目 錄
緒 論 ··························· 2
第一章 礦井概況及安全條件················ 4
第二章 可采儲量和服務年限················ · 16
第三章 采煤方法················· ·· ·· ·17
第四章 采區巷道布置和生產係統··············· ·18
第五章 采煤工藝設計··················· ··27
第六章 采煤工作麵循環作業圖表的編製··········· 28
第七章 安全技術措施····················· 29
小 結····························
參考文獻……………………………………
序 論
一、設計目的
1.通過課程設計，使學生進一步消化和理解《煤礦開采學》所講授的基本理論知識，對現代化礦井的采煤方法、準備方式等的內涵有一個基本了解。
2.通過課程設計，培養學生動手能力，對編寫采礦技術文件，包括編寫設計說明書及繪製設計圖紙進行初步鍛煉。
3.為畢業設計中編寫畢業設計說明書及繪製畢業設計圖紙打基礎。
二、設計題目
1、設計題目的一般條件
本采區東以F4斷層為界，西以相鄰采區煤柱為界，上部-50m以上為風化帶煤柱，下部邊界為水平煤柱。
采區走向平均長度2130m，傾斜平均長度為1020m，傾角平均為17°。采區內共有兩層煤，區內地質構造簡單，為單斜構造，無斷層和褶曲。采區內無大的含水層和地下水，開采條件較好。
運輸大巷和回風大巷標高分別為-350和-50m，且位於距離4-1號煤層30m的岩層中。采取生產能力自定。
2、煤層特征
本采區內賦存的2號和4-1號煤層，煤層均為厚煤層。煤層埋藏穩定，構造簡單，煤質中硬，自燃發火期為3-12個月。煤層爆炸指數為34-70%。煤層瓦斯含量小，采區所屬礦井屬於低瓦斯礦井。
三、課程設計內容
1、一個采區（盤區）或帶區巷道布置設計；
2、一個采煤工作麵的采煤工藝設計及編製循環圖表；
3、采區中部車場線路設計
四、進行方式
1、學生按設計大綱要求，按設計指導小組下達的設計任務書所給定的煤層賦存條件等，綜合應用《煤礦開采學》所學的基本知識，進行采區（盤區）或帶區巷道布置及采煤方法等設計。每位學生必須獨立完成規定的課程設計全部內容。
2、為完成設計任務，使每位學生在各方麵都得到鍛煉和提高，設計中提倡設計者之間相互討論、借鑒和參考，但嚴格禁止相互抄襲。疑難問題可與指導教師共同研究解決，但最終決策必須由學生自己獨立進行。
3、本課程設計要對設計方案進行技術分析與經濟比較比較。
序 號 地層岩性 柱狀圖 厚度（m） 岩 性 描 述
① 粉砂岩 ╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱ 10 粉砂：黃色，濕至很濕稍密，級配不均，衝擊成因。礦物成分主要為長石及石英質。平均厚10米。
② 2 4.2 三煤為全區發育可采煤層，是礦井的主采煤層平均厚4.0米。
③ 粉砂 19 粉砂：黃色，濕至很濕稍密，級配不均，衝擊成因。礦物成分主要為長石及石英質。平均厚7米。
④ 中粗砂 11 中粗砂：黃色，很濕至飽和，中密，級配不均，衝擊成因。物質成分主要為長石及石英質顆粒。平均厚8米。
⑤ 4-1 4.0 五煤為全區發育可采煤層，是礦井的主采煤層平均厚4.0米。
⑥ 砂頁岩 —————----------—————----------—————---------- 10 砂頁岩：黃綠色，砂頁岩互層狀分布。散體結構，層狀構造，泥質膠結。結構大部分破壞，風化裂隙發育，裂隙中有大量鬆散充填物，岩體被切割成碎塊狀。該層厚度大於10米。
