采矿毕业设计.docx
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采矿毕业设计
《采矿学》
《采矿学》课程设计大纲
一、目的
1、初步应用《采矿学》课程所学的知识,通过课程设计,加深对《采矿学》课程的理解。
2、培养采矿工程专业学生动手能力,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。
3、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
设计题目一、二一般条件:
某矿第一开采水平上山阶段某采(带)区自下而上开采Kl和K2煤层,煤层厚度、层间距及顶底板岩性如下表所示。
该采(带)区走向长度3000m,倾斜长度1100m,采(带)区内各煤层埋藏平稳,地质构造简单,无断层,K1煤层属简单结构煤层,硬度系数f=2,K2煤层属中硬煤层,各煤层瓦斯涌出量较低,自然发火倾向较弱,涌水量也较小。
设计矿井的地面标高为+30m,煤层露头为-30m。
第一开采水平为该采(带)区服务的一条运输大巷布置在K2煤层底板下方25m处的稳定岩层中,为满足该采(带)区产系统所需的其余开拓巷道可根据采煤方法不同由设计者自行决定。
设计题目一、二煤层倾角条件:
题目一:
设计题目的煤层平均倾角为8°;题目二:
设计题目的煤层平均倾角为16°。
设计采(带)区煤层及顶底板情况
厚度(m)
岩性描述
8.60
灰色泥质页岩,砂页岩互层
8.40
泥质细砂岩,碳质页岩互层
0.20
碳质页岩,松软
6.9
K1煤层,γ=1.30t/m³
4.20
灰色砂质泥岩,细砂岩互层,坚硬
7.80
灰色砂质泥岩
2.50
K2煤层,煤质中硬,γ=γ=1.30t/m³
3.20
灰白色粗砂岩、坚硬
24.68
灰色中、细砂岩互层
设计题目三、四一般条件:
某矿第一开采水平上山阶段某采(带)区开采K1煤层,煤层平均厚度3.5m,顶底板岩性如下表所示。
该采(带)区走向长度2500m,倾斜长度980m,采(带)区内各煤层埋藏平稳,地质构造简单,无断层,K1煤层属简单结构煤层,硬度系数f=0.3,该采(带)区K1煤层具备突出危险性,瓦斯含量为12m³/t。
设计矿井的地面标高为+30m,煤层露头为-30m。
第一开采水平为该采(带)区服务的一条运输大巷布置在K1煤层底板下方25m处的稳定岩层中,为满足该采(带)区产系统所需的其余开拓巷道可根据采煤方法不同由设计者自行决定。
设计题目三、四煤层倾角条件:
设计题目三的煤层平均倾角为12°;设计题目四的煤层平均倾角为20°。
设计采(带)区煤层及顶底板情况
厚度(m)
岩性描述
4.60
薄层泥质细砂岩,稳定
3.20
灰色细砂岩,中硬、稳定
0.3
碳质页岩,松软
3.5
K1煤层,煤质中硬,γ=1.30t/m³
3.20
灰白色粗砂岩、坚硬
24.68
灰色中、细砂岩互层
三、课程设计内容
1.采区或带区巷道布置设计;
2.采区中部甩车场线路设计或带区下部平车场(绕道线路和装车站线路)线路设计;
3.采煤工艺设计及编制循环图表。
四、进行方式
学生按设计大纲要求,任选设计题目条件中的煤层倾角条件1或煤层倾角条件2,综合应用《采矿学》所学的知识,每人独立完成一份课程设计。
设计者之间可以讨论、借鉴,但不得相互抄袭,疑难问题可与指导教师共同研究解决。
本课程设计要对设计方案进行技术分析与经济比较。
五、设计说明书内容
第一章采(带)区巷道布置
第一节采区或带区储量与服务年限
1、采区或带区生产能力定为90万t/a、120万t/a、150万t/a和180万t/a四种,设计者可以在四种中任选一种。
2、计算采区或带区的工业储量、设计可采储量;
3、计算采区或带区的服务年限;
4、验算采区采出率。
第二节采区或带区内的再划分
1、确定采煤工作面长度;
2、确定采区内的区殴数目或带区内的工作面数目;
3.确定工作面生产能力;
4、确定采区或带区内同采工作面数目及工作面接替顺序。
第三节确定采(带)区内准备巷道布置及生产系统
1、根据所选题目条件,完善采(带)区所需的开拓巷道;
