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1、能力模块：矿井巷道布置任 务：开采设计及施工设计知 识 点：采区方案设计学时：3学时教学大纲：掌握采区设计的内容、参数的确定及设计的方法教学内容：1、采区方案设计的依据、程序和步骤；2、采区设计的内容；3、采区参数的确定；4、采区准备方式的发展方向；5、采区方案设计示例。教学目的及要求：使学生掌握采区开采设计方法。能够进行采区方案设计。重点及难点：掌握采区设计的内容、参数的确定及设计的方法。方法：课堂讲授、讨论。教学内容及步骤：2.1采区设计的依据、程序和步骤一、采区设计的依据1已批准的采区地质报告2矿井生产、接替和发展对设计采区的要求二、采区设计程序采区设计一般是根据矿井设计和矿井改扩建设计
2、以及生产技术要求，由矿主管单位提出设计任务书，报局批准，而后由矿或局的有关部门、单位根据批准的设计任务书进行设计。采区设计通常分为两个阶段进行，即确定采区主要技术特征的采区方案设计和根据批准的方案设计而进行的采区单位工程施工图设计。2采区设计的步骤采区设计按下列步骤进行：(1)认真学习有关煤矿生产、建设的政策法规，收集有关地质和开采技术资料，掌握上级管理部门对采区设计的具体规定。(2)明确设计任务，掌握设计依据。(3)深入现场，调查研究。(4)研究方案，编制设计。在进行实际调查研究的过程中，一定要注意汇集各有关单位对设计的具体要求及设想，根据设计条件提出几个可行方案，广泛征求意见，认真研究、修
3、改和充实设计方案内容，在此基础上集中为两三个较合理的方案，进行技术经济比较，确定出采用的方案，正式编制设计。(5)审批方案设计。将已完成的方案设计经有关单位会同审查后，由有关上级部门批准。(6)进行施工图设计。根据已批准的方案设计，进行各单位工程的施工图设计。2.2 采区设计的内容采区设计编制的内容包括采区设计说明书和采区设计图纸。一、采区设计说明书(1)采区设计说明书应说明：采区位置、境界、开采范围及与邻近采区的关系；可采煤层埋藏的最大垂深，有无小煤窑和采空区积水；与邻近采区有无压茬关系等。(2)采区所采煤层的走向、倾斜、倾角及其变化规律、煤层厚度、层数、层间距离、夹矸层厚度及其分布，顶底板
4、的岩石性质及其厚度等赋存情况及煤质。瓦斯涌出情况及其变化规律，瓦斯涌出量及确定依据；煤尘爆炸性，煤层自然发火性及其发火期；地温情况等。水文地质：井上、下水文地质条件；含水层、隔水层特征及发育情况变化规律；矿井突水情况、静止水位和含水层水位变化；断层导水性；现生产区域最大及正常涌水量，邻近采区周围小煤窑涌水和积水情况等。煤层及其顶底板的物理、力学性质等。说明对地质资料进行审查的结果，包括资料的可靠性及存在的问题。(3)确定采区生产能力，计算采区储量(工业储量、可采储量)和高级储量所占的比例，计算采区服务年限并确定同时生产的工作面数目。(4)确定采区准备方式。(5)选择采煤方法和采掘工作面的机械装
5、备。(6)进行采区所需机电设备的选型计算，确定所需设备型号及数量，采区信号、通讯与照明等。(7)洒水、掘进供水、压气、充填和灌浆等管道的选择及其布置。(8)采区风量的计算与分配。(9)安全技术及组织措施：对预防水、火、瓦斯、煤尘、穿过较大断层等地质复杂地区提出原则意见，指导编制采煤与掘进工作面作业规程编制，并在施工中加以贯彻落实。(10)计算采区巷道掘进工程量。(11)编制采区设计的主要技术经济指标。二、采区设计图纸设计图纸一般包括：地质柱状图、采区井上下对照图、煤层底板等高线图、储量计算图及剖面图等。其均应进行复印，作为采区设计的一部分。此外，还须有： (1)采区巷道布置平面及剖面图(比例：