設計采(帶)區綜合柱狀圖
第一章采區巷道布置
第一節 采區儲量與服務年限
1、設計生產能力150萬t/年。
2、采區工業儲量、設計可采儲計算
（1）采區工業儲量
Zg=H×L×(m1+m2)× γ (公式1-1)
式中： Zg---- 采區工業儲量，萬t；
H---- 采區傾斜長度，1020m；
L---- 采區走向長度，2130m；
γ---- 煤的容重 ，1.30t/m3；
m1---- 2煤層煤的厚度，為4.2米；
m2---- 4-1煤層煤的厚度，為4米；
Zg1=1020×2130×4.2×1.3=1186.24萬t
Zg2=1020×2130×4.0×1.3=1129.75萬t
Zg=1020×2130×（4.2+4.0）×1.3=2316.00萬t
（2）設計可采儲量
ZK=（Zg-p）×C (公式1-2)
式中：ZK---- 設計可采儲量, 萬t；
Zg---- 工業儲量，萬t；
p---- 永久煤柱損失量，萬t；
C---- 采區采出率，厚煤層可取75%，中厚煤層取80%，薄煤層85%。
P1=15×2×2130×4.2×1.3+15×2×(1020-15×2)×4.2×1.3+65×(1020-15×2) ×1.3×4.2=84.24萬t
P2=15×2×2130×4.0×1.3+15×2×(1020-15×2)×4.0×1.3+65×(1020-15×2) ×1.3×4.0=82.13萬t
Z2=( Zg1-p1)×C=(1186.24-84.24)×0.75=826.50萬t
Z4-1=( Zg2-p2)×C=(1129.75-82.13)×0.75=785.72萬t
ZK= Z2+Z4-1 =826.50+785.72=1612.22萬t
（3）采區服務年限
T= ZK/(A×K) (公式1-3)
式中： T----采區服務年限，a;
A----生產能力，150萬t；
ZK----設計可采儲量；
K----儲量備用係數，取1.3。
T= ZK/(A×K) =1612.22 /（150×1.3）=8.27a
取T=8年。
(4)驗算采區采出率
采區采出率
C=(Zg-P)/Zg (公式1-4)
式中： C-----采區采出率，%
Zg ---- 采區的工業儲量，萬t
P ---- 采區的煤柱損失量，萬t
2煤層：C1=（Zg1－P1）／Zg1=(1186.24-84.24)／1186.24=92.9% > 75%
4-1煤層：C2=（Zg2－P2）／Zg2=(1129.75-82.13)／1129.75=92.7% > 75%
(符合國家對采區采出率的要求。)
則2 、4-1均滿足采區回采要求。
第二節 采區內的再劃分
1、確定工作麵長度
由已知條件知：該煤層左右邊界各有15m的邊界煤柱，上部留15m煤柱，下部留15m護巷煤柱，故其煤層傾向共有：1020-30=990m的長度，走向長度2130-30=2100m。地質構造簡單，煤層附存條件較好，瓦斯湧出量小。且現代工作麵長度有加長趨勢，且采煤工藝選取的是較先進的綜采。又知，一般而言，考慮到設備選型及技術方麵的因素綜采工作麵長度為180～250m，巷道寬度為4m～4.5m,本采區選取4.5m，且采區生產能力為150萬t/a，一個中厚煤層的一個工作麵便可以滿足生產要求，采用沿空掘巷方式,巷道間留較小煤柱，取4米，如圖1-2：
取區段平巷的寬度為4.5m，留5m小煤牆，則采煤工作麵長度為：
L1=(b-2×q-((2×L2+p) ×n-p))/n (公式1-5)
式中：L1——工作麵長度，m；
L2——區段平巷寬度，m；
b——采區傾向長度，m；
q——采區上下邊界預留煤柱寬度，m；
