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煤矿开采学课程设计实例

《煤矿开采学》课程设计

说

明

书

姓名：

班级：

采矿06

学号：

001060029

指导老师：

姚精明

二〇〇九年月日

目录

绪论……………………………………………………………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……………………………………………7

第三节确定采区内准备巷道布置及生产系统…………………9

第二章采煤工艺设计………………………………………12

第一节采煤工艺方式的确定……………………………………12

第二节工作面合理长度的确定…………………………………17

第三节采煤工作面循环作业图表的编制………………………18

附表………………………………………………………20

设计总结……………………………………………………22

绪论

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的动手能力，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

1、设计题目的一般条件

某矿第一开采水平上山某采（带）区自下而上开采K1、K2和K3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2100米，倾斜长度1000米，采（带）区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，K1和K2煤层属简单结构煤层，硬度系数f=2，K2和K3煤层属于中硬煤层，各煤层瓦斯涌出量也较小。

设计矿井的地面标高为+30米，煤层露头为-30米。

第一开采水平为该采（带）区服务的一条运输大巷布置在K3煤层底版下方25米处的稳定岩层中，为满足该采（带）区生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。

2、设计题目的煤层倾角条件

（1）设计题目的煤层倾角条件1

煤层倾角条件1：

煤层平均倾角为8°，阶段倾斜长度1200m

（2）设计题目的煤层倾角条件2

煤层倾角条件2：

煤层平均倾角为16°，阶段倾斜长度1000m

三、课程设计内容

1、采区或带区巷道布置设计；

2.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》所学知识，每个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。

本课程设计要求方案进行技术分析与经济比较。

附表1：

设计采区综合柱状图

柱状

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

6.90

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

3.0

K2煤层,γ=1.30t/m3

------------------------------------------

4.60

薄层泥质细砂岩，稳定

··················

3.20

灰色细砂岩，中硬、稳定

2.2

K3煤层，煤质中硬，γ=1.30t/m3

。

。

。

。

。

。

。

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3.50

灰白色粗砂岩、坚硬、抗压强度60—80Mps

。

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。

。

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。

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。

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。

24.68

灰色中、细砂岩互层

第一章采区巷道布置

第一节井田境界及储量

一、井田境界

昌隆煤业有限公司本次扩层开采一1煤层，其储量范围同二1煤层，河南省国土资源厅颁发的矿区新采矿许可证（含二1煤层及一1煤层。

证号：

C410000************7287，拐点坐标详见表2-1-1（西安80坐标系）。

井田东西走向长约960m，南北倾斜宽约1080m，井田面积为0.6837km2。

开采深度为285m～30m。

表1采矿证批准范围拐点坐标一览表

序号

坐标（北京54）

序号

坐标（西安80）

X

Y

X

Y

1

3813764.00

38429244.00

1

3813715.48

38429181.38

2

3814042.00

38428968.00

2

3813993.48

38428905.38

3

3814360.00

38428724.00

3

3814311.48

38428661.37

4

3814456.00

38428656.00

4

3814407.48

38428593.37

5

3814779.00

38429079.00

5

3814730.49

38429016.37

6

3814765.00

38429100.00

6

3814716.49

38429037.37

7

3814840.00

38429230.00

7

3814791.49

38429167.37

8

3814550.00

38429600.00

8

3814501.49

38429537.38

9

3814504.00

38429566.00

9

3814455.49

38429503.38

10

3814384.00

38429656.00

10

3814335.49

38429593.38

11

3813915.00

38429656.00

11

3813866.49

38429593.39

12

3813830.00

38429512.00

12

3813781.48

38429449.39

估算标高：

二1煤层+100～285；一1煤层+30～230

二、矿井资源/储量计算

昌隆煤业有限公司，原采矿证批准开采二1煤层，2014年10月新颂发的采矿许可证，批准开采二1煤层及一1煤层。

二1煤层开采，将井田划分为二个采区，主、副井底以西为12采区，以东为11采区，首采区11采区，12采区后期开采。

11采区已开采完毕，现生产采区12采区位于井田西北部，主要为边角储量，也即将开采完毕。

为充分利用二1煤生产时已有井巷、生产设备及设施，维持矿井正常生产，延长矿井服务年限，经省国土厅豫国土资[2012]1099号文复函同意本矿扩层开采一1煤层并颁发了新的采矿许可证，一1煤井田范围同二1煤层。

