1、采矿课程设计大纲及指导书采矿课程设计大纲及指导书山东科技大学资源工程系二一一年十二月课程设计教学大纲2课程设计指导书9Part I采矿课程设计教学大纲课程编号课程名称（中文）采矿学课程设计课程名称（英文）Mining Science Course Design适用专业采矿工程学时数4周学分数4制订单位资环学院资源工程系制定时间2006.6.一、课程设计的性质和目的“采矿学”是采矿工程专业的主干课程，主要研究矿井的开拓部署、采区巷道布置、采煤工艺和工程设计的原理与方法。旨在培养学生掌握最基本的开拓、开采理论知识和解决实际问题的能力。因此，培养计划规定在“采矿学”课程讲授完之后，在进行生产实习的基
2、础上，安排四周课程设计，其主要内容以采区设计为主。其目的是：1具体应用和巩固本课程及有关先修课的理论知识，了解进行矿井开采方法设计的一般方法和步骤，培养学生设计、计算、绘图的能力，为以后进行设计工作打下初步基础。2通过拟定采区巷道布置方案，选择采煤工艺，编制作业规程，进行单位工程施工设计，全面考虑设计内容及过程，熟悉和运用设计资料（有关标准、规程和规范等），加深对开采设计的认识，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。二、课程设计教学的基本内容和要求1基本内容课程设计的基本内容如下：第一章 采区地质特征1 概况采区位置，范围及煤层赋存情况：采区位于井田的具体位置，采区上下水平标高，范围（走向长，
3、倾斜长），煤系产状、厚度等。与邻近采区及地面关系：采区和地面主要建筑物、河流、池塘、老塌陷坑之间的关系；邻近采区开采情况，与本区的关系。2 采区煤层及其顶底板特征煤层厚度、夹石层及其变化规律：阐明本区煤层数目、煤层可采总厚度、各层煤厚及夹石厚度、煤层和夹石厚度变化的规律。煤层顶底板岩性，物理力学性质：着重叙述顶板岩层岩性和物理机械性质（颜色、颗粒成分大小结构和胶结物等），伪顶、直接顶和老顶要分层描述，并说明其垮落情况。煤层的间距；各煤层之间的距离，最大、最小距离及变化情况。煤层的煤岩类型及物理性质：煤层构造特征、韧性、脆性、硬度、节理及矿物杂质的特征。3 采区地质构造采区内赋存断层的性质、位置
4、、产状、断距对煤层的破坏程度、褶曲构造的性质对煤层破坏影响情况。4 煤质、瓦斯与煤尘各煤层的煤质，煤质分析；瓦斯含量；自燃发火情况；煤尘爆炸危险及爆炸指数。5 水文地质特征采区内含水层的特征及充水条件；地面水系、老塌陷区积水，老塘水对本采区的影响；采区预计涌水量。6 储量计算储量计算的方法和参数（走向长、倾斜长、煤厚和容重等）；计算的结果要列详细表和汇总表。第二章 采区生产能力及服务年限工作组织：设计年工作日数，每天作业班数、每班作业时数，每天净提升时间。采区设计生产能力，服务年限的计算。第三章 采煤方法及采区参数概述本采区地质条件下可以使用的采煤方法，分析诸采煤方法的优缺点及使用效果，选择适
5、于本采区地质条件的采煤方法。根据选用的采煤方法，确定采煤主要参数：采区斜长和走向长度，回采工作面长度，厚煤层分层开采的分层厚度、煤柱尺寸、区段长度和回采率等。第四章 采区巷道布置1 矿井开拓概况简述矿井采用的开拓方式；阶段的划分、井筒形式和位置、井底车场形式和位置；煤组的划分，阶段大巷的位置和布置方法；采区划分和布置；矿井开采程序；主要生产系统；2 采区巷道布置采用采区联合布置方案的可能性、采区联合布置方案的类型。各方案共用采区上、下山的位置，共用分层和区段平巷的位置，共用巷道与分层巷道的联络方式，采区车场的型式（附各巷道布置方案插图）。对采区巷道布置方案进行技术比较和经济比较，选取最优方案作
6、为本采区巷道布置的设计方案。配备采区回采工作面。绘制采区巷道平面布置图及沿上山向剖面图（12000或11000）。3 开采程序说明采区开采程序：回采工作面回采推进顺序，区段之间和煤层之间的开采顺序，区段之间和煤层之间回采工作面的错距（必要时应进行计算），厚煤层分层工作面的开采顺序和错距。薄厚煤层的配采，不同煤质煤层的配采：突出危险煤层和解放层开采的顺序和错距等。4 采区准备工作及组织采区准备工作：根据采煤方法，按不同巷道的用途和位置，确定巷道断面及掘进方法，可用表1格式列出。计算掘进出煤率，可用表2格式汇总计算结果。确定采掘比例关系，其内容有：计算的掘进进尺与产量的比例关系（掘进率）；开拓、准