2、确定采(带)区巷道布置系统时至少就上山数目、位置、或带区布置方式提出两个布置方案,并进行技术分析与经济比较。
3、确定回采巷道布置方式(单巷布置、双巷布置、沿空掘巷、沿空掘巷),并进行分析。
4、在采(带)区巷道布置平面图内,工作面布置及推进到的位置应以达到采(带)区设计产量为准。
5、采区内上、下区段,或上下煤层工作面,或带区内相邻工作面交替期间同时生产时的通风系统在说明书中以简图示之。
6、采区上、下部车场只作选型。
第四节采区中部甩车场或带区下部平车场线路设计
1、大巷(双轨)、采区轨道上山(单轨)、区段石门(单轨)、带区材料上山(单轨)均为600m轨距。
2、轨道上山作辅助提升时,一次提一吨矿车3个。
3、按比例在说明书中绘制车场线路平面图及坡度图作为插图。
本章应绘制采(带)区巷道布置平面图及剖面图(均按1:
2000绘制)。
第二章采煤工艺设计
第一节采煤工艺方式的确定
1、针对设计采(带)区内的任意一个煤层,进行采煤工艺设计,布置一个采煤工作面,可以选用综采或普采任意一种工艺,鼓励选用先进的采煤方法进行设计。
2、由于设备资料来源的原因,选用国产综采或普采设备。
3、采煤与装煤
如采用普通机械化采煤工艺,要选定采煤机,确定截深,上下缺口长度,进刀方式,截割方式等;
如采用综合机械化采煤工艺,要选定落煤方式,确定截深,进刀方式等;
厚煤层放顶煤开采时,要确定采放比,放顶步距,放煤方式;
厚煤层分层开采时,要确定人工假顶材料和假顶的铺设方法。
4、运煤
工作面、顺槽、上山、大巷运煤设备选型,仅提供设备列表,不做选型计算;
掘进工作面运煤系统、设备分析,仅提供设备列表,不做选型计算。
5、工作面顶板支护
如选用金属单体支柱及金属铰接顶梁支护,应确定相应的型号、规格,确定支架的布置方式、排距、柱距、最大控顶距、最小控顶距、放顶步距、工作面端头支护及超前支护方式和距离等。
要计算工作面支柱和顶梁的需要量。
如选用液压支架支护,要确定支架型号、规格、架中心距、移架方式、支护方式、端头支架及超前支护方式和距离等,要校核支架高度、强度。
计算工作面支架的需要量。
6.处理采空区
一般采用全部垮落法。
第二节工作面合理长度的确定
根据设计大纲要求,确定工作面合理长度时要考虑以下方面:
1、煤层地质条件2、工作面生产能力3、运输设备及管理水平4、顶板管理及通风能力5、经济合理的工作面长度(产量、效率和工作面推进度的关系)
第三节采煤工作面循环作业图表的编制
1.包括工作面布置图、循环作业图、劳动组织表、技术经济指标表。
2.有关工种及出勤人数,可参照教学例题和现场经验酌情安排。
六、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(1:
50)应包括回采巷道剖面目(1:
50),最大与最小控距剖面图;2.采(带)区巷道布置平面图和(1:
2000)剖面图(1:
2000)设计图纸四周各留20mm的边框线,右下角留出标题栏,其格式如下。
凡设计图中已有内容,说明书中都可以不画。
七、附表
1、井巷掘进直接费
2、井巷辅助费
3、井巷维护费
费用单价表
(一)
序号
项目
单价
数量
1
井
巷
掘
进
直
接
费
岩石上山
元/m
1578
2
沿煤上山
元/m
1284
3
岩石平巷
元/m
1152
4
煤层平巷
元/m
831
5
采区变电所
元/m3
144
6
采区煤仓
元/m3
144
7
采区绞车房
元/m3
162
费用单价表
(二)
项目
井深
单位
300
400
500
700
井
巷
辅
助
费
大巷
元/m
1073
1605
1296
1524
上山
元/m
1164
1302
1407
1605
岩石平巷
元/m
951
1065
1149
1347
煤仓
元/m
951
1065
1149
1347
硐室
元/m3
171
183
195
252
生
产
经
营
费
通风
元/
0.415
0.427
0.480
0.670
排水
元/t
0.323
0.415
0.567
0.740
上山运输
元/tkm
0.344
0.344
