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1、采煤工艺课程设计前言此次设计主要根据已知灵东煤矿某采区资料以及所学习的采矿学知识，为某采区进行采取设计。此次设计的主要方面是根据已知资料设计回采工艺，设备的选型，以及实现各工序方案的机械化、连续化与自动化。指导思想就是基于采矿学知识和我们经过实习对矿井的认识。设计的内容为一个采取的巷道布置形式，回采工艺的选择，以及在采煤工作面的设备选择。这次设计的特点是煤层厚，赋存条件稳定，采用中分层放定煤采煤法，机械化程度高，矿井的整体作业条件良好。此次设计重点要讲明的问题是回采工艺方面，包括进刀方式，支护形式，以及顶底板管理和劳动组织形式。并且绘制基本设计图，如采区明面图和循环图标等。第一章采取大概情况1
2、.1地理位置、境界、尺寸和面积采区地理位置位于一水平的2-1煤层，井田东西倾斜宽3.80km，南北走向长7.30km，井田面积27.80km2。井田北部边界地面分布有村庄、国道和铁路等建构筑物。居民分布集中，范围较大，动迁可能性较小，设计按留设煤柱考虑，假如该区域采取不动迁村庄情况下回采，可采用保护性房柱式采煤法或充填采煤法，但必须在局部试验成功后再推广使用。村庄煤柱以外区域，地面无保护设施，合适长壁垮落采煤法或放顶煤采煤法。1.2瓦斯含量及矿井瓦斯等级，煤的自燃性。煤尘爆炸的可能性，能否煤和瓦斯的突出，一瓦斯21煤瓦斯含量为0.30ml/g，3煤瓦斯含量为0.30ml/g。根据井筒检查钻瓦斯
3、鉴定资料，L3孔21煤瓦斯含量总计为0.53ml/g，3煤瓦斯含量总计为0.52ml/g。因而，本井按低瓦斯矿井设计。二煤尘根据6个褐煤层、3个长焰煤层的煤尘爆炸测试结果，均有爆炸性。与本井邻近生产矿井爆炸指数为42.9%，具有爆炸危险性。因而，本井煤尘有爆炸危险性。三煤的自燃与本井邻近生产矿井21煤和3煤属容易自燃煤层。根据井田内着火点的测试结果，312煤复原样燃点为315C，其余煤层均小于305C。故本井21、22、312、3煤属容易自燃，自燃发火期为16个月。1.3采区地质储量、可采储量、设计生产能力、服务年限其中2-1煤资源储量563.91Mt；设计可采储量295.99Mt；设计生产能
4、力3Mt/a；服务年限为100.6年。1.4矿井工作制度矿井设计年工作日330d。天天四班作业，其中三班生产，一班准备及检修。天天净提升时间按16h。1.5井筒形式、出口及主要用处采用立斜井开拓形式，副井用于提升人员和设备，主井用于提升煤炭。采用中央并列抽出是通风方式，用一个风井。1.6设计采区的形式、巷道布置、现有采购生产能力和同时生产工作面个数。矿井采用一井一面生产形式，根据井田构造形态、煤层赋存情况、井口位置选择、主运输方式、辅助运输方式和工作面回采方向等因素综合考虑，假如大巷沿煤层走向布置，采煤工作面需俯斜开采，工作面涌水将紧随工作面，工作环境差，工作面设备始终位于水中，影响设备性能和
5、产量，综合分析，设计推荐大巷沿煤层倾斜布置，其优点是工作面推进长度长；搬家次数少；走向长壁开采，便于井下排水、通风、运输和行人。因而，一、二水平运输、轨道和回风大巷均沿煤层倾斜布置，为避免联络巷道穿插，平面上回风大巷、带式输送机和轨道运输大巷间距为60m；立面上轨道巷和带式输送机巷沿煤层底板(留1m煤皮)布置，回风巷沿煤层顶板留1m煤皮布置。1.7采煤方法、回采工艺的主要类型、开采顺序、上下煤层间在开采上互相影响的程度。采煤方法采用分层综放采煤法，本着“先浅后深、先易后难、优劣配产的原则。在同一煤层内中，矿井初期先投产距工业场地近期、勘探程度最高、煤层最厚、赋存条件最好的西采区，由近及远逐步接