7、备和回采巷道进尺与总进尺的比例关系；回采工作面与掘进工作面个数的比例关系；三个煤量与可采限期。编制采区巷道施工顺序等表。编制采区回采工作面接替表。5 采区车场及硐室确定采区上、中、下部车场形式，说明调车方式。说明采区绞车房，变电所煤仓等峒室的位置，形式和主要数据。根据题目要求设计车场和硐室，写出计算内容和过程，附计算草图，绘制施工图。第五章 回采工艺说明设计的回采工艺过程，选用的主要机械设备，诸工序相互配合关系，如采用炮采工艺应编制爆破说明书，绘制炮眼布置插图。重点说明采场支护方式，顶板管理方法。编制回采工作面循环图表，绘制工作面平面布置图，沿倾斜和沿走向的剖面图。第六章 主要生产系统说明采区
8、通风系统，在采区巷道布置平面图中标注出通风构筑物和风流方向。说明采区选用的主要运输设备，采区运煤、运矸、运料的系统。将采区所选用的机械设备用图例填绘在采区巷道布置平面图中，即将采区巷道布置平面图与采区机械设备配置图合并起来。表1 采区巷道断面表编号巷道名称掘进断面净断面掘进方法上宽/m下宽/m高/m断面/m2上宽/m下宽/m高/m断面/m2表2 掘进出煤率编号在采区内的巷道长度/m煤的断面/m2每米出煤率/t巷道掘进出煤/t采区总出煤量/t掘进出煤率/%2要求在课程设计中要求学生注意培养认真负责、实事求是、一丝不苟、踏实细致的工作作风，保质、保量、按时完成任务的习惯。设计中必须做到：1）随时复
9、习教科书及有关习题作业；2）及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性；3）全面分析设计方案，提出多方案进行技术经济比较，确定最优方案。4）按计划循序渐进，认真绘图和计算，保证图纸质量和计算正确。三、课程设计的进度安排课程设计进度安排见表3。表3 采矿工程专业采矿课程设计进度安排(以具体年度时间而定)四、课程设计的考核课程设计成绩按五级分制评定。课程设计依据提交设计成果的质量，设计态度与表现，组织纪律等情况综合考核。五、其他1对先修课程的要求采矿课程设计是采矿工程专业，毕业设计前的一次专业知识的综合运用。要求学生修完煤矿地质学、采矿学等专业主干课程，并完成生产实习后进行。
10、2注意事项1）设计前必须预先准备好资料、规程、规范、费用指标有关工具书，绘图仪器、计算器、图纸、图板、报告纸等；2）设计前先研究设计任务书，分析题目给定的地质条件和主要数据，明确设计要求和内容；3）设计前应认真复习相关课程要用到的有关章节，熟悉设计步骤；4）学生应独立完成课程设计大纲所要求的内容，如有疑难问题可请教师答疑，或同学间互相讨论，但不能照抄图纸或数据；5）全部设计成果呈交后，视情况进行设计答辩或总结；6）必须在规定的设计室内设计，遵守学习、考勤制度。3指导书、参考资料等1）采矿课程设计指导书；2）张荣立、何国纬、李铎主编，采矿工程设计手册，煤炭工业出版社2003.53）国家安全生产监
11、督管理局，煤矿安全规程，煤炭工业出版社，2005.14）徐永圻主编 采矿学,中国矿业大学出版社，20035）建设部，煤炭工业矿井设计规范，中国计划出版社，2005.126）煤矿井巷工程综合概算定额，煤矿井巷工程辅助费综合预算定额，煤炭工业出版社。7）煤矿生产经营费指标，煤炭工业部设计管理局。8）煤炭工业相关技术政策 Part II 煤矿开采学课程设计指导书1 采区地质特征地质资料是矿井设计的主要依据，设计的质量首先取决于它所依据的地质资料是否完整、可靠和准确。按照规定，编制采区设计之前必须具备经过审批的地质报告书，包括图纸及说明书。因此，在设计开始，应反复阅读和熟悉地质报告，认真分析勘探程度，