经核查报告核实，该矿保有二1煤储量105.93万t，一1煤储量74.4万t。

二层煤合计保有储量180.33万t。

详见煤层资源储量估算结果汇总表2—1—2。

表2-1-2煤层资源储量估算汇总表单位：

万t

煤层

查明资源储量

动用资源储量

保有资源储量

（111b）

（122b）

（333）

合计

（111b）

（111b）

（122b）

（333）

合计

二1

531.05

0

8.46

539.51

433.58

97.47

0

8.46

105.93

一1

0

0

74.4

74.4

0

0

0

74.4

74.4

合计

531.05

0

82.86

613.91

433.58

97.47

0

82.86

180.33

1、二1煤资源储量及可采量储量

二1煤层，赋存于山西组下部，区内钻孔和矿井采掘工程揭露该煤层厚度为2.20～18.00m，平均7.33m，倾角9°左右，煤层厚度较稳定，结构简单，局部含一层泥岩或炭质泥岩夹矸。

综上所述，区内二1煤层层位稳定，厚度变化不大，结构简单，普遍可采，结合东施井田二1煤层发育情况，确定煤层稳定程度为较稳定煤层。

（1）二1煤保有资源储量

二1煤层资源储量，依据河南省国土资源厅豫国土资储备（小）字[2013]7号批复的《河南省郑州市昌隆煤业有限公司煤炭资源量（扩层）核实报告》。

该报告查明昌隆煤业二1煤层保有资源储量105.93万t。

（2）二1煤保有工业资源储量

按照《煤炭工业小型矿井设计规范》（GB50399－2006）规定，在计算矿井保有工业资源储量时，推断的资源储量（333）要乘以0.7～0.9的可信度系数，地质构造复杂程度中等，k取0.8。

经过计算，全矿井二1煤层保有工业资源储量为：

97.47＋8.46×0.8＝104.24万t。

（3）二1煤设计资源储量

二1煤设计利用资源储量等于二1煤工业储量减去各种永久煤柱。

永久煤柱主要有断层煤柱、井田边界煤柱、工广煤柱等。

①各类永久煤柱

a、断层煤柱

本矿西部边界处F101正断层。

该断层走向50°，倾向140°，倾角55～60°，落差5.00～15.00m，延伸长度约1km。

依据《煤矿防治水规定》中公式：

L=0.5KM

≮20m

式中：

L—所需隔水煤柱宽度（m）

K—安全系数；

M—煤层厚度或采高（m）

P—煤层底板强含水层水头压力（MPa）

Kp—二1煤的抗拉强度（MPa）

二1煤最低开采标高+180m，矿区水位标高+150m，则矿井开采活动位于静水位标高以上，不受断层水影响。

F101断层煤柱也是边界煤柱，并考虑到雨季水位标高变化，仍按矿井目前30m煤柱留设。

根据计算，断层煤柱共损失工业资源量为：

7.86×0.8＝6.29万t

b、二1煤井田边界煤柱

本矿井水文地质条件简单。

边界煤柱采用垂直法计算，井田西南边界2号、3号拐点连线处煤层底板等高线位置最低，采深最大，该处留设煤柱最宽，经计算需留设5m宽边界煤柱，其它地点也均小于20m，按《煤矿防治水规定》总宽度不得小于40m要求，本矿一侧其它地点均按20m留设。