6、续工作面；层间原则上采用下行、扒皮、分层开采顺序。回采工艺主要类型为综放。第二章采区地质大概情况2.1采区内可采煤层数、厚度、间距、倾角、走向、倾斜及其变化情况，煤层自然发火期、煤层顶底板的岩性、厚度、稳定性及对采掘的影响本井田位于扎赉诺尔含煤盆地中部，为一宽缓不对称向斜构造，其轴向主要呈北20东方向，北端向东偏转轴向2530，两翼地层倾角均较平缓，西翼略陡，一般35，浅部有时可达7，东翼略为平缓，一般23，浅部有时可达5。矿井21煤和3煤属容易自燃煤层。根据井田内着火点的测试结果，312煤复原样燃点为315C，其余煤层均小于305C。故本井21、22、312、3煤属容易自燃，自燃发火期为16
7、个月。表211可采煤层特征表煤层编号煤层厚度最小最大平均(m)煤层可采厚度最小最大平均(m)煤层构造夹矸层数夹矸岩性煤层层间距最小最大平均(m)顶板底板稳定性10.353.651.871.003.652.06简单01泥岩、粉砂岩13.3537.0521.91泥岩、粉细粒砂岩、含砾砂岩，局部中粗粒砂岩泥岩、粉砂岩稳定20.84.553.231.044.553.43简单02泥岩、粉砂岩中、细粒砂岩泥岩、粉砂岩，局部中粒砂岩泥岩、粉砂岩稳定17.6739.5227.2630.34.582.281.024.582.50较简单03泥岩、粉砂岩含砾粗砂岩、砂砾岩泥岩、粉砂岩、细砂岩稳定155.4247.2
8、9209.93210.6319.3814.433.6319.3814.43简单复杂08泥岩、粉砂岩中、细粒砂岩泥岩、粉砂岩，局部细、中粗粒砂岩和砂砾岩泥岩、细粒砂岩稳定、较稳定3.0155.46220.164.762.161.134.673.01简单复杂05泥岩、粉砂岩炭质泥岩泥岩、粉砂岩，细、粗粒砂岩、含砾砂岩泥岩、粉、细粒砂岩稳定90.70159.35123.2731+29.2516.6414.189.2516.8614.67简单03泥岩、炭质泥岩泥岩、粉砂岩细粒砂岩稳定、较稳定050.60310.9227.1020.6910.9227.1020.69简单03泥岩、炭质泥岩泥岩、粉砂岩细粒
9、砂岩稳定、较稳定2.2地质构造情况，煤质情况。1、煤类及其分布规律2-1、312和3煤是本井主要可采煤层，以褐煤为主，长焰煤次之。2、煤质分析本区煤呈黑褐色，条痕褐色，弱沥青光泽，断口多呈平坦状、贝壳状及参差状，性脆易碎，易风化，可见龟裂现象。见有不发育的内生裂隙。煤的构造常以条带状为主，线理状、透镜状次之。煤的构造多为水平层理；煤的硬度系数为2.5，长焰煤视密度为1.251.33g/cm3，平均为1.29g/cm3。真密度为1.471.62g/cm3，平均为1.53g/cm3。褐煤视密度为1.281.37g/cm3，平均为1.31g/cm3。真密度为1.541.63g/cm3，平均为1.58
10、g/cm3。1褐煤的化学性质煤的水分Mad：一般在6.90%12.29%之间，平均为10.17%。煤的灰分Ad：一般在6.38%24.04%之间，平均为14.23%。21煤为中灰煤。挥发分Vdaf：一般在39.71%45.01%之间，平均为42.52%。全硫St,d：一般在0.24%0.61%之间，平均为0.39%。属特低硫煤。磷分(Pd):一般在0.004%0.026%之间,平均为0.013%。21煤属中磷煤。粘结指数GRI：均为0。透光率PM：一般在23%45%之间，平均为33%。发热量Qb,ad：一般在19.65MJ/Kg23.96MJ/Kg之间，平均为21.72MJ/Kg。恒湿无灰基高