12、研究有关地质文件是否满足设计要求，影响生产的主要地质问题是否查明。其内容应包括以下几方面：1.1 采区概况采区位置、范围及煤层赋存情况：采区位于井田内的具体位置，采区上下水平标高；采区走向长、倾斜长；煤系产状，厚度等。与邻近采区及地面的关系：邻近采区开采情况，与本区的关系；采区和地面主要建筑物、河流、池塘、老塌陷坑之间的关系。1.2 采区煤层及其顶底板特征煤层厚度、夹石层及其变化规律：阐明本区煤层数目、煤层可采总厚度、各层煤厚及夹石厚度、煤层和夹石厚度变化规律。煤层顶底板岩性、物理力学性质：着重叙述顶板岩层岩性及其变化规律和物理机械性质，分别叙述伪顶、直接顶和老顶的垮落情况。煤层的间距：各煤层
13、之间的距离、最大最小距离及变化情况。煤层的煤岩类型及物理性质：煤层的构造、特性、韧性、脆性、硬度、节理及矿物杂质的特征。1.3 采区地质构造采区内赋存断层的性质、位置、产状、断距、对煤层的破坏程度，褶曲构造的性质及对煤层破坏影响情况。1.4 煤质、瓦斯、煤尘各煤层的煤种牌号、煤质分析；瓦斯含量；煤的自燃性、自然发火期；煤尘有无爆炸危险，爆炸指数。1.5 水文地质特征采区内含水层的特征及充水条件：地面水系、老塌陷区积水，老塘水对本采区的影响；承压水的水位；采区预计涌水量。不少矿区煤层底板为含水石灰岩层，必须查清其静水位，以便在布置巷道时保持足够的隔离岩柱，预防突水事故；在遇有导水断层时亦应在断层
14、附近留有足够的岩柱或煤柱。岩柱或煤柱尺寸可根据各矿区实际经验或计算求得。1.6 储量计算储量计算的方法和参数（走向长、倾斜长、煤厚和容重等），并将计算结果汇总见表1-1。采区储量计算表。表1-1 采区储量计算表煤层编号水平投影面积/m2倾角/（）煤厚/m容重工业储量/t回采率/%可采储量/t备注合计2 采区生产能力及服务年限2.1 矿井工作制度矿井设计生产能力按年工作日300天计算，每天3班作业，每天净提升时间为14h。炮采和单体支柱机采工作面常用的作业方式为“两采一准”。因有专门的准备班，准备时间比较充足，易于保证回柱工作的安全，矿井设备也有充裕的检修时间。综采工作面可采用“三八”工作制也可
15、采用“四六”工作制，还可以采用“三采一准”的“四班交叉”作业方式。这种作业方式充分利用交接班时间，设备利用率高，既保证出煤时间长，提高工作面单产，又提供充裕的维修准备时间。2.2 采区生产能力及服务年限的计算采区的生产能力应根据地质条件、煤层生产能力、机械化程度和采区内工作面接替关系等因素确定。当采用综采时，一般为90300万t/a；当用普机采时，一般为60120万t/a。各类矿井正常生产的采区个数一般按表2-1之规定选取，但随着高产高效矿井的建设，矿井正常生产的采区数目有逐渐减少的趋势。表2-1 各类矿井采区个数矿井设计生产能力/万t/a采区个数240、300及以上23150、180290、
16、1201260及以下1采区服备年限 为了保证采区均衡生产，采区服务年限应在35a以上才比较合理。采区回采率取： 厚煤层 75%中厚煤层 80%薄煤层 85%3 采煤方法及采区参数3.1 采煤方法选择选择采煤方法时主要考虑煤层的埋藏条件，尤其是煤层倾角、厚度、顶底板岩性及地质构造等因素影响较大。其次也要考虑技术的发展及装备条件，即机械化水平以及生产中的设备供应条件。所选择的采煤方法应满足以下三项基本原则：1）保证安全生产；2）具有较好的经济效果；3）煤炭回收率高。从目前国内外的一些矿井的实践证明，在煤层倾角小于12度的薄及中厚煤层中，若无走向断层，则用倾斜长壁开采具有巷道布置及生产系统简单，对倾
17、斜断层，顶板淋水大，瓦期涌出量大的煤层适应性强，取得了显著的技术经济效果，只要条件适合应积极推广上行或下行的倾斜长壁采煤法。一般采用单一走向长壁采煤法，有条件的矿井可采用对拉工作面。煤矿设计规范规定：要提高矿井的采掘机械化水平，凡能用综采的都要用综采，不适用综采的也要尽量采用高档普采。在一般情况下大型矿井以综采为主，其中条件差的工作面可用高档普采，尽量不用炮采；中型矿井以高档普采为主，条件适合的也可用综采；小型矿井以炮采为主，条件适合的也可用高档普采。随着采煤机械化的提高，掘进机械化水平也要相应地提高，特别要使综掘与综采配套，以保持采掘平衡。3.2 采区参数采煤方法选定后，即应确定采区各参数。
