采矿工程课程设计
采矿学
课程设计
设计题目:采矿工程
助学院校:河南理工大学
自考助学专业:采矿工程
姓名:王晓飞
自考助学学号: 1
成绩: 指导教师签名:
河南理工大学成人高等教育
2O 年月日
前言 (1)
基础条件 (2)
第一章巷道断面设计 (2)
1 选择巷道断面形状选择 (2)
2.1确定巷道净宽度B (2)
2.2确定巷道拱高h0 (2)
2.3确定巷道壁高h3 (2)
2.4确定巷道净断面面积S和净周长P (3)
2.5用风速校核巷道净断面面积 (4)
2.6 选择支护参数 (4)
2.7选择道床参数 (4)
2.8确定巷道掘进断面面积 (4)
3 布置巷道内水沟和管线 (4)
4 计算巷道掘进 (5)
5 绘制巷道断面施工图 (6)
第二章课程设计的收获和建议 (8)
参考资料 (8)
原始条件
井田境界：井田走向长度7000m，煤层倾斜长度1600m 。
煤层埋藏特征：煤层厚度m1=2.9m，m2=2.8m；煤层倾角α=170，层间距H=10m；表土层厚30m，风化带深度10m；m1煤层顶板为砂质页岩，底板为砂岩；m2煤层顶板为砂岩，底板为粉砂岩；煤层埋藏稳定，井田无较大构造；地面标高+220m。
煤的容重：γ1=γ2=1.35t/m3。
矿井开采技术条件：矿井正常涌水量Q正=200m3/h；矿井最大涌水量Q大=300m3/h；矿井相对瓦斯涌出量q=7.5m3/d·t；煤有自燃性，自然发火期11个月；煤尘有爆炸性。
第一章井田地质特征、矿井储量与设计生产能力
1.1 井田地质特征
煤层埋藏条件：煤层厚度m
1=2.9m，m
2
=2.8m；煤层倾角α=170，层间距H=10m；
表土层厚30m，风化带深度10m；m
1煤层顶板为砂质页岩，底板为砂岩；m
2
煤层
顶板为砂岩，底板为粉砂岩；煤层埋藏稳定，井田无较大构造；
井田内的主要地质构造：断层性质和要素、褶曲分布形态。
矿井开采技术条件：矿井正常涌水量Q正=200m3/h；矿井最大涌水量Q大=300m3/h；矿井相对瓦斯涌出量q=7.5m3/d·t；煤有自燃性，自然发火期11个月；煤尘有爆炸性。
表1-1 煤层与顶底岩性特征
序号煤层
名称
倾角
（0°）
煤层
平均
厚度
（m）
层间
距
（m）
容重
(t/m2)
硬
度
(f)
煤层
生产率
(t/m2)
围岩
性质
备
注
顶板底板
1 M1 17 2.9 10 1.3 砂质
页岩
砂岩
2 M2 17 2.8 10 1.
3 砂质
页岩
砂岩
1.2 井田范围与储量
1.2.1井田范围：沿走向长度、沿倾斜长度、井田内煤层面积。
1.2.2矿井工业储量：勘探(精查)地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量。
1.2.3矿井工业储量
矿井设计储量储量计算的方法采用地质块段法和煤层底板等高线综合方法计算。储量计算公式为：
Z工业=∑s.d.γ.cosα式中：Z工业——矿井工业储量s——块段水平面积d——块段采用煤层的平均厚度γ——煤的容重，取γ=1.4t/m3α——每一块段的平均倾角Z工业=7244.16万t
如表2-2-1矿井工业储量汇总表
表2-2-1 矿井高级储量比例
1.2.4矿井设计储量
矿井设计储量既为工业储量减去设计计算的断层煤柱，防水煤柱，井田境界煤柱和地面建筑物、构筑物的保护煤柱，所占煤柱损失后的储量。
因矿区内村庄全部搬迁，无须保护煤柱，故储量为：
Z设计=Z工业-Z断层-Z防水
境界保护煤柱一般为20～30m，取20m，Z境界=93.24万t
防水煤柱：由于南部露头处风化带深128m，故风化带可兼作安全防水煤柱，另留2m 煤柱隔离风化带、煤层与可采煤层。