11、位发热量QGW-A.GN：一般在21.49MJ/Kg22.60MJ/Kg之间，平均为22.12MJ/Kg。2长焰煤的化学性质煤的水分Mad：一般在5.20%9.06%之间，平均为7.19%。煤的灰分Ad：一般在9.18%22.40%之间，平均为14.20%。31+2、3煤为低灰煤。挥发分Vdaf：一般在40.94%45.71%之间，平均为41.91%。全硫St,d：一般在0.14%0.47%之间，平均为0.32%。属特低硫煤。磷分Pd：一般在0.007%0.065%之间，平均为0.02%。属低磷煤。粘结指数GRI：最小为0，最大为3，一般多为0。透光率PM：一般在54%68%之间，平均为62%
12、。发热量Qb,ad：一般在23.19MJ/Kg24.96MJ/Kg之间，平均为24.32MJ/Kg。恒湿无灰基高位发热量QGW-A.GN：一般在23.38MJ/Kg26.15MJ/Kg之间，平均为24.63MJ/Kg。井田位于扎赉诺尔煤田地貌单元的中部低洼平坦地带，地下水流向受盆地地质构造、海拉尔河丰枯水位影响，呈北东南西与煤层走向基本一致，顺层而流，丰水期向呼伦湖方向排泄，枯水期向额尔古纳河方向排泄。井田水文地质特征与一般煤田的水文地质特征不同，主要特点是煤层含水。煤层含水层是主要直接充水含水层和强导水层，煤层含水层是裂隙含水，煤层顶、底板岩层含水层是以裂隙含水层为主的弱含水层，甚至是隔水层
13、，第四系砂砾含水层也是主要含水层和强导水层。1、含水层井田内含水层按时代划分为第四系、伊敏组和大磨拐河组三个大含水煤岩组，按空间由上而下划分为第四系砂砾含水层和煤层及其顶、底板粗、中砂岩含水层共5个含水层。1第四系砂砾含水层广泛分布于煤系地层之上，岩性为砂砾、粗砂，以砂砾为主，呈灰灰绿色，分选差，砾石呈浑圆次圆状，砾石直径一般520mm，最大达40mm。厚度2.5013.30m，平均8.30m，一般在8.0010.00m左右，厚度变化东薄、西厚、南薄、北厚，井田中部普遍较厚，水位埋深在0.961.15m，经抽水试验其水文地质参数q为5.476.14L/sm，K为59.6470.86m/d,T为
14、733.42744.18m2/d,S为1.3010-36.5610-3，a为1.1310-55.7210-5m2/d。其补给源为大气降水和春汛期冰雪融化地面积水之垂直浸透和丰水期新开河侧向补给，枯水期则侧向补给新开河。在砂砾含水层之上全区普遍发育一层灰色、分选均匀的粉、细砂，厚度为1.5011.30m，一般在4.006.00m，发育比拟稳定。水位埋深1.08m，经邻区抽水实验其水文地质参数q为0.91L/sm,K为12.06m/d,T为159.07m2/d，S为0.11,a为1450.74m2/d。水温04，水化学类型为HCO3CLNaMg水，地下水类型为承压水。21煤顶板粗砂岩含水层泥质胶结
15、，风化裂隙发育，厚9.8011.45m，全区发育，厚度变化较小，呈孔隙承压水类型，水位埋深5.658.85m，经抽水试验其水文地质参数q为0.140.18L/sm，K为1.591.66m/d，T为3.846.10m2/d,S为1.6014-42.2310-4,a为2.342.7010-4m2/d。水温04，水化学类型为HCO3CLNaMg，地下水类型为承压水。31-3煤及煤层间粗、中砂岩含水层粗中砂岩为泥质胶结，由于其埋藏深度浅，风化裂隙发育，全区普遍发育，厚38.5146.00m，厚度变化稳定，水位埋深1.604.26m，经抽水试验其水文地质参数q为2.983.27L/sm，K为9.029.