计算边界煤柱工业损失量为：

（111b）＋（333）K=

1.57＋0.6×0.8=2.05（万t）

c、井筒及工业场地保护煤柱

该矿为小型矿井，井田面积小、储量少。

工广煤柱以井筒为主并外扩30m，其它建筑暂不予考虑，但开采时应由远到近，最后开采广场周边储量。

井筒煤柱界外部分与临矿签定有补偿协议，井筒煤柱占压储量，只计算本矿井田范围内部分。

井筒及工业场地保护煤柱按岩层移动角留取。

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程》有关规定和本矿区的经验数据，各参数选取如下：

表土、冲积层移动角φ=45°

基岩段沿煤层走向和煤柱下方移动角δ=γ=70°，煤柱上方向岩层移动角β=65°，α为煤层倾角。

本矿井开采二1煤层时，主立井、副立井及回风立井位于井田南部同一个工业广场内。

经计算，井筒及工业场地保护煤柱共损失工业资源量为62.66万t。

d、井下大巷保护煤柱

井下不设大巷，设计不留设大巷煤柱。

e、公路及村庄煤柱

经征求建设单位意见，地面简易公路和少量村庄不留设永久保护煤柱，简易公路在采动后及时修复，少量村庄在采前搬迁。

综合以上计算，各类煤柱损失量总计71.0万t。

②二1煤设计资源储量

二1煤工业储量减去各种永久煤柱后为设计资源储量。

104.24－71＝33.24

（4）二1煤设计可采储量

①采区回采率

二1煤层厚1.9～7.95m，平均厚7.33m，煤层倾角多为8～13º左右，平均9º，属于厚煤层，采区回采率取75％。

②二1煤可采储量

二1煤设计可采储量等于二1煤设计利用资源储量乘以采区回采率，即：

二1煤设计可采储量＝33.24×0.75＝24.93万t。

③二1煤开采损失

开采损失等于二1煤设计利用资源储量×（1－采区回采率），即为：

二1煤开采损失＝33.24×（1－75%）＝8.31万t。

详见二1可采储量汇总表2-1-3。

昌隆二1煤可采储量结果汇总表表2-1-3

煤层

名称

保有

储量

（万t）

保有工

业储量

（万t）

永久煤柱（万t）

设计利用储量

（万t）

开采

损失

（万t）

可采

储量

（万t）

边界

煤柱

断层

煤柱

村庄及公路煤柱

工广

煤柱

合计

二1煤

105.93

104.24

2.05

6.29

0

62.66

71.00

33.24

8.31

24.93

说明：

1、二1煤采区回收率厚煤层按75％计算。

2、设计利用储量×0.75＝可采储量。

2、一1煤资源储量及可采量储量

一1煤层位于太原组底部，下为本溪组铝土矿，上为L1灰岩。

矿区内煤层厚度0～1.29m，平均0.92m。

煤层结构简单，无夹矸或偶含薄层碳质泥岩夹矸。

煤层总体呈北薄南厚，造成厚度变化的主要原因是沉积环境，其次为后期构造活动。

通过对煤层变异系数和可采指数的计算，本矿区一1煤层为较稳定偏不稳定型薄煤层。

煤层倾角8°～18°，平均15°；倾向213°。

（1）一1煤保有资源储量

本次设计的资源储量，依据河南省国土资源厅豫国土资储备（小）字[2013]7号批复的《河南省郑州市昌隆煤业有限公司煤炭资源量（扩层）核实报告》。

该报告查明昌隆煤业一1煤层保有资源储量74.4万t，为本次待开采煤层，详见一1煤资源储量汇总表2-1-4。

单位：

万t一1煤资源储量汇总表表2-1-4

煤层

面积

（104m2）

查明资源储量

动用资源储量

保有资源储量

（333）

合计

（111b）

（333）

合计

一1煤

59.88

74.4

74.4

0

74.4

74.4

合计

59.88

74.4

74.4

0

74.4

74.4

（2）一1煤保有工业资源储量

按照《煤炭工业小型矿井设计规范》（GB50399－2006）规定，在计算矿井保有工业资源储量时，推断的资源储量（333）要乘以0.7～0.9的可信度系数，该矿地质构造复杂程度中等，k取0.8。