0.344
0.344
机巷运输
元/tkm
0.800
0.800
0.800
0.300
大巷运输
元/tkm
0.210
0.210
0.210
0.210
费用单价表(三)
序号
项目
单价
数量
1
井
巷
维
护
费
岩石上山
元/年·m
40
2
煤层上山
元/年·m
90
3
岩石平巷
元/年·m
80
4
煤层平巷
元/年·m
160
5
硐室
元/年·m
30
第一章采区巷道布置
第一节采区储量与服务年限
1、采区生产能力选定为120万t/a
2、计算采区的工业储量、设计可采储量
(1)、采区工业储量
由Zg=H*L*(m1+m3)*γ(公式1-1)
式中:
Zg----采区工业储量,万t;
H----采区倾斜长度,1100m;
L----采区走向长度,3600m;
γ----煤的容重,1.30t/m3;
m1----K1煤层煤的厚度,为3.5米;
m2----K2煤层煤的厚度,为2.5米;
Zg=1100*3600*(3.5+2.5)*1.3=3088.8(万t)
(2)、设计可采储量
ZK=(Zg-p)*C(公式1-2)
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;
6C----采区采出率,厚煤层可取75%,中厚煤层取80%,
薄煤层85%。
(说明:
p可取其为工业储量的10%来计算,即
p=10%*Zg)
ZK=(3088.8-3088.8*10%)*0.80=2223.936(万t)
(3)、采区服务年限
T=ZK/A*K………(公式1-3)
式中:
T----采区服务年限,a;
A----采区生产能力,120万t;
ZK----设计可采储量,2362.9万t;
K----储量备用系数,取1.3。
T=2223.936万t/(120万t*1.3)=14.25a
取T=14a
(4)、验算采区采出率
1、对于K1中厚煤层:
C=(Zg1-p1)/Zg1……(公式1-4)
式中:
C----采区采出率,%;
Zg1----K1煤层的工业储量,万t;
7
p1----K1煤层的永久煤柱损失,万t,取Zg1*6%;
C=(Zg1-p1)/Zg1
=[3600*1100*3.5*1.3-0.06*3600*3.5*1.3*11
00]/3600*1100*3.5*1.3)=94%>75%满足要
求
2、对于K3中厚煤层:
C=(Zg3-p3)/Zg3……(公式1-5)
式中:
C----采区采出率,%;
Zg3----K3煤层的工业储量,万t;
P3----K3煤层的永久煤柱损失,万t,取Zg3*4%;
C=(Zg3-p3)/Zg3
=(3600*1100*2.5*1.3-3600*1100*2.5*1.3*0.04/36
00*1100*2.5*1.3=96%>80%满足要求
第二节采区内的再划分
1、确定工作面长度
由已知条件知:
该煤层下部边界各有30m的保护煤柱。
上部
防水煤柱30M,故区段煤层倾斜长度为:
1100-30-30=1040m。
采
区选定5个区段,采煤工艺选取较先进的综合机械化采煤。
一般
而言,综采工作面长度为180~250m,采区生产能力为120万t/a,
8
一个中厚煤层的一个区段便可以满足生产要求,故工作面长度为:
L=(1100-60-4*10-4.5*10)/5=191(m)
2、确定采区内同采工作面数目
3.由于采区内斜长为1100米,上部边界煤柱为30米,工作面长
为191米,每个区段间的保护煤柱选为10m。
巷道宽度一般为4m~
5m,选取4.5m巷道宽度。
所以区段斜长为191+10+4.5*2=210米,
区段数目N=(1100-60)/(191+4.5*2+10)=5
4、确定工作面生产能力
Qr=A/T*1.1……(公式1-5)
式中:
A----采区生产能力,120万t/a;
Qr----工作面生产能力,万t;
T----每年正常工作日,300天。
故:
Qr=A/T*1.1=120/300*1.1=3636.36t
5、确定采区内工作面接替顺序
由于采区生产能力为120万t/a,且工作面生产能力为
