采煤工藝設計與采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表

目錄

緒論..........................................2

第一章采區(qū)巷道布置.............................5

第一節(jié)采區(qū)儲量與服務年限..........................5

第二節(jié)采區(qū)內的再劃分..............................7

第三節(jié)確定采區(qū)內準備巷道布置及生產系統(tǒng)............9

第二章采煤工藝設計............................14

第一節(jié)采煤工藝方式的確定..........................14

第二節(jié)采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表的編制...............19

設計總結.........................................20

參考文獻.........................................22

附表

緒論

一、設計目的

（-）初步應用《煤礦開采學》課程所學的知識，通過課程設

計，加深對《煤礦開采學》課程的理解。

（二）培養(yǎng)采礦工程專業(yè)學生的動手能力，對編寫采礦技術文

件，包括編寫設計說明書及繪制設計圖紙進行初步鍛煉。

（三）為畢業(yè)設計中編寫畢業(yè)設計說明書及繪制畢業(yè)設計圖紙

打基礎。

二、設計題目

（一）設計題目的一般條件

某礦第一開采水平上山階段某采區(qū)、盤區(qū)或者帶區(qū)自上而下開采

K],七和將煤層，煤層厚度、煤層間距及頂底板巖性見綜合柱狀圖。

該采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)走向長度2100米，區(qū)內各煤層埋藏平穩(wěn)，

埋深較淺，地質構造簡單，無斷層，心煤層屬簡單結構煤層，硬度系

數f=2,4和七煤層屬中硬煤層，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。

設計礦井的地面標高為+30m,煤層露頭為-30m。第一開采水平

為該采區(qū)服務的一條運輸大巷布置在L煤層底板下方25m處的穩(wěn)定

巖層中，為滿足該采區(qū)生產系統(tǒng)所需的其余開拓巷道可根據采煤方法

不同由設計者自行決定。

（二）設計題目的煤層傾角條件

1＞設計題目的煤層傾角條件1

煤層傾角條件1：煤層平均傾角為8°,階段傾斜長度1200m。

2、設計題目的煤層傾角條件2

煤層傾角條件2：煤層平均傾角為16°,階段傾斜長度1000m。

三、課程設計內容

（一）采區(qū)、盤區(qū)或帶區(qū)巷道布置設計；

（二）采煤工藝設計及編制循環(huán)圖表。

四、進行方式

學生按設計大綱要求，任選設計題目條件中的煤層傾角條件1或

煤層傾角條件2,綜合應用《煤礦開采學》所學的知識，每個人獨立

完成一份課程設計。

設計者之間可以討論、借鑒，但不得相互抄襲，疑難問題可與指

導教師共同研究解決。

本課程設計要對設計方案進行技術分析與開掘工程量和維護費

用比較。

煤層附近地層綜合柱狀圖

柱狀厚度（m）巖性描述

—

灰色泥質頁巖，砂頁巖

8.60

互層

—泥質細砂巖，碳質頁巖

8.40

互層

0.20碳質頁巖，松軟

6.90K1煤層，y=1.30t/m3

灰色砂質泥巖，細砂巖

..............................................................4.20

互層，堅硬

—

7.80灰色砂質泥巖

3.0K2煤層,Y=1.30t/m3

薄層泥質細砂巖，穩(wěn)定

??????-?4.60

灰色細砂巖，中硬、穩(wěn)

..................................................................3.20

定

K3煤層，煤質中硬，

2.20

V=1.30t/m3

豕且角祖g少巖、堅硬、

3.20抗胎1度160-80Mps

OOOOOOOOO

24.68灰色中、細砂巖互層

OOOOOOOOO

第一章采區(qū)巷道布置

第一節(jié)區(qū)儲量與服務年限

1、采區(qū)生產能力選定為120萬t/a

2、采區(qū)的工業(yè)儲量、設計可采儲量促

(1)采區(qū)的工業(yè)儲量

ZK=HXLX(mi+m2+m3)Xy..............(公式1-1)

式中：Zg----采區(qū)工業(yè)儲量，萬t；H----采區(qū)傾斜長度,

1000m；

L——采區(qū)走向長度，2100m；y——煤的容重，

1.30t/m3；

m,——跖煤層煤的厚度，為6.90米；

m2——心煤層煤的厚度，為3.00米；

m3——L煤層煤的厚度，為2.20米；

Z?=1000X2100X(6.9+3.0+2.2)X1.3=3303.3萬t

2*1=1000X2100X6.9義1.3=1883.70萬t

2.2=1000X2100X3.OX1.3=819.00萬t

Zfi3=l000X2100X2.2X1.3=600.6075t

(2)設計可采儲量

ZK=(Zg-P)xc...................................(公式

1-2)