P——護巷煤柱寬度，m；
n——區段數目，個；
L1=(1020-2×15-((2×4.5+4) ×5)-4)/5=184.2m
2、工作麵生產能力
Qr = A/(T×1.1) (公式1-6)
式中：
A----采區生產能力，150萬t/a ；
Qr ----工作麵生產能力，t /天；
T----每a正常工作日，300天。
故： Qr = A/（T×1.1） =150/(300×1.1) =4545.5t
目前，煤炭企業生產係統向高產高效集中化生產的方向發展，新建大型化礦井均朝“一礦一井一麵”的設計思想改革，采用提高工作麵單產，用一個工作麵的產量來保證整個礦井的設計生產能力，故為適應現階段煤炭行業的知道規範，本采區設計一個采煤工作麵。其工作麵接替順序如下表：
對於2煤層：
1101 停
采
線
65m 1102
1103 1104
1105 1106
1107 1108
1109 1110
2煤層工作麵接替順序：
1101→1102→1103→1104→1105→1106→1107→1108→1109→1110
對於4-1煤層：
2101 停
采
線
65m 2102
2103 2104
2105 2106
2107 2108
2109 2110
4-1煤層工作麵接替順序：
2101→2102→2103→2104→2105→2106→2107→2108→2109→2110
注：箭頭表示回采工作麵的接替順序。
第三節 確定采區內準備巷道布置及生產係統
1、根據所選題目條件，完善開拓巷道
為了減少煤柱損失提高采出率，利於滅災並提高經濟效益，根據所給地質條件及采礦工程設計規劃，在2煤層中上部邊界開掘一條階段回風大巷。第一開采水平為該采區服務的一條運輸大巷，布置在4-1煤層底板下方30m處的穩定岩層中。
2、確定巷道布置係統及采區布置方案分析比較
確定采區巷道布置係統， 采區內有兩層煤，采用聯合布置，每一層都布置5個工作麵，根據相關情況初步製定以下三個方案進行比較(由於2,4-1煤層相同，就去以4-1煤層說明。)。
方案一：雙岩石上山
將兩條上山都布置在4-1煤層底板岩石中，其中運輸上山布置在距離底板15m處，軌道上山布置在運輸上山上方5m，即距離4-1煤層10m處。如圖1-3：
方案二：雙煤層上山
將兩條上山都布置在4-1煤層中。如圖1-4：
方案三：一岩一煤上山
將兩條上山分別布置在4-1煤層的底板和煤層中，運輸上山布置在距離4-1底板5m處，軌道上山布置在4-1煤層中。如圖1-5：
雙岩上山維護費用少且無需留煤柱。綜合考慮以上因素，可采用在4-1煤層下10m處集中布置兩條岩石上山，。即：選中雙岩上山方式布置生產係統。
3、確定工作麵回采巷道布置方式及工作麵推進終點位置
根據煤層儲存條件可知，2煤層厚4.2m，4-1煤層厚4.0m，都為厚煤層，瓦斯含量較低，湧水量也較小，易於維護。采用單巷布置，且一個工作麵就可以達到設計生產能力的要求。綜合考慮，回采巷道布置方式采用單巷沿空掘巷。
4、在采區巷道布置平麵內，工作麵布置及推進到的位置應以達到采區設計產量為準
該采區采用雙翼開采，在采區兩側各留15m煤柱，開始布置工作麵，進行推進。在采區巷道布置中，工作麵布置及推進到的位置應以達到采區設計產量安全為準，工作麵應推進到距上山20m處停采線位置處，即為避開采掘影響對上山的影響而留設的20m護巷煤柱處。
5、采區內上、下區段工作麵交替期間同時生產時的通風係統圖
采區內上下區段工作麵交替期間同時生產時的通風係統圖如下圖所示
6、采區上、下部車場選型
采區上部車場選用單向甩車場；采區下部車場選用大巷裝車頂板繞道式下部車場。
采區中部車場