3636.36t,因此只要一个工作面便可以满足要求。
工作面接替顺序:
两翼开采,左右交替,左边开采,右边准备,最终达到高产高效。
顺序表如下图所示:
9
K1煤层
K3煤层
K101K102K301K302
K103K104K303K304
K105K106K305K306
K107K108K307K308
K109K110K309K310
对于K1和K3煤层来说,布置一个综采工作面便可以满足生
产设计的要求。
K1煤层:
K101→K102→K103→K104→K105→K106→K107
→K108→K109→K110
K3煤层:
K301→K302→K303→K304→K305→K306→K307
→K308→K309→K310
(说明:
以上箭头表示方向为工作面推进顺序。
)
第三节确定采区内准备巷道布置及生产系统
1、根据题目所选条件,完善采区所需的开拓巷道
在采区的上部边界煤层下方25米处岩层中开掘一条总回
风大巷。
2、布置上山数目、位置及进行方案关于技术经济比较
由上山位置进行方案确定:
方案一、在K3煤层中开掘双煤上山
10
方案二、一煤一岩上山,即在K3煤层中开掘一条轨道上山,在距
K3煤层10米的底板岩层中开掘一条运输上山。
(1)、两种方案的经济上比较
方案一方案二
掘进费用(元/米)
岩层上山01080*1578=1704240
煤层上山
1080*2*1284=277344
0
1080*1284=1386720
区段石门
20/sin16°
*1152*10=835880.90
20/sin16°
*1152*10+10/sin16°
*1152*10=898571.96
维护费用(元/米)
岩石上山0
2*40*1080*14.25=1231532
.31
煤层上山
2*90*1080*14.25=27
70947.69
2*90*1080*14.25=1385473
.85
区段石门
20/sin16°
*80*10*14.25=82739
7.06
20/sin16°
*80*10*14.25+10/sin16°
*80*10*14.25=1241095.59
总费用(元)7207665.657847633.71
方
案项
目
11
由于其它各项费用基本相同,所以不进行比较。
有:
(7847633.71/7207665.65)*100%=108.9%
即一煤一岩上山的费用是双煤上山的1.089倍,在费用上相差小于
10%,相差较小。
(1)、两种方案的技术上比较
由于最下部的K3煤层为维护条件较好的中厚煤层,煤质中
硬,底且稳定的灰色细砂岩,所以把上山布置在K3煤层中,维护
较容易,掘进速度快,投产早。
综合经济和技术比较,最终决定将采区上山布置在K3煤层中,即
双煤上山,两条上山间相距20米。
3、确定回采巷道布置方式
根据煤层储存条件可知,K1煤层厚3.5米,为中厚煤层,瓦
斯含量较低,易于维护。
工作面走向长度为1800米左右,采用双
巷掘进方式,能够满足通风要求,且一个工作面就可以达到设计
生产能力的要求。
综合考虑,选择双巷掘进方式。
4、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
采区设计生产能力为准
由于K1、K3煤层相距20米左右,且采区上山布置在K3煤
层中,在离上山15米处停采,留15米煤柱保护采区上山。
5、采区内上下区段,或上下煤层工作面交替期间的生产是的通风
系统如图:
12
6、采区上下部车场的选型
采区上部车场选用平车场,下部车场选用大巷装车,顶板绕
道式下部车场。
第四节采区中部车场设计
该采区开采近距离煤层群,轨道上山布置在底板岩石中,倾
角为16°,向区段石门甩车。
轨道上山和石门内均铺设600mm轨
新风方向:
乏风方向:
--运输大巷,2--回风大巷,3--采区轨道上山,4--采区运输上山,5--采
区下部车场,6--区段进风石门,7--区段运输石门,8--上部车场,9--联络
巷,10--区段运输平巷,11--区段回风平巷,12--采煤工作面,13--掘进工作面
13