16、24m/d,T为517.63551.52m2/d,S为4.2714-45.1510-4,a为1.011.29106。水温45，水化学类型为HCO3CLNaCaMg水，地下水类型为承压水。此含水层连通性较好，当91-水3抽水时，距其1200m之远的91-水4-1孔的水位下降0.36m。42-1煤层顶板粗砂岩含水层全区普遍发育，粗砂岩为泥质胶结，厚19.5430.30m，水位埋深0.60m21.79m，经邻区抽水试验其水文地质参数q为0.340.36L/sm，K为1.541.88m/d,T为24.1436.64m2/d,S为3.4810-33.5710-4,a为1.036.94104。水化学类型为
17、HCO3CLNaMg水，地下水类型为承压水。52-13煤及煤层间粗、中砂岩含水层全区普遍发育，粗、中砂岩为泥质胶结，厚26.0550.29m，水位埋深12.2518.00m，经抽水试验其水文地质参数q为0.7010-20.45L/sm，K为0.012.05m/d,T为0.5742.70m2/d。水化学类型为HCO3CLNaCa水，水温9，此含水层水温较高，分析是与地层增温率有关。2、隔水层第四系中粘土、亚粘土及砂层中的厚层淤泥可视为隔水层：分布于新开河西与原木得那亚河东岸，于第四系地质剖面3、4、5、剖面，厚410m，于第四系第2地质剖面Q27孔见有4m厚的淤泥，但呈不连续状。粘土、亚粘土分布
18、面积约占井田面积三分之一，但井田大部分面积仍为粉、细砂裸露区，大气降水可直接渗入补给，砂砾层中地下水仍起着连通作用。1煤顶板3煤顶板之间隔水层：岩性为粉砂岩、泥岩，厚3070m，平均50m，呈南部厚、北部薄、东部厚、西部薄的分布规律，其隔水性差。3煤底板1煤顶板之间隔水层：岩性为细砂岩、粉砂岩、泥岩，厚100200m，平均168.89m，呈北部薄、南部厚、东部薄、西部厚的分布规律，本层隔水性能良好。1煤底板3煤顶板之间的隔水层：岩性为细砂岩、粉砂岩、泥岩，厚60m180m，平均121.67m，呈北部薄、南部厚、西部薄、东部厚的分布规律，本层隔水性能良好。3煤底板1-1煤顶板之间泥岩隔水层：此层
19、为伊敏组与大磨拐河组之间的厚层泥岩，厚134.45376.40m，全区连续发育，隔水性能良好。充水因素经对勘探获得资料及邻近生产矿井水文资料综合分析，区内地形平坦，地表径流差，大气降水及春汛期冰雪融化，易于积聚，区内地表水系发育，新开河纵贯全区，地下水与大气降水、地表水关系密切。第四系地层广泛覆盖于煤系地层之上，大气降水和地表水通过垂直浸透于第四系砂层，煤田西侧地形较高，分布面积广，煤系地层倾角平缓，煤层及各含水层露头接受大气降水和地表水的垂直、顺层补给和顺层排泄。根据井田内各含水岩系的富水性和导水性分析，第四系砂砾含水层富水性、导水性强。1煤虽有部分隔水岩层或细粒岩层存在，但因风化裂隙发育，
20、与第四系砂砾含水层有水力联络。1、3煤及煤层间粗、中、细砂岩含水层富水性、导水性强，与第四系砂砾含水层有水力联络，是矿井最大的充水源，也是矿井涌水量最大的地段。2-1、3煤及煤层间粗、中、细砂岩含水层富水性、导水性由中等到强，地下补给仅为煤及围岩于露头部位由大气降水顺层补给。井田内抽水钻孔和长期观测孔未曾封闭，将会导致各含水层的水进入巷道，增大矿井涌水量。根据矿井水文地质资料和井田区抽水试验资料分析，随降深增加和时间的增长，单位涌水量减小。随开采面积的增加，增大或减小关系不明显。矿井涌水量根据井田水文地质条件、充水因素及邻近生产矿井的水文资料，经扎煤公司采用比较法估计，一水平矿井正常涌水量为1
21、000m3/h，最大涌水量为1800m3/h。根据灵东矿建设项目管理部的2020年4月28日给我院的函，矿井正常涌水量确定为1500m3/h；二水平矿井正常涌水量为230m3/h，最大涌水量为300m3/h。储量全国矿产储量委员会以储发1992344号文批准了（内蒙古自治区呼伦贝尔盟扎赉诺尔煤田灵东矿井勘探精查地质报告），地质报告勘探面积为35km2，全井资源储量为1954.63Mt，其中能利用储量为1713.77Mt，暂不能利用储量为240.86Mt。能利用储量中A+B级占73.30%。批文同时指出：“暂不利用储量为井田上部I煤组，其固然埋藏浅，但顶底板难于管理，水文地质条件复杂，目前开采在