Z防水=308.49万t
1.2.5矿井设计可采储量
矿井设计储量减去工业场地保护煤柱，矿井井下主要巷道与上下山保护煤柱后乘以采区回采率即是矿井设计可采储量。
矿井中设计可采储量：Z可采=（Z工业-P）×C
式中：Z可采——矿井设计可采储量，万t Z工业——矿井工业储量，万t P——永久煤柱，工业场地，主要巷道保护煤柱之和，万t C——采区采出率，取0.95 工业广场保护煤柱计算：
根据?采矿工程专业实际教学大纲与指导书?表2-2矿井工业广场占地面积指标，年产90万t的矿井，工业广场占地面积指标为1.2公顷。则工业广场长310m,宽350m，根据《测量学》、《采矿学》、《开采损害学》有关知识与查《采矿设计手册》，利用垂直剖面法计算煤柱
保护煤柱计算公式：P工业=A平×m×γ/cosα
式中P工业——工业广场保护煤柱石，万t A平——煤柱平面面积m2m——煤层厚度，m γ——煤的容重 1.4t/m3 α——煤层倾角α=50
查得该矿有关移动角分别为：下山移动角β=550，上山移动角ν=730，走向移动角δ
=730，松散层移动角Ф=450，松散层厚度为15m。
如下表：
表2-2-3 工业广场保护煤柱设计参数表
长方形abcd的面积为工业广场总占地面积，为310×350=108500m2
煤层在保护范围中央处的埋藏深度450 m,地面标高为零，松散层厚h=15m,煤层厚度3.0m，查表确定护围带厚度为15m。
作图如下：确定梯形ABCD的面积为保护煤柱压煤面积确定AD=720m，BC=640m，MN=920m, 计算得保护煤柱计算压煤储量为：P工业=（720+60）×920×1/2×3×1.4×1/cos α=263.75万吨
工业广场保护煤柱计算图2-2-3-2
因工业场地，矿井井下主要巷道等煤柱损失与井田开拓方式，采煤方法有关，起煤柱损失量待第三章井田开拓，第四章采煤方法缺点后才能确定。为了方便利用矿井可采储量初步确定矿井井型，上述永久煤柱损失与工业场地，井下蜘蛛眼巷道煤柱损失等可暂按工业储量的5～7%计算，本次设计取6%。
所以井下主要巷道保护煤柱压煤储量为：P巷道=Z工业×6%-P工业
式中：P巷道——巷道压煤储量万tZ工业——矿井工业储量万tP工业——工业广场压煤储量万t代入数据得：P巷道=7244.16×6%-263.75=170.90 万t矿井设计可采储量：Z
可采=（Z工业-P）×CZ可采=（7244.16-434.65）×0.93=6332.84 万t
矿井设计可采储量：矿井设计储量减去工业场地保护煤柱，矿井井下主要巷道与上、下
山保护煤柱煤量后乘以采区回采率的储量。
1.3 矿井设计生产能力与服务年限
1.3.1矿井工作制度：根据《技术政策》第14条规定上，矿井工作日330天，每天净提升时间为14小时，其中两班生产一班准备，每班工作8个小时。
1.3.2矿井设计生产能力
矿井生产能力主要依据矿井地质条件，煤层赋存情况，处理开采条件，设备供应以与国家需煤等因素确定。
对于储量丰富、地质构造简单、煤层生产能力大、开采条件好的矿井应建设大型矿井。当煤层赋存深，表土层很厚，井筒需要特殊施工时，为扩大井田开采范围，减少开凿井筒数具节约建井工程和降低吨煤设资，以建设大型矿井为宜，而对于条件稍差的情况应考虑设计中型矿井。
依据井田资源条件和对资源的分析，具备中型矿井开发条件，同时结合按期生产，采掘接替应变能力，稳产和增产，为保障可持续发展的创造条件，综合评价初期投资少，吨煤投资和万吨掘进率低，经济效率好等技术条件，参考《煤矿设计手册》各类矿井型特征，初步
确定矿井设计生产能力为90万t/a.
