，就能彌補(bǔ)沿空掘巷時(shí)工作面接替復(fù)雜的缺點(diǎn)。

　　確定采區(qū)巷道布置系統(tǒng)，采區(qū)內(nèi)有2層煤，每一層都布置4個(gè)工作面，根據(jù)相關(guān)情況初步制定以下兩個(gè)方案進(jìn)行比較：

　　方案一：兩條巖石上山

　　在距2#煤層底板15m處巖石中布置兩條巖石上山，一條為運(yùn)輸上山，另一條為軌道上山，兩上山層位有一定差距，使其分別聯(lián)結(jié)兩翼的區(qū)段;平巷不交叉;石門(mén)聯(lián)系各煤層。通風(fēng)路線(xiàn)：新風(fēng)從階段運(yùn)輸大巷→采區(qū)主石門(mén)→采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)→軌道上山→中部甩車(chē)場(chǎng)→區(qū)段軌道集中平巷→區(qū)段聯(lián)絡(luò)巷道→區(qū)段運(yùn)輸平巷→工作面→區(qū)段回風(fēng)平巷→回風(fēng)石門(mén)→階段回風(fēng)大巷。該方案的特點(diǎn)是：巖石工程量大，掘進(jìn)費(fèi)用高，聯(lián)絡(luò)石門(mén)長(zhǎng)，但維護(hù)條件好，維護(hù)費(fèi)用低，有利于通風(fēng)，運(yùn)輸能力大。

　　方案二：一煤一巖上山

　　在距2#煤層底板15m處巖石中布置一條巖石運(yùn)輸上山，在2#煤層中布置另一條軌道上山，石門(mén)聯(lián)系各煤層。通風(fēng)路線(xiàn)：新風(fēng)從階段運(yùn)輸大巷→采區(qū)主石門(mén)→采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)→軌道上山→中部甩車(chē)場(chǎng)→區(qū)段軌道集中平巷→區(qū)段聯(lián)絡(luò)巷道→區(qū)段運(yùn)輸平巷→工作面→區(qū)段回風(fēng)平巷→回風(fēng)石門(mén)→階段回風(fēng)大巷。該方案的特點(diǎn)是：節(jié)省了一條巖石上山，相對(duì)減少了巖石工程量，但軌道上山不易維護(hù)，維護(hù)費(fèi)用高，需要保護(hù)煤柱。

　　論證回采巷道布置方式的合理性：

　　方案一：巖石工程量達(dá)，掘進(jìn)費(fèi)用高，聯(lián)絡(luò)石門(mén)長(zhǎng)，但維護(hù)條件好，維護(hù)費(fèi)用低，有利于通風(fēng)，運(yùn)輸能力大

　　方案二：節(jié)省了一條巖石上山，相對(duì)減少了巖石工程量，但軌道上山不易維護(hù)，維護(hù)費(fèi)用高，需要保護(hù)煤柱。而且又由于煤層較硬，相對(duì)來(lái)說(shuō)，軌道上山維護(hù)容易一些，費(fèi)用相對(duì)會(huì)少。這種布置方式適用于產(chǎn)量不大，服務(wù)年限不太長(zhǎng)的采區(qū)。

　　綜上所述，選擇一煤一巖上山采區(qū)聯(lián)合布置方式，巷道布置情況見(jiàn)巷道布置圖、采區(qū)巷道平面圖、剖面圖，以1#煤層為例。軌道上山布置在最下一層煤為維護(hù)條件較好的薄及中厚煤層當(dāng)中，運(yùn)輸上山布置在底板巖石中。采區(qū)服務(wù)年限為4年，不太長(zhǎng)，產(chǎn)量也不大。因此此方案比較合理。

　　第七章 采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)

　　確定采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)，包括運(yùn)煤、運(yùn)矸、運(yùn)料系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)。列表說(shuō)明采區(qū)設(shè)備主要參數(shù)

　　1.生產(chǎn)系統(tǒng)

　　單一煤層走向巷道布置圖

　　(1)運(yùn)煤系統(tǒng)