6、1：1 000或1：2 000)；(2)采区采掘机械配备平面图(比例：1：1 000或1：2 000)；(3)采煤工作面布置图(比例：1：50或1：200)；(4)采区通风系统(最大、最小负压)示意图；(5)瓦斯抽放系统图(低瓦斯矿井不要)；(6)采区管线布置图(包括防尘、洒水、灌浆管路布置等)；(7)采区轨道运输系统图(比例：1：1 000或1：2 000)；(8)采区供电系统图(比例：1：1 000或1：2 000)；(9)避灾路线图；（10）采区车场图(比例：1：200或1：500)； (11)采区巷道断面图(比例：1：50或1：20)；(12)采区巷道交岔点图(比例：1：50或1：10
7、0)；(13)采区硐室布置图(比例：1：200)。 前9张图属方案设计附图，后4张图是施工图。2.3 采区参数的确定采区参数包括：采区尺寸、工作面及区段长度、采区煤柱尺寸及采区生产能力等。(一)影响采区尺寸的因素1地质条件(1)地质构造。(2)煤层及围岩稳定程度。(3)自然发火。(4)再生顶板形成时间。缓斜、倾斜近距离煤层群或厚煤层分层开采时，上下煤层(分层)工作面要保持一定错距。根据实践经验，工作面错距一般为120200 m。(5)煤层倾角。2生产技术条件(1)区段平巷的运输设备。 I带式输送机。一般吊挂带式输送机有效铺设长度为300400 m台，新系列可伸缩吊挂带式输送机铺设长度为5001
8、 000 m台。刮板输送机。可弯曲刮板输送机每台有效铺设长度可达200 m，在区段平巷中串23台串联运输即可满足一般采区走向长度的要求。 矿车。辅助运输设备。区段平巷坡度起伏较大时，工作面多采用小绞车运料，采区走向长度宜适当缩短，以免多段运料并增加辅助工人数。(2)设备搬迁。(3)采区供电。3经济因素合理的采区走向长度应当使吨煤费用最低。采区走向长度的变化会引起多项费用的变化，如区段平巷的维护费和运输费随着采区走向长度的加大而增加；采区上(下)山采区车场和硐室的掘进费和机电设备安装费随着采区走向长度的加大而减少；而区段平巷的掘进费则与采区走向长度的变化无关。因此，在经济上存在着使吨煤费用最低的
9、采区走向长度的合理值。(二)采区尺寸数值采区尺寸包括采区走向长度和倾斜长度。使用单体液压支柱的普采工作面采区，其走向长度一般为1 0001 500 m。综采采区宜用单面布置，其走向长度一般不小于1 000 m：当双面布置时，一般不小于2 000 m。煤层倾角平缓，采用盘区上(下)山布置时，盘区上山长度一般不超过1 500 m，盘区下山长度不宜超过1 000 m。 二、采煤工作面长度(一)影响工作面长度的因素合理的工作面长度应能为实现工作面高产、高效提供有利条件。在一定范围内加长工作面长度能获得较高的产量和提高效率，减少采区巷道的开掘工程量和维护量，降低吨煤成本但是工作面过长将会导致工作面推进度
10、降低，不利于实现高产、稳产，影响经济效益。 因此，工作面长度有其合理范围。在确定工作面长度时，应考虑以下影响因素：1煤层赋存条件(1)煤层厚度。煤层很薄时，工作面行人运料不便；煤层采高超过25 m时，工作面支柱和回柱操作困难，工作面不宜过长。(2)煤层倾角。煤层倾角大于250时行人运料不便，特别是急斜煤层，由于工作面作业条件困难、劳动强度大、滑落煤块岩块易于伤人等原因，工作面宜较短。(3)围岩性质。顶板松软破碎的工作面或坚硬顶板工作面顶板控制工序占用时间较长，工作面均不宜过长。（4)地质构造。采区中小的断层多或顶底板起伏较大，会使采煤工作困难、支护复杂，容易打乱正规循环作业，工作面不宜过长。2