1.3.3矿井服务年限
矿井服务年限按下式计算：
T=Z可采/KA
式中：T——矿井服务年限，a
Z可采——矿井可采储量，万t
A——矿井生产能力，万t
K——储量备用系数，取K=1.4
代入数据得：
T=6332.84/（1.4 ×90）=46.91a
按设计规范规定，井型90万a/t的矿井的服务年限至少40a,T=46.91＞40a，故满足设计规范规定，初步确定该矿井生产能力为90万t/a.符合要求
第二章井田开拓
2.1 井田内划分
根据目前开采水平,一般小型矿井走向长度不小于1500m,中型矿井走向长度不小于4000m,大型矿井走向长度不小于7000m。井田划分阶段时,阶段斜长要利于运输,通风,巷道维护等。在井田范围内,沿着煤层倾向,按一定标高将煤层划分为若干平行于走向的长条部分,每个长条部分成为一个阶段。通常将设有井底车场,阶段运输大巷并且担负全阶段运输任务的水平称“开采水平”,简称水平。
根据矿区的地质长期条件,煤层赋存状态等因素,由于本矿煤层倾角南部较大为11°～15°，而背部较为平缓，为6°左右。故将矿区初步划分为二个水平，第一水平垂高200m ，含二个阶段，采用采区上下山开采，上山倾斜长910m10～80m,下山斜长750m，每个采区布置若干区段。第二水平垂高400m，包含一个阶段，采用条带式倾斜长壁采煤法倾斜开采。条带斜长上山部分一般1180m～1470m。在阶段内沿煤层走向划分若干个具有独立的生产系的带区，带区内划分若干个倾向分带，每个分带布置一个工作面，一个带区由两个分带组成。
初步设定第一水平服务年限的计算如下，根据公式：
T1水平=Z K1/（A.K）
式中：
Z——第一水平可采储量，万t；A——矿井生产能力，T——第一水平服务年限，a；
k
Mt/a；K——储量备用系数，K=1.3～1.5，取1.4。
由此；
验算服务年限如下：T1水平=Z K1/（A.K）Z K1=3776.85×0.95=3588.01万t
T1水平=ZK1/（A.K）=3588.01/（90×1.4）=28.47>20a
第一水平服务年限符合要求。
井田划分为阶段(或盘区)，确定阶段斜长、阶段数目，或盘区上山或下山斜长。
确定水平数目、位置和高度，计算水平服务年限。
阶段内的布置方式与参数：采区、分段和分带。
2.2 开拓方案的选定
根据煤层赋存条件、开采技术水平，分析选择进入地下的方式，以与相应的井底车场型式。
根据上述所提出的水平数目、阶段内布置，井筒型式等，提出2～3个技术上可行的开拓方案(说明书附各开拓方案插图，图中标明井筒位置、深度、开拓巷道、通风系统等)，经过技术分析比较，选择技术上最优和安全性最好的方案。根据以上地质资料的分析,以与现有的生产开采技术,综合本矿的实际情况,提出以下两种的技术上可行的开拓方案。
2.2.3方案比较
1.分析：方案一：两水平延深开拓
优点：1）以充分利用原有设备和设施；2）提升系统单一，转运环节少，管理方便；3）经营费用低；
缺点：1）原有井筒同时担负生产和延深任务，施工与生产相互干扰；2）主井接井时技术难度大，矿井将短期停产；3）延深两个井筒，施工组织复杂；4）为延深井筒需凿一些临时工程；5）延深提升长度增加，能力下降，可能需更换提升设备；
方案二：立井两水平暗斜井延伸开拓
优点：1生产与延伸相互不影响；2暗斜井的位置，方向，倾角与提升方式均可不受原井筒限制；
缺点：1增加了提升，运输环节和设备；2通风系统复杂；3不便管理；4运转环节多；
一般适用于：
1）受地质与水文条件限制，向下延伸井筒不符合；
2）原有提升设备不能满足要求，又没条件更换提升设备；
3）延伸原井筒在技术上经济上不合理；
综合各方面情况，确定第二种方案比第一种方案在技术上难度上太大，不予考虑，重点对第一种方案和第二种方案进行经济比较。
2．方案的经济比较：
经济合理是指所选的方案，吨煤生产能力的基建投资少，特别是初期投资少，特别是初期投资少，劳动生产率高，吨煤生产费用低，矿井建设时间短，投资效益好，投资回收期短，利润高。计算各方案不同项目包括：基本建设费用，生产经营费用建井工程量和生产经营工程量。
在经济比较时，作以下说明:
1) 两种方案第一水平开拓几乎相同，故只对第二水平开拓（立井延伸和暗斜井延伸）不同项目进行比较。
2) 两种方案的各斜井巷布置基本相同，且这些斜井的掘进单价近似相同，即两方案条带斜长下山的巷道掘进费用相同，因此不作比较。
3) 立井﹑大巷、石门以与斜巷下山的辅助运输费用均按运输费的20%进行估算。
各方案工程量计算表