該采區開采近距離煤層群，軌道上山布置在煤層中，傾角為 17°，向區段石門甩車。軌道上山和石門內均鋪設600mm軌距的線路，軌形為15kg/m，采用1t礦車單鉤提升，每鉤提升3個礦車，要求甩車場存車線設雙軌高低道。斜麵線路布置采用一次回轉方式。
第二章 采煤工藝設計
第一節 采煤工藝方式的確定
1、選第二個煤層，即4-1煤層,進行采煤工藝設計，布置采煤工作麵
由於4-1煤層厚4.2m，煤質中硬，因此采用綜合機械化采煤，一次采全高。
工作麵回采工藝流程為：采煤機向上割煤、移架→采煤機向下裝煤→推移刮板輸送機→斜切進刀→推移刮板輸送機。
2、綜采工作麵的設備選用國產設備。
由於設備資料來源的原因，選用國產綜采設備。
各設備技術參數
(1)采煤機MG500/1330-WD（西安煤機廠）
采高 2.3～4.5m
適應傾角 ≤30°
截深 1000mm
滾筒直徑 2.0m
牽引方式 交流變頻調速無鏈雙驅動電牽引
牽引力 927～550kN
牽引速度 0～10.35～17.18m／min
滾筒中心距 8180mm
機麵高度 1615mm
(2)液壓支架 BY3600-25/50
型式 掩護式
支撐高度 2.5～5m
外形尺寸 6.02×1.43m
煤層厚度 3～4.8m
初撐力 3092KN
工作阻力 3600kN
支架中心距 1500mm
支護強度 0.61～0.73Mpa
適應煤層傾角 ＜25°
泵站工作壓力 31.5Mpa
(3)工作麵刮板輸送機 SGZ－764／500（張家口煤機廠）
出廠長度 200m
運輸能力 1100t／h
鏈速 1.21m
中部槽規格 1500×764×222mm
刮板鏈型式 中雙鏈
與采煤機配套牽引方式 無鏈
(4)刮板轉載機 SZB－830／180（張家口煤機廠）
出廠長度 37.8m
運輸能力 1200t／a
中部槽規格 1500×830×222mm
刮板間距 516mm
速度 1.46m／s
(5)破碎機 PCM132（張家口煤機廠）
破碎能力 1200t／h
(6)膠帶輸送機 SSJ1000／M（西北煤機廠）
輸送長度 2000m
輸送量 800 t／h
帶速 2.5 m／s
(7)高壓開關櫃 KBZ－450／1140Y
3、采煤與裝煤
(1)確定采煤工藝、截深及日進刀數
采用綜合機械化采煤，采煤機落煤和裝煤。依據選取的設計生產能力確定工作麵每天的推進度為：
（公式2—1）
式中：V——采煤工作麵每天的推進度，m／d
Qr——采煤工作麵日生產能力, t／d
L——采煤工作麵的長度，m
M——采煤工作麵的采高（取4-1煤層厚度4.0m）
γ——煤的容重，t/m3
C——工作麵的采出率（由於4-1煤層為厚煤層，因此C值取0.95）
則：v=4545.5/(184.2×4.0×1.3×0.95)=5m/d
因選用的采煤機截深為1000mm，若每日推進五刀，共推進1.0×5=5m，可滿足每天至少推進5m的要求。
(2)確定進刀方式
為了合理利用工作時間，提高工作效率，采用割三角煤工作麵端部斜切進刀方式，並采用及時支護。進刀深度1.0m。采煤機進刀示意圖如圖所示，進刀過程如下：
a、當采煤機割至工作麵端頭時，其後的輸送機槽已移近煤壁，采煤機機身處沿留有一段下部煤(如圖a所示)；
b、調換滾位置，前滾筒降下、後滾筒升起、並沿輸送機彎曲段返向割入煤壁，直至輸送機直線段為止。然後將輸送機移直(如圖b所示)；
c、再調換兩個滾筒上、下位置，重新返回割煤至輸送機機頭處(如圖c所示)；
d、將三角煤割掉，煤壁割直後，再次調換上、下滾筒，返程正常割煤(如圖d所示)
4、運煤
(1)支架選型
采用液壓支架支護，選擇工作麵支架的型號為：BY3600-25/50，為掩護式支架。
(2)移架方式