式中：ZK——設計可采儲量，萬t;

Zg----工業(yè)儲量，萬t；

P----永久煤柱損失量，萬t;

C——采區(qū)采出率，厚煤層不低于75%,中厚煤層不低于

80%,薄煤層不低于85%,地方小煤礦不低于70%。本設計條件下Ki

煤層取75%,也和L煤層取80%。

永久保護煤柱：(采區(qū)邊界永久煤柱損失量和上山煤柱損失。

采區(qū)兩邊邊界保護煤柱取10米，采取上部邊界煤柱取20米，保護煤

柱下部邊界取30米保護煤柱；上山之間煤柱取20米保護煤柱，上山

兩側煤柱各取30米保護煤柱)

P產[20X2100+30X2100+10X2X(1000-20-30)+30X2X

(1000-20-30)+20X(1000-20-30)]X6.9X1.3=179.4萬t

P2=(50X2100+100X950)X3.OX1.3=78.0萬t

P,=(50X2100+100X950)X2.2X1.3=57.2萬t

ZK1=(Z^.-P.)XG=(1883.70-179.4)X0.75=1278.23萬t

ZK2=(Zg2-P2)XC?=(819.00-57.2)X0.80=609.44萬t

ZK3=(Zg3-P3)XC3=(600.60-57.2)X0.80=434.72萬t

設計可采儲量為：ZK=ZKI+ZK2+ZK3=12為.23+609.44+434.72=2322.39

萬t

(3)采區(qū)服務年限

T=ZK/AXK................................................................................................

(公式1-3)

式中：T----采區(qū)服務年限，a；

A----采區(qū)生產能力，120萬t/a；

ZK----設計可采儲量，2322.39萬t；

K——儲量備用系數，取1.4。

T尸ZKI/AXK=1278.23萬t/(120萬tX1.4)=7.61a

T2=ZK2/AXK=609.44萬t/(120萬tX1.4)=3.63a

T:i=ZK3/AXK=434.72萬t/(120萬tX1.4)=2.59a

T=T,+T2+T3=13.83a，取14年。

(4)、驗算采區(qū)采出率

1)、對于K1厚煤層：

C,=(Zgl-Pl)/ZB1...................................(公式1-4)

式中：C,-----采區(qū)采出率，%；

Zgl——人煤層的工業(yè)儲量，萬t；

Pi----心煤層的永久煤柱損失，萬t；

=

Ci(Zgi-Pi)/Zgi

=(1883.70-179.4)/1883.70=90.48%>75%滿足要求

2)、對于心中厚煤層：

C2=(Zg3-p3)/Zg3.................................................

…(公式1-5)

式中：C2----采區(qū)采出率，%；

Z82——人煤層的工業(yè)儲量，萬t；

P2----4煤層的永久煤柱損失，萬t；

Cz=(Zg2—P2)/Zg2

=(819.00-78.0)/819.00=90.48%>80%滿足要求。

3)、對于人中厚煤層：

C3=(Zg3""P3)/Zg3.................................................

…(公式1-6)

式中：C:!----采區(qū)采出率，%；

ZB3——K3煤層的工業(yè)儲量，萬t；

P3----K3煤層的永久煤柱損失，萬t；

C3=(Zg31P3)/ZB3

=(600.60-57.2)/600.60=90.48%>80%滿足要求。

第二節(jié)采區(qū)內的再劃分

1、確定采煤工作面長度

由于采用的煤層左右邊界各有10m的邊界煤柱，上部留有20nl防水煤

柱，下部留有30m護巷煤柱，故其煤層傾向共有1000-50=950m的長

度，走向長度2100-30X2-20-10X2=2000m。又由于區(qū)內各煤層

埋藏平穩(wěn)，埋深較淺，地質構造簡單，無斷層，瓦斯涌出量較低，

自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小，且現代采煤工作面有加長的趨勢，

故該礦井設計為綜合機械化程度高的現代化礦井，考慮到設備選型及

技術方面的因素綜采綜采工作面長度為180-250m,巷道寬度為

4m-4.5m,本采區(qū)選取4.5m,且采區(qū)生產能力為120萬t/a,一個工

作面便可以滿足生產要求。

心采煤工作面采取放頂煤方式生產，合理的工作面長度應是在一

個生產班內能將工作面內的頂煤全部放完。據此原則，工作面長度可

以用下列式表示：

L=n(T/t)Bn=192m

式中：L---------工作面長度，m；

n--------同時放煤支架數；

T--------每班工作時間，min;

t----------每架支架放煤所需時間，min;