经过计算，全矿井一1煤层保有工业资源储量为：

74.4×0.8＝59.52万t。

（3）一1煤设计资源储量

一1煤设计利用资源储量等于一1煤工业储量减去各种永久煤柱。

永久煤柱主要有断层煤柱、井田边界煤柱、工广煤柱等。

①各类永久煤柱

a、断层煤柱

本矿西部边界处F101正断层，该断层走向50°，倾向140°，倾角55~60°，落差5.00~15.00m，延伸长度约1km。

依据《煤矿防治水规定》中公式：

L=0.5KM

≮20m

式中：

L—所需隔水煤柱宽度（m）

K—安全系数，一般2～5,取5；

M—煤层厚度或采高（m）

P—煤层底板强含水层水头压力（MPa）

Kp—一1煤的抗拉强度（MPa）

结合矿井目前采区实际煤厚，计算：

F101断层煤柱，断层附近煤厚0.9m，一1煤层抗拉强度0.3MPa，最低开采标高+120m，矿区水位标高+150m，则水头压力为0.3MPa，代入公式：

当K取5时，L=3.9m。

F101断层煤柱宽度小于20m，设计取20m。

根据以上计算，断层煤柱共损失工业资源量为：

3.99×0.8＝3.19万t

b、一1煤井田边界煤柱

本矿井水文地质条件简单。

边界煤柱采用垂直法计算，井田西南边界2号、3号拐点连线处煤层底板等高线位置最低，采深最大，该处留设煤柱最宽，经计算需留设19.8m宽边界煤柱，其它地点均小于20m，按《防治水规定》总宽度不得小于40m要求，本矿一侧其它地点均按20m留设。