由於4-1煤層上方有11m的中粗砂，再上麵是19m的粉砂，所以選用依次順序移架方式。
依次順序移架方式:采煤機割煤後依次順序逐架前移。這種方式操作簡單，容易保證支護質量。
(3)支護方式
由於4-1煤層煤質中硬，為防止片幫和冒頂，所以選用及時支護方式，選用BY3600-25/50掩護式支架。
(4)工作麵支架需要量
工作麵支架的需要量
（公式2—2）
式中：μ——工作麵支架數目（取整數）
L——工作麵長度，m
e——架中心間距（BY3600-25/50型支架e值取1.5m）
μ=184/e=122.7 取μ=123
(5)端頭支架
由於巷道寬度為4.5m，選用寬度為2.1m型號為PDZ的端頭支架兩台架，即兩端共有4架。
(6)超前支護方式和距離
超前支護方式采用單體支柱和金屬鉸接頂梁支護。由於壓力峰值點距煤壁前方10m左右，所以超前支護距離選20m。
(7)校核支架高度與強度
在實際使用中，通常所選用的支架的最大結構高度比最大采煤高度大200mm左右，即：
Hmax=Mmax＋0.2，m
△1=5-4.2≥0.2m，滿足要求；
強度校驗：
P=(6～8)×9.8×S×γ×M×cosα （公式2—3）
式中：S——支架支護的頂板麵積，m2
γ——頂板岩石密度，t／m3
M——采高，m
α——煤層傾角，°
P=6×9.8×6.02×1.43×1.3×4.0×cos17°=2517KN<3090KN
經校核，支架高度與強度均符合要求。
5、處理采空區
采用全部垮落法。
第二節 工作麵合理長度的驗證
1．從煤層地質條件考慮
該采區內三個煤層的地質條件較好，無斷層，煤層傾角為17°，煤層厚度適中，頂底板較穩定，瓦斯湧出量較低，自然發火3~12個月，湧水量也較小，所以布置185米的工作麵比較合適。
2．從工作麵生產能力考慮
工作麵的設計生產能力為150萬噸/年。正規循環每天進五刀，采煤機滾筒截深為1000mm，所以4-1煤層的工作麵實際年生產能力為：
330×1.0×5×4.0×185×1.3×0.95=150.79(萬噸)
能夠滿足設計生產能力的要求，一個工作麵生產就能夠滿足設計生產能力的要求，並且考慮到其他各個方麵對生產的影響，工作麵的長度確定的合理。
3．從運輸設備及管理水平角度考慮
采區生產選用的設備均為國內先進的的生產設備，工作麵選用的200米刮板輸送機能夠利用國內先進的技術，能夠與時俱進的跟上技術的發展。
由於現在提倡管理人員的知識化、年輕化，所以工作麵長度為200米左右在管理上是毫無問題的。
4．從頂板管理及通風能力考慮
該采區的頂板穩定，工作麵可以適當的加長，綜采工作麵的長度一般在180～250m，所以選擇的工作麵的長度為185米較合適。另外，工作麵的瓦斯湧出量較低，通風問題能夠解決。
5．從巷道布置角度考慮
由於采區傾斜方向長為1020米，除去煤柱寬30米，剩餘925米，把每個工作麵長度定為185米，990/185=5，為5個區段。
6. 經濟合理的工作麵
工作麵的長度與地質因素及技術因素的關係十分的密切 ，直接影響生產效率，所以根據條件，以高產量、高效率為原則選擇合理的工作麵長度。合理的工作麵以生產成本低，經濟效益高為目標。盡量加快工作麵的推進速度，減少巷道的維護時間，降低回采總成本，使設備、資源得到最高利用。
第三節 采煤工作麵循環作業圖表的編製
1、工作麵布置圖（設計圖紙中）、循環作業圖（設計圖紙中）、勞動組織表（表
2—1）、技術經濟指標表（表2—2）
2、工種及出勤人數的安排，如下表（表2—1）所示：
工作麵勞動組織表（表2—1）
序號 工種 早班 中班 夜班 合計
1 班長 2 2 2 6
2 采煤機司機 3 3 2 8
3 輸送機司機 1 1 1 3