　　在運(yùn)輸上山和運(yùn)輸巷內(nèi)均鋪設(shè)有刮板輸送機(jī)。其運(yùn)煤路線(xiàn)為：工作面運(yùn)出的煤，經(jīng)運(yùn)輸巷、運(yùn)輸上山到采區(qū)煤倉(cāng)上口，通過(guò)采區(qū)煤倉(cāng)在采區(qū)運(yùn)輸石門(mén)裝車(chē)外運(yùn)。

　　最后一個(gè)區(qū)段工作面運(yùn)出的煤，則有區(qū)段運(yùn)輸巷至運(yùn)輸上山，在運(yùn)輸上山鋪設(shè)一臺(tái)短刮板輸送機(jī)，向上運(yùn)至煤倉(cāng)上口。

　　(2)運(yùn)料排矸系統(tǒng)

　　運(yùn)料排矸采用600mm軌距的礦車(chē)和平板車(chē)。物料自下部車(chē)場(chǎng)3，經(jīng)軌道上山到上部車(chē)場(chǎng)6，然后經(jīng)回風(fēng)巷10送至采煤工作面。區(qū)段回風(fēng)巷8，8'和運(yùn)輸巷9，9 '所需的物料，自軌道上山4經(jīng)中部車(chē)場(chǎng)7，7'送人。

　　掘進(jìn)巷道時(shí)所出的煤和矸石，利用礦車(chē)從各平巷運(yùn)出經(jīng)軌道上山運(yùn)至下部車(chē)場(chǎng)。

　　(3)通風(fēng)系統(tǒng)

　　采煤工作面所需的新鮮風(fēng)流，從采區(qū)運(yùn)輸石門(mén)進(jìn)入，經(jīng)下部車(chē)場(chǎng)、軌道上山、中部車(chē)場(chǎng)7分成兩翼經(jīng)平巷8、聯(lián)絡(luò)眼11、運(yùn)輸巷9到達(dá)工作面。從工作面出來(lái)的污風(fēng)，經(jīng)回風(fēng)巷10，右翼直接進(jìn)入采區(qū)回風(fēng)石門(mén)，左翼側(cè)需經(jīng)車(chē)場(chǎng)繞道6進(jìn)入采區(qū)回風(fēng)石門(mén)。

　　掘進(jìn)工作面所需的新鮮風(fēng)流，從軌道上山經(jīng)中部車(chē)場(chǎng)7'分兩翼送至8'.平巷內(nèi)由局部通風(fēng)機(jī)送往掘進(jìn)工作面，污風(fēng)流則從運(yùn)輸巷9'經(jīng)運(yùn)輸上山回入采區(qū)回風(fēng)石門(mén)。

　　2.采區(qū)設(shè)備參數(shù)

　　采煤機(jī)主要參數(shù)

 

　　第八章 采區(qū)車(chē)場(chǎng)

　　選擇采區(qū)上、中、下部車(chē)場(chǎng)形式，并附插圖。

　　按照軌道上山與上部區(qū)段回風(fēng)巷(或回風(fēng)石門(mén))的連接方式不同，上部車(chē)場(chǎng)分為平車(chē)場(chǎng)、甩車(chē)場(chǎng)和轉(zhuǎn)盤(pán)車(chē)場(chǎng)三類(lèi)。

　　若軌道上山以水平的巷道與區(qū)段回風(fēng)巷相連，絞車(chē)房布置在與回風(fēng)巷同一水平的巖石中，則為上部平車(chē)場(chǎng);若軌道上山以?xún)A斜的甩車(chē)道與區(qū)段區(qū)段回風(fēng)平巷相連為采區(qū)上部甩車(chē)場(chǎng);轉(zhuǎn)盤(pán)車(chē)場(chǎng)的特點(diǎn)是軌道上山與區(qū)段回風(fēng)平巷呈十字形相交，利用轉(zhuǎn)盤(pán)調(diào)車(chē)，即礦車(chē)提至轉(zhuǎn)盤(pán)上，將轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)90，再將礦車(chē)送入?yún)^(qū)段回風(fēng)平巷。