B-------支架寬度，m;

H-------每班工作時間利用率。

?。簄=2,B=l.5m,T,n=320min,t=5min

故本采區(qū)采煤工作面長度定為192m。

2、確定采區(qū)內工作面數目

回采工作面是沿傾斜方向布置，沿走向推進，采用走向長壁采煤

法。

工作面數目：N=(L-So)/(l+lo).........................(公式

1-7)

式中：L-----煤層傾斜方向長度(m)；

So——采區(qū)邊界煤柱寬度(m)；

1------工作面長度(m)；

lo-----回采巷道寬度，本處取4.5m。

N=(1000-30-20)/(192+9)=4.73,取5。

故確定采區(qū)內工作面數目為5個。

3、工作面生產能力

Q,.=A/(TX1.1)..........................................

(公式1-8)

式中：A----采區(qū)生產能力，120萬t/a；

Q,——工作面生產能力，萬t；

T——每年正常工作日，330天。

故：Qr=A/(TX1.1)=120/(330X1.1)=3305.78t

4、確定采區(qū)內同采工作面數及工作面接替順序

目前開采準備系統(tǒng)的發(fā)展方向是高產高效生產集中化，采用提高

工作面單產，以一個工作面產量保證采區(qū)產量，所以定為采區(qū)內一個

工作面生產。以K1煤層為例，5個區(qū)段工作面接替順序，采用下行開

采順序。

對于K1煤層：

1101停1102

1103采1104

1105線1106

110780m1108

11091110

K1煤層工作面接替順序：

1101—1102—1103fli04-1105fli06-1107—1108f

1109f1110

注：箭頭表示回采工作面的接替順序。

第三節(jié)確定采區(qū)內準備巷道布置及生產系統(tǒng)

1、完善采區(qū)開拓巷道

為了減少煤柱損失提高采出率，利于滅災并提高經濟效益，根據

所給地質條件及采礦工程設計規(guī)劃，在第一開采水平中，把為該采區(qū)

服務的運輸大巷和回風大巷均布置在k煤層底板下方25m的穩(wěn)定巖

層中，回風大巷布置在采區(qū)上部邊界。

2、確定采區(qū)巷道布置方案及方案分析比較

首先確定回采巷道布置方式，由于地質構造簡單，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，同時為減

少煤柱損失，提高采出率，降低巷道維護費用，采用沿空掘巷的方式。

因此采用工作面布置圖所示工作面接替順序，就能彌補沿空掘巷時工

作面接替復雜的缺點。

確定采區(qū)巷道布置系統(tǒng)，采區(qū)內有3層煤，每一層都布置5個工

作面，根據相關情況初步制定以下兩個方案進行比較：

方案一：兩條巖石上山

在距L煤層底板15m處巖石中布置兩條巖石上山，一條為運輸

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)結兩

翼的區(qū)段；平巷不交叉；石門聯(lián)系各煤層。通風路線：新風從階段運

輸大巷~采區(qū)主石門一采區(qū)下部車場一軌道上山一中部甩車場一區(qū)