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。
作出线路布置草图,并把各部分标以号码,如图所示。
计算步骤如下:
(一)、斜面线路联接系统各参数计算
1、道岔选择及角度换算
由于是辅助提升,两组道岔均选DK615—4—12(左)道岔。
道岔参数1=2=14°15′;350033402121bbaa;。
斜面线路一次回转角1=14°15′;
斜面线路二次回转角δ=1+2=28°30′。
一次回转角1的水平投影
'
1为:
"'
'
111'
158471422cos
1514
cos
tg
tg
tg
tg
式中β为轨道上山的倾角β=16°。
二次回转角δ的水平投影角δ′为:
"'
'
1211'332729
16cos
3028
cos
)(
tg
tg
tg
tg
一次伪倾斜角
'
为:
)16sin1514(cossin)sin(cossin
'1
1
1'
=15°29′
42″
14
二次伪倾斜角
"
为:
16sin3028cossinsin)cos(sin'1211"=14°
1′16″
2、斜面平行线路联接点各参数
本线路采用中间人行道,线路中心距1s=1900mm。
为简化计
算,斜面联接点线路中心距区与1s相同值。
斜面联接点曲线半径
取R′=9000mm,这样:
748115141900'1•ctgctgSB
1125
2
1514
9000
2
'
'
1•
tgtgRT
8606112574811TBL
7719
'1514sin
1900
sin2
1
S
m
2238
3.57
1514
9000
3.57
'
'
2
1•
RK
(二)、竖曲线相对位置
1、竖曲线各参数
取高道平均坡度"49'37,11
1
000
GGGitgi
取低道平均坡度"56'30,9
1
000
DDGitgi
取低道竖曲线半径9000DR
暂定高道竖曲线半径20000GR
高道竖曲线各参数:
15
"53'5114"49'37"42'2915'GG
726)"42'2915cos"49'37(cos20000)'cos(cosGGGRh
5123)"49'37sin"42'2915(sin20000)sin'(sin
GGGRl
2609
2
"535114
20000
2
'
•
tgtgRTGGG
5188
3.57
"535114
20000
3.57
'0
•
G
GGRK
低道竖曲线各参数
"38'016"56'30"42'2915'DD
327)"42'2915cos"56'30(cos9000)'cos(cosDDDRh
2485)"56'30sin"42'2915(sin9000)sin'(sin
DDDRl
1266
2
"380016
9000
2
'
•
tgtgRTDDD
2515
3.57
"380016
9000
3.57
'0
•
G
DDRK
2、最大高低差H
由于是辅助提升,储车线长度按3钩车考虑,每钩车提1吨
矿车3辆,故高低道储车线长度不小于m18233。
起坡点间
距暂定为零,则
360918*********0000000H
3、竖曲线的相对位置
两竖曲线上端点的斜面距离L1为:
16
2359
"22'1721sin
3606141364"15'1319sin7719"22'1721sin)86061125(
'sin
"sin'sin)(
'sin
"sin'sin)]([
'sin
"sin'sin)(
1
21
21
•
•
•
HhhmLT
HhhmaLT
HhhmaLT
L
DG
DGK
DGK
两竖曲线下端点(起坡点)的水平距离L2为:
36570423349"22'1721cos2574cos12GDllLL
由计算结果看出,2L<1000,间距较大,故GR区值为20000
合适。
负值表明低道起坡点超前于高道起坡点。
(三)、高低道存车线各参数
1、闭合点O的位置
闭合点O的位置计算,如图
设低
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