11、机械装备及技术管理水平I（1）采煤机。(2)输送机。 (3)顶板控制。 (4)工作面通风。 3巷道布置 (二)采煤工作面长度 I综合机械化采煤工作面的长度，一般为150200 m；普采工作面的长度，一般为120150 m；炮采工作面长度，一般为80150 m；对拉工作面总长度一般为200300 m。小型矿井采煤工作面长度可采用大、中型矿井的下限或适当降低。急斜煤层采用伪斜柔性掩护支架采煤法的工作面长度一般为3060 m。 三、采区煤柱尺寸确定煤柱合理尺寸的因素是煤层所受压力的大小以及煤柱本身的强度。在通常情况下，煤层埋藏深度和厚度较大、围岩较软时，煤柱承受的压力就较大。煤柱强度主要决定于煤层的
12、物理力学性质，并与煤柱的形状尺寸、巷道的服务年限及巷道支护情况有关。煤柱留设应按照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程的相关规定确定。(1)采区上(下)山间的煤柱宽度(沿走向)：薄及中厚煤层为20 m；厚煤层为2025 m。工作面停采线至上(下)山的煤柱宽度：薄及中厚煤层约为20 m；厚煤层约为3040 m。(2)上下区段平巷之间的煤柱宽度：薄及中厚煤层约为815m；厚煤层约为30m。(3)运输大巷侧煤柱宽度：薄及中厚煤层约为2030 m；厚煤层约为2550 m。(4)回风大巷一侧煤柱宽度：薄及中厚煤层约为20 m；厚煤层约为2030 m。(5)采区边界两个采区之间的煤柱宽度为1
13、0 m。(6)断层一侧煤柱宽度根据断层落差及含水等具体情况而定：落差大且含水时留3050m；落差较大留1015 m；采区内落差小的断层通常不留煤柱。四、采区生产能力采区生产能力是采区内同时生产的采煤工作面和掘进工作面出煤量的总和。(一)采区生产能力的影响因素 确定采区生产能力，应综合考虑以下因素：(1)地质因素。(2)采煤、掘进、运输的机械化程度和通风、供电能力。(3)采区储量。 (4)采区产量的稳定性。(二)确定采区生产能力的方法式中AB采区生产能力，万ta；Aoi第i个采煤工作面产量，万ta；n同时生产的采煤工作面个数；kl采区掘进出煤系数，取1.1k2工作面之间出煤影响系数，n=2时取0
14、.95,n=3时取0.9。确定采区生产能力主要是确定一个采煤工作面产量和同时生产的工作面个数。1一个采煤工作面产量 A0=L0mC0式中 L采煤工作面长度，m； 0工作面推进度，ma； m煤层厚度或采高，m； 煤的体积密度，tm3； C0采煤工作面采出率。采煤工作面的设计能力一般应选取如下数值：综采工作面，采高在2 m及其以上的为5080万ta，1.12 m的为3050万ta；配备有单体液压支柱的普采工作面产量为20万ta；炮采工作面能力为20万ta。2采区内同时生产的工作面数目 为保持采区合理的开采强度，每个双翼采区内同采的工作面数目一般为12个。 3、采区生产能力的验算初步确定采区生产能力
15、后，应经过以下各生产环节的验算。(1)采区运输能力。采区的运输能力应大于采区生产能力，其中主要是运煤设备的生产能力要与采区生产能力相适应。对于普采或综采工作面，采区集中巷和(下)山运煤设备的小时生产能力应与同时工作的工作面采煤机小时生产能力相适应。 式中 A。设备生产能力，th； 0运输设备正常工作系数，取0.70.9； K产量不均衡系数，取1.21.3； T日出煤时间，h。 (2)采区通风能力。采区的生产能力应和通风能力相适应。根据矿井瓦斯等级、进回风巷道数目、断面和允许的最大风速，验算通风允许的最大采区生产能力如下： 式中 巷道内允许的最大风速，ms； S巷道净断面积，m2； C生产1t煤需要的风量，m3/(mint)； C1风量备用系数。复习题1. 编制采区设计的依据是什么？2. 试述采区设计的步骤。3. 简述采区设计应包括的内容。4. 影响采区尺寸的因素有哪些？5. 试述采煤工作面合理长度以及影响工作面长度的因素。6. 影响采区生产能力的因素有哪些？7. 试述确定采区生产能力的方法。8. 试述采区准备方式的发展方向。