计算边界煤柱工业损失量为：

4.15×0.8＝3.32万t。

c、一1煤井筒及工业场地保护煤柱

广场南部保护煤柱边界至界外，二1煤开采时就存在这样的问题，双方签定有保护广场补尝协议，在矿井结束前，广场安全不受影响。

该矿为小型矿井，井田面积小、储量少。

工广煤柱以井筒为主并外扩30m，其它建筑暂不予考虑，但开采时应由远到近，最后开采广场周边储量。

井筒煤柱界外部分与临矿签定有补偿协议，井筒煤柱占压储量，只计算本矿井田范围内部分。

井筒及工业场地保护煤柱按岩层移动角留取。

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程》有关规定和本矿区的经验数据，各参数选取如下：

表土、冲积层移动角φ=45°

基岩段沿煤层走向和煤柱下方移动角δ=γ=70°，煤柱上方向岩层移动角β=65°，α为煤层倾角。

本矿井开采一1煤层时，主立井、副立井及回风立井位于井田南部同一个工业广场内。

经计算，井筒及工业场地保护煤柱共损失工业资源量为：

19.16×0.8＝15.33万t

d、井下大巷保护煤柱

井下不设大巷，设计不留设大巷煤柱。

e、公路及村庄煤柱

经征求建设单位意见，地面简易公路和少量村庄不留设永久保护煤柱，简易公路在采动后及时修复，少量村庄在采前搬迁。

综合以上计算，各类煤柱损失量总计21.84万t。

②一1煤设计资源储量

一1煤工业储量减去各种永久煤柱后为设计资源储量。

59.52－21.84＝37.68

（4）一1煤设计可采储量

①采区回采率

一1煤层厚0～1.29m，平均厚0.92m，煤层倾角多为8～18º左右，平均15º,属于薄煤层，采区回采率取85％。

②一1煤可采储量

一1煤设计可采储量等于一1煤设计利用资源储量乘以采区回采率，即：

一1煤设计可采储量＝37.68×0.85＝32.03万t。

③一1煤开采损失量

开采损失等于一1煤设计利用资源储量×（1－采区回采率），即为：

一1煤开采损失＝37.68×（1－85%）＝5.65万t。

详见一1煤可采储量汇总表2-1-5。

3、全矿井二1煤、一1煤可采量储量

根据以上计算全矿井二1煤、一1煤合计可采储量56.96万t。

详见二1煤、一1煤可采储量汇总表2-1-6。

24.93＋32.03＝56.96（万t）

昌隆一1煤可采储量结果汇总表表2-1-5

煤层

名称

保有

储量

（万t）

保有工

业储量

（万t）

永久煤柱（万t）

设计利用储量

（万t）

开采

损失

（万t）

可采

储量

（万t）

边界

煤柱

断层

煤柱

村庄及公路煤柱

工广

煤柱

合计

一1煤

74.4

59.52

3.32

3.19

0

15.33

21.84

37.68

5.65

32.03

说明：

1、一1煤采区回收率按85％计算。

2、设计利用储量×0.85＝可采储量。

昌隆二1煤及一1煤汇总资源储量及其损失量计算表2-1-6

第二节矿井设计生产能力及服务年限

一、矿井工作制度

根据现行《煤炭工业小型矿井设计规范》规定，矿井工业制度确定为年工作日330天，三八制，两采一准，每天净提升时间16小时。

二、矿井生产能力及服务年限

（一）矿井生产能力

矿井批准设计生产能力为0.15Mt/a。

本次设计从井田一1煤储量、地质构造、煤层赋存情况及开采技术条件等方面综合分析，设计矿井生产能力仍为0.15Mt/a。

（二）矿井服务年限

全矿井设计可采储量56.96万t，其中一1煤层设计可采储量32.03万t，二1煤层设计可采储量24.93万t。

矿井设计生产能力为0.15Mt/a，考虑1.3的储量备用系数，全矿井服务年限2.9a，其中一1煤服务年限为1.6a，二1煤服务年限为1.3a。

T1=Zk/（A×K）=32.03/（15×1.3）=1.6（a）

T2=Zk/（A×K）=24.93/（15×1.3）=1.3（a）

式中：

T—矿井服务年限，a；

K—储量备用系数，取1.3；

A—矿井设计生产能力，15万t/a；

ZK—设计可采储量，万t。

全矿井总服务年限：

T1+T2=1.6+1.3＝2.9（a）

第二节采区内的再划

1、确定工作面长度

放顶煤工作面长度的确定应主要考虑顶煤破碎、顶煤放出和减少煤炭损失等三个因素的影响。

顶煤破碎主要取决于支承压力及顶板活动的作用，由工作面长度对支承压力及矿压显现的影响分析可知，工作面长度不得少于80m，但工作面长度大于200m以后，其变化趋于缓和。

合理的工作面长度应是在一个生产班内能将工作面内的顶煤全部放完。

据此原则，工作面长度可以用下列式表示：

L=n（T/t）Bη=175m

式中：

L--------工作面长度，m；

n--------同时放煤支架数；

T--------每班工作时间，min;

t---------每架支架放煤所需时间，min;

B-------支架宽度，m;

η-------每班工作时间利用率。

取：

n=2,B=1.5m,T·η=300min,t=5min

2、确定采区内工作面数目

回采工作面是沿倾斜方向布置，沿走向推进，采用走向长壁法开采。

工作面数目：

N=（L-S0）/（l+l0）……………………………………（公式1-4）

式中：

L-----煤层倾斜方向长度（m）；

S0----采区边界煤柱宽度（m）；

l-----工作面长度（m）；

l0----回采巷道宽度，因采用综采，故l0取5（m）。

N=（1000-30×2）/（175+10）=5.08，取5.

3、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，150万t/a；

Qr----工作面生产能力，万t；

T----每年正常工作日，330天。

故：

Qr=A/T×1.1=150/330×1.1=4132.23t

4、确定采区内同采工作面数及工作面接替顺序

生产能力为150万t/a,且工作面生产能力为4132.23t。

目前开采准备系统的发展方向是高产高效生产集中化，采用提高工作面单产，以一个工作面产量保证采区产量，所以定为采区内一个工作面生产。

以K1煤层为例,5个区段工作面接替顺序，采用下行开采顺序

 区段1

001

002

区段2

001

002

区段3

001

002

区段4

001

002

区段5

001

002

图1K1工作面接替顺序图

对于K1布置一个综放工作面便可以满足生产设计的要求。

K1煤层：

区段1（001-002）→区段2（001-002）→区段3（001-002）→区段4（001-002）→区段5（001-002）

（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、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K3煤层底板下方25m的稳定岩层中，