　　采區(qū)上部平車(chē)場(chǎng)線(xiàn)路的特點(diǎn)是設(shè)置反向豎曲線(xiàn)，上山經(jīng)反向豎曲線(xiàn)變平，然后設(shè)置平臺(tái)，在平臺(tái)上進(jìn)行調(diào)運(yùn)工作。根據(jù)提升方向與礦車(chē)在車(chē)場(chǎng)內(nèi)運(yùn)行方向來(lái)區(qū)分，平車(chē)場(chǎng)又可分為順向和逆向車(chē)場(chǎng)兩種形式。兩種車(chē)場(chǎng)如何選擇，主要根據(jù)軌道上山、絞車(chē)房及回風(fēng)巷的相對(duì)位置決定。當(dāng)車(chē)場(chǎng)巷道直接與回風(fēng)道聯(lián)系時(shí)可采用順向平車(chē)場(chǎng)。當(dāng)煤層群聯(lián)合布置采區(qū)，且有采區(qū)回風(fēng)石門(mén)與各煤層回風(fēng)巷及總回風(fēng)巷相聯(lián)系時(shí)，可采用逆向平車(chē)場(chǎng)，有時(shí)也可用順向平車(chē)場(chǎng)。

　　對(duì)于煤層軌道上山，為減少巖石工程量，可采用甩車(chē)場(chǎng)，并具有通過(guò)能力大，調(diào)車(chē)方便，勞動(dòng)量小等優(yōu)點(diǎn);其缺點(diǎn)是絞車(chē)房布置在回風(fēng)巷標(biāo)高以上，當(dāng)上部為采空區(qū)或松軟的風(fēng)化帶時(shí)，絞車(chē)房維護(hù)比較困難，而且絞車(chē)房回風(fēng)有一段下行風(fēng)，通風(fēng)條件較差。所以，當(dāng)采區(qū)上部是采空區(qū)或?yàn)樗绍浀娘L(fēng)化帶時(shí)，可選擇平車(chē)場(chǎng)。此外，在煤層群聯(lián)合布置時(shí)，回風(fēng)石門(mén)較長(zhǎng)，為便于與回風(fēng)石門(mén)聯(lián)系也多選用平車(chē)場(chǎng)，其他條件下，可選擇甩車(chē)場(chǎng)。

　　采區(qū)中部車(chē)場(chǎng)也同樣采用甩車(chē)場(chǎng)形式。

　　采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)的基本形式，按裝車(chē)地點(diǎn)不同分為大巷裝車(chē)、石門(mén)裝車(chē)和繞道裝車(chē)三種;按材料車(chē)場(chǎng)設(shè)置地點(diǎn)不同，又有頂板繞道和底板繞道兩種。當(dāng)煤層傾角在12°及以下是，采用底板繞道。

　　本采區(qū)的下部車(chē)場(chǎng)根據(jù)條件可以大巷裝車(chē)形式，由于煤層傾角為12°，故采用頂板繞道。但應(yīng)注意軌道上山的起坡角，一般以不超過(guò)25°為宜。大巷裝車(chē)站線(xiàn)路布置圖如下：

　　1- 運(yùn)輸上山;2-調(diào)度絞車(chē);3-煤倉(cāng);4-空車(chē)存車(chē)線(xiàn);5-重車(chē)存車(chē)線(xiàn);6-裝車(chē)點(diǎn)道岔;7，8-通過(guò)線(xiàn)渡道岔;

　　9-通過(guò)線(xiàn)大巷裝車(chē)式下部車(chē)場(chǎng)的輔助提升車(chē)場(chǎng)為頂板繞道式，其形式如：1- 運(yùn)輸上山;2-軌道上山;3-采區(qū)煤倉(cāng);4-大巷;5-人行道;6-材料車(chē)場(chǎng);7-繞道

　　第九章 采區(qū)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　編制采區(qū)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：包括采區(qū)走向長(zhǎng)度、斜長(zhǎng)、區(qū)斷數(shù)目、采煤方法、采面長(zhǎng)度、采區(qū)可采儲(chǔ)量、生產(chǎn)能力、服務(wù)年限、 采區(qū)回采率、工作面回采率、采掘面頭比等。

　　采區(qū)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)