22、技术上有困难，经济上不合理，故将I煤组列为暂不能利用储量。灵东矿井井田是勘探范围的一部分，根据国土资源部国土资源矿划字2005033号文件的批复，矿区范围由7个拐点圈定，开采深度由547m50m高程。井田南北走向长7.3km，东西倾斜宽3.80km，面积27.80km2。根据资源储量评审备案证实，煤组包括1、2、3煤层和煤组包括2-1、2-2、3、31+2煤层资源总储量为1431.59Mt。煤组资源储量149.23Mt，其中1煤资源储量33.31Mt；2煤资源储量75.22Mt；3煤资源储量40.70Mt。煤组资源储量为1282.36Mt，其中2-1煤资源储量563.91Mt；2-2煤资源储量
23、60.89Mt；3煤资源储量441.70Mt；31+2煤资源储量215.86Mt。331级储量为913.30Mt，332级储量为518.29Mt，无推断资源量，探明资源量的占总资源量的63.8，控制的资源量占总资源量的36.2，全矿井探明的和控制的资源量占总资源量的100，大于规范要求的先期开采地段不小于80指标，知足设计要求。水文地质、瓦斯等级、煤质分析等资料的准确程度，及其对开采的影响根据地质报告，1煤3煤水文地质类型为一类三型，水文地质条件复杂；1煤3煤水文地质类型为一类二型，水文地质条件中等。灵东井田地质报告完成时间较早，报告对水文地质方面的阐述基本上知足当时规范要求，但距现行规范要求
24、还有一定差距，而制约本井能否达产及安全生产的主要地质因素是水文地质条件，尽管有邻近井实际生产情况和水文专题论证报告能够借鉴，但是，从安全生产方面考虑，建议在矿井投产前对本井水文地质进行补勘，确保安全和生产措施更有针对性。地质报告和井筒检查钻分别对瓦斯进行了鉴定，根据鉴定资料本井瓦斯含量低，同时参考邻近生产矿井资料，将本井定为低瓦斯矿井基本可靠，对开采影响较小。本井煤炭分类是根据国家标准GB5751-86执行的，分为褐煤和长焰煤两个类别，并分别圈定了储量，基本上知足当时规范要求，3煤含长焰煤和褐煤两个煤类，两个煤类之间无明显界线，且均位于二水平，需49.7年以后开采，因而，对开采影响较小。第三章
25、回采工艺设计3.1至少提出三种方案并且分析每个方案的优点与缺点21煤、3煤均属特厚煤层，目前国内外开采实践经历证实，特厚煤层比拟理想的采煤法是分层开采。根据煤层开采技术条件，借鉴国内外高产高效矿井发展现状，设计对合适本井厚煤层开采的采煤工艺提出了四个方案：一方案为上分层采用放顶煤综采，下分层采用综采；二方案采用放顶煤综采一次采全高；三方案为上分层采用大采高综采，下分层采用放顶煤综采；四方案采用分层综采。四个方案的特点如下：一方案：上分层采用放顶煤综采，下分层采用综采经过近几年的快速发展，我国放顶煤综采开采已经获得了成功，放顶煤综采开采技术已经到达世界领先地位，作为一种高产、高效、安全、低耗、经
26、济效益好的采煤方法已经成为厚煤层开采工艺的首选之一，现已遍布全国各个厚煤层矿区。其适用条件是：煤层厚度变异系数大；煤硬度系数小于3；煤层倾角015;煤层顶板中等冒落下面；对自燃发火期短和有煤尘爆炸危险的矿井应采取防灭火和防尘措施。1998年至2000年全国超过2.0Mt/a综采队共有45个，其中综放队有33个，占73.3。东滩矿综放队2004年创造出了6.58Mt高产，工作面全部为国产设备。主要装备为：ZFS7200型液压支架、MGTY400/930-3.3D型采煤机和SGZ-1000/1050型刮板输送机。本井2-1煤分两层开采，分层采高为8.00m，夹矸层数08层，夹矸一般为泥岩，粉砂岩，中、细粒砂岩，顶底板较软。邻井灵泉矿生产实践经历表明，分层采高6.00m夹矸位于煤层上部，平均厚度0.30m，割煤高度3.00m，放煤高度3.00m，截深0.60m，放煤步距1.20m情况下，工作面回采率达80，且放出的煤大块较少。因而，本井采用放顶煤综采技术上是可行的。灵泉矿核定生产能力为1.80Mt/a，综放工作面单产为1.50Mt/a左右，单产较低的主要原因是设备落后。假如本井综放工作面设备选用国内使用成熟的先进设备、提早培训综放技术工人、加强生产管理。综放工作面单产到达5.00Mt/a是可行的。