段軌道集中平巷一區(qū)段聯(lián)絡巷道一區(qū)段運輸平巷~工作面一區(qū)段回

風平巷~回風石門一階段回風大巷。

方案二：兩條煤層上山

在K3煤層中布置一條軌道上山一條運輸上山，通風路線：新風

從階段運輸大巷-采區(qū)主石門-采區(qū)下部車場-軌道上山-中部甩車場-

區(qū)段軌道集中平巷-區(qū)段聯(lián)絡巷道-區(qū)段運輸平巷-工作面-區(qū)段回風

平巷-回風石門-階段回風大巷。

方案三：一煤一巖上山

在距L煤層底板15m處巖石中布置一條巖石運輸上山，在K3煤

層中布置另一條軌道上山，石門聯(lián)系各煤層。通風路線：新風從階段

運輸大巷一采區(qū)主石門一采區(qū)下部車場一軌道上山一中部甩車場一

區(qū)段軌道集中平巷一區(qū)段聯(lián)絡巷道f區(qū)段運輸平巷一工作面f區(qū)段

回風平巷f回風石門一階段回風大巷。

技術經濟比較：

表1-6技術比較表

方案一方案二方案三

兩條上山均布置兩條上山均布置兼有方案一和二

優(yōu)點：在巖石中，巷道穩(wěn)在同一煤層中，降的優(yōu)點，維護較容

定，受采掘干擾較低了出砰量，提高易

小，且維護容易了煤炭的生產率，

掘進容易

巖石工程量大，掘維護困難，受采掘增加了巖石工程

缺點進費用高，工期長影響較大量，降低了生產

率，增加了掘進成

本

表上7掘進費用表

方案方案一方案二方案三

單價工程量費用工程量費用工程量費用

工程名稱（萬（萬（萬

元）元）元）

巖石上山1578950X1.2359.780.000.00950X1.2=179.89

（m）X2=22801140

煤層上山950X1.2284.5950X1.2=146.38

（D1）12480.000.00X2=41140

2280

煤倉1.2X3.1470.50.000.001.2X3.1423.5

（元/m9144X42X15/X42X5/0.9

0.924X5=24X5

4893.506=1631.796

甩入石門11521.2X10/050.10.000.000.000.00

阮/m）.276X5=

434.8

合計480.34284.54349.76

表1-6維護費用表

方案一方案二方案三

方

案單價工程量費用工程量費用工程量費用

（萬（萬元）（萬

工程名稱元）元）

巖石上山402280X16109.440.000.00950X1645.60

（m）=36480=15200

煤層上山900.000.002280X328.32950X16136.80

（m）16=15200

=36480

煤倉8093.6X1611.980.000.0031.2X1619.968

(%/m3)=1497.6=2496

甩入石門80434.8X1655.70.000.000.000.00

（元/m）=6956.8

合計236.64380.16294.528

表1-6費用總匯表

方案方案一方案二方案三

費用項目

掘進費用480.34284.54349.76

維護費用177.07328.32202.37

費用總計657.41612.86552.13

百分率119.07%111.00%100%

綜合上述經濟技術比較可見，一煤一巖上山所用費用比較低，而

且隨著我國巷道錨噴技術的提高的維護能都祈禱很好的效果，此外，

本例中K3煤層頂地板效果比較好，易于維護，所以采用一煤一巖上

山采區(qū)聯(lián)合布置方式。

3、確定回采巷道的布置方式

已知采區(qū)內各煤層埋藏平穩(wěn)，地質構造簡單，無斷層，同時，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

于綜合機械化作業(yè)，可以充分發(fā)揮綜采高產高效的優(yōu)勢。同時，為減

小煤柱損失，提高采出率。綜合考慮各種因素，采用單巷沿空掘巷方

式，區(qū)段間留設5米小煤柱。

在采區(qū)巷道布置平面圖內，工作面布置和推進的位置應以達到采

區(qū)設計產量及安全為準，所以設計工作面推進到距采區(qū)上山30米處

的位置，即為避開采掘超前影響所留設的30m護巷。

4、確定采區(qū)內上、下區(qū)段相鄰工作面交替期間同時生產時的通風系

統(tǒng)

通風系統(tǒng)簡圖

5、采區(qū)車場選型

(1)采區(qū)上部車場形式選擇

由于該采區(qū)煤層傾角為16°,為緩傾斜煤層，絞車房距總回風

巷的距離較近，故采區(qū)上部車場選用雙道變坡順向平車場。其優(yōu)點是

車輛運行順當，凋車方便，回風巷短，通過能力大；缺點是車場巷道

斷面大，不宜維護。

(2)采區(qū)中部車場形式選擇

本采區(qū)生產能力大，煤層傾角為16°,軌道上山布置在距煤層

底板15m的巖石中，故選用中部車場的形式為雙道起坡不設高低道甩

入石門的中部甩車場，其斜面線采用一次回轉方式。該車場特點是提

升牽引角小，鋼絲繩磨損小，操車方便，斜面線路短，有利于減少提

升時間，但交岔點長，對開鑿維護不利。

(3)采區(qū)下部車場形式選擇

由于該采區(qū)煤層傾角為16°,上山通常提前下扎，并在大巷底

板變平，底板圍巖條件較好，因此選用大巷裝車頂板繞道式下部車場。

其優(yōu)點是車場布置緊湊，工程量省，調車方便，但繞道出口交岔點距

裝車站近，線路布置困難，繞道維護條件較差。

第二章采煤工藝設計

第一節(jié)采煤工藝方式的確定

1、以K1煤層為對象設置采煤工藝

由于K1煤層屬簡單結構煤層，硬度系數f=2,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，無斷層，且煤層厚度為