4 轉載機司機 1 1 1 3
5 皮帶機司機 1 1 1 3
6 移架工 3 3 1 7
7 推溜工 2 2 2 6
8 超前維護工 6 6 3 15
9 跟班電工 2 2 1 5
10 運料工 4 4
11 安全質量員 1 1 1 3
12 跟班機修工 2 2 5 9
13 送飯工 1 1 1 3
合計 25 25 25 75
工作麵（針對4-1煤層）主要經濟技術指標（表2—2）
序號 項目 單位 數量
1 煤層厚度 m 4.0
2 煤層傾角 ° 17
3 平均采高 m 4.0
4 采煤機 台 1
5 液壓支架 架 123
6 端頭支架 架 4
7 刮板輸送機 部 1
8 破碎機 台 1
9 轉載機 部 1
10 膠帶輸送機 部 2
11 循環進尺 m 1.0
12 日產量 t 4545.5
13 生產方式 兩采一準
14 出勤人數 人 75
15 回采工效 t／工 55.10
16 截齒消耗 個／萬t 20
17 乳化液消耗 Kg／萬t 180
18 油脂消耗 Kg／萬t 70
19 日循環數 個 5
六、設計圖紙的內容
本設計繪製兩張大圖（零號圖紙）
1、采煤工作麵層麵圖（1：100），剖麵圖（1：50或1:100），
應包括回采巷道剖麵圖（1：50），最大與最小控頂距剖麵圖；
2、采區巷道布置平麵圖（1：2000）和剖麵圖(1:2000)。
設計圖紙四周各留20mm邊框線，右下角留出標題欄。
小 結
這次《采礦學》課程設計在王文老師的悉心指導下，經過兩個星期的時間，我的設計內容全部完成了，經過這次課程設計，加深了我對《采礦學》的理解，同時也感覺自己學習到了很多東西。
這次設計任務，煤層地質構造條件理想，我的設計任務是煤層平均傾角 17°，生產能力150萬t/年的組合，在設計過程中，我充分利用《采礦學》上所學知識，結合煤層構造實際情況，以安全第一和高產高效為原則，從技術上和經濟上著手，設計出了一套在技術上可行，經濟上優越的現代化大型礦井煤層群采區開采方案。
在這次設計過程中，我對工作麵層麵布置和采區回采巷道的布置有了更進一步的理解和認識，學到了很多知識。在零號圖紙上繪製采煤方法圖（1:100）和采區巷道布置平麵圖（1:2000）及其剖麵圖（1:2000）的過程中，許多細節問題的處理使自己得到了提高，同時也增強了動手能力，使自己得到了一次很大的鍛煉。
在編製課程設計說明書和繪圖的過程中，我把《采礦學》上所學到的知識又梳理了一遍，對采礦方麵的許多專業知識比以前的認識更深了，同時也學到了許多其他礦業方麵的相關知識，比如工作麵的設備選型，三機配套，巷道斷麵設計等。在說明書上所附的各計算示意圖和插圖均用工程繪圖軟件AutoCAD繪製，在這個過程中，對使用AutoCAD繪製采礦工程圖形有了新的認識，重新溫習了許多繪圖命令以及了解了最新的製圖標準。如何利用先進技術繪製標準、合格的采礦工程圖是我們采礦人必須關注並注意的問題，在以後的學習和工作中，我也會認真的學習。
通過這次課程設計，我經曆了一個采區巷道和工作麵設計到開采的全過程，這將是我以後學習和工作的財富，會對我以後的學習和工作有著很大的指導和幫助。
最後再次感謝指導我和幫助我完成此次課程設計的老師和同學！
參考文獻
1、徐永圻，《煤礦開采學》 徐州：中國礦業大學，2009
2、李鋒，劉誌毅，《現代采掘機械》 北京：煤炭工業出版社，2007
3、采礦設計手冊編委會，《采礦手冊(第四卷)》，北京：冶金工業出版社，1990
4、張榮立、何國偉、李鐸，《采礦工程設計手冊》.北京：煤炭工業出版社，2003
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