6.9m,屬于厚煤層，故可用綜合機械化采煤工藝，放頂煤采煤法。綜

采放頂煤工作面“四六”制作業(yè)形式，即三班采煤，一班準備。

工作面回采工藝流程為：采煤機向上割煤、移架一采煤機向下裝

煤一推移刮板輸送機一斜切進刀一推移刮板輸送機。放頂煤和割煤交

叉作業(yè)，同時進行。

2、工作面的設備選用國產綜采設備。

采煤機型號MGT375/750

采高2.3~4.2m

截深600mm

適應傾角aW25°

外形尺寸(長義寬義高)4505mmX1350mmX1483mm

牽引型式液壓無鏈

滾筒中心距1488mm

牽引力350KN

電壓1140v

機重40噸

牽引速度0?6.5m/min

制造廠太原礦山機器集團有限公司

3、采煤與裝煤

(1)選定落煤方式

采用綜合機械化放頂煤開采，雙滾筒采煤機直接落煤裝煤。

(2)確定截深

首先根據采區(qū)的設計生產能力確定每天的推進長度，其次確定截

深。

V=Qr/(LlXhXaXy).......................公式2T

式中：v----日推進度，m/天；

Qr——工作面設計生產能力，t/天(已算出3305.58t);

L1----工作面長度，m；

h----煤層厚度m；

a——工作面采出率，對于厚煤層取0.93;

Y------煤的容重,t/m3;

將數據帶入可得：

V=3305.78/(192X6.9X0.93X1.3)

=2.06m/d

選擇滾筒截深600mm,割兩刀放一次頂煤，每天正規(guī)循環(huán)6刀，

采用“四六制”，三采一準備的工作制度。

(3)確定進刀方式

為了合理利用工作時間，提高效率，采用端頭斜切煤進刀割三角

方式，雙向割煤。

進刀過程如下：

a.當采煤機割至工作面端頭時，其后的輸送機槽已移近煤壁，

采煤機機身處留有一段下部煤；

b.調換滾筒位置，前滾筒降下、后滾筒升起、并沿送機移直；

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；

d.將三角煤割掉，煤壁割直后，再次調換上、下滾筒，返程正

常割煤。

(4)確定采放比

選用采煤機割煤高度為2.6m,放煤高度平均為4.3m,采放比為

1：1.65o

(5)確定放頂步距

據《采礦工程設計手冊》，一般情況下，當采用小截深(0.5?0.6m)

時，割兩刀放一次頂煤，放煤步距為2倍的采煤機截深。故本設計割

兩刀放一次頂煤，放頂步距為0.6X2=1.2m。

(6)確定放煤方式

單輪、間隔、多口放煤。這種方式工藝簡單，便于工人掌握，并

可在實踐中逐步提高采出率。

4、運煤

工作面采用可彎曲刮板輸送機運煤，運輸平巷采用轉載機和膠帶

運輸機運煤。

前部刮板輸送機型號SGZ-764/500

出廠長度200m

運輸能力1100t/h

電動機型號KBKYSS-680-250/125-4/8

電機功率2X250/125

電機電壓1140

刮板間距1080mm

制造廠張家口廠

后部刮板輸送機型號SGZ-764/400

出廠長度200m

運輸能力900t/h

電動機型號KBKYSS-100/200-8/4

電機功率2X100/200

電機電壓1140

刮板間距920mm

制造廠張家口廠

5、選擇支護

(1)支架選擇

以設備選用配套原則為基礎并結合采煤工作面采煤能力具體情

況，工作面采用支撐掩護式液壓支架支護，從《采礦設計手冊》選用

如下設備：

液壓支架型號ZZPF4800/17/33

放煤形式雙輸送機、低位放煤

高度1.7—3.3m

中心距15m

工作阻力4800KN

支護強度0.65Mpa

重量15.98t

生產廠家北京煤機廠

(2)確定移架方式

因為此采區(qū)頂板條件好，結構穩(wěn)定，且采用及時支護方式，每天

推進6刀，所以選用分組間隔交錯式的移架方式。這種方式移架速度

快，能滿足采煤機快速牽引的需要，適用于頂板較穩(wěn)定的高產綜采面。

(3)確定支護方式

K1煤層屬簡單結構煤層，硬度系數f=2,頂板有7.81n厚的灰色

砂質泥巖，采高為3.0m,為防止片幫和冒頂，選用及時支護方式進

行支護。

(4)確定端頭支架

由于巷道寬4.5m,而架寬為1.5m,因此選3架，左右兩端共需6

架。從《采礦設計手冊》選用如下設備:

端頭支架型號ZTF6500/19/32

工作阻力6577KN

初撐力6157KN

支護強度