18、1）采区斜长及走向长度在矿井划分好阶段后，其斜长即为已知。为了辅助运输及行人通风方便，盘区上山长度一般不超过1500m，盘区下山不宜超过1000m；若用单筒绞车提升时（），其斜长不宜超过850m。采区走向长度多以地质构造划界，而在不受地质构造限制时，应从技术可能性与经济合理性两方面分析后决定。若从吨煤费用最低的观点出发，可用数学分析法计算最合理的采区走向长度（见采煤学相关内容）。根据世界级我国的实践经验及发展趋势，双翼采区走向长度一般为10003000m。综采区走向长度应适当加大，为减少设备搬家次数，有条件的采用跨上山或石门连续开采。综采区单翼布置时，走向长度一般不小于1000m，当双翼布置时
19、，走向长度一般不小于2000m；高档普采的双翼采区，其走向长度一般为10002000m。对于顶底板松软、巷道难于维护，地质构造复杂或自然发火期短的煤层，以及装备水平低的小型矿井，采区走向长度可适当缩短。2）回采工作面长度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够获得较高的产量、提高效率、降低成本；但工作面过长易导致推进度慢，降低循环率，反而不利于稳产高产。所以在确定工作面长度时应综合考虑地质条件、回采工艺方式、运输设备及管理水平、顶板管理及通风能力等因素的影响，根据矿区的实际经验确定。工作面长度和年推进度规定如下：（1）综采工作面长一般应在15025
20、0m，每个面长尽可能保持一致，年推进度一般为10002000m。（2）普通机采面长一般为120200m，年推进度一般不小于9001200m，对拉工作面其总长度一般为300400m。（3）炮采工作面长度一般为80150m，年推进度一般为500700m。3）煤柱尺寸采区煤柱分为三种，即护巷煤柱，采区隔离煤柱和断层安全煤柱。采区煤柱尺寸与很多因素有关，较难用计算公式准确求得，必须通过现场实际观测和总结现场资料确定。一般可按表3-1数值选取：（1）护巷煤柱表3-1 采区煤柱尺寸煤厚煤柱尺寸巷道类型薄及中厚煤层厚煤层备注巷道一侧/m两巷之间/m巷道一侧/m两巷之间/m水平大巷2030 2550煤层倾角较
21、大时，煤柱宽度还可小些。主要回风巷20左右2030采区上（下）山20左右20左右30402025区段平巷3558这些年来，不少矿区取消了区段煤柱，采用“沿空留巷”或“沿空掘巷道”，不仅巷道易维护，而且煤损少，从而减少了自然发火的可能性，应积极推广。（2）隔离煤柱采区边界煤柱只是为了防止漏风和水、火、瓦斯互相串通，所以一般取10m，采区两侧各留5m。（3）断层安全煤柱为了避开断层破碎带，尤其为了避免断层导水，应在断层两侧留安全煤柱。煤矿把断层分成三类：大型断层（落差大于50m）常做为划分井田的依据，一般要在断层两侧各留30m以上安全煤柱。中型断层（落差2050m）常做为划分采区的依据，一般在断层
22、两则各为1015m煤柱。小型断层（落差小于20m）视具体情况也可不留安全煤柱。4）区段斜长和数目的确定区段斜长定为区段内一般安排一个走向长壁工作面，因此区段斜长就等于回采工作面加区段平巷和护巷煤柱的宽度。区段平巷的宽度为24m，护巷煤柱宽度根据护巷方法可为08m。将区段斜长去除采区斜长，若结果为整数时，即可依此划分区段；若不得整数，则需按与其相近的整数调整工作面长度，以适应沿采区斜长划分为整区段数的要求。联合布置采区内，若因各煤层赋存条件和开采技术条件不同，可能采用不同的工艺方式。在选择共同的合理工作面长度时，对于薄厚煤层的工作面长度，一般以采区内的主要开采煤层为准，兼顾其他煤层，以便取得较高
23、的采区产量和效率。4 采区巷道布置4.1 联合布置采区的类型联合布置采区，实质上是以煤层间的联系巷道代替采区上山。所以煤层间距的大小直接影响联系巷道的开掘和维护工程量与上山开掘和维护工程量的比例关系。若联系巷道的长度和维护量等大于上山的长度和维护量等则联合布置就不一定合算。所以在层间距稍大时一般只共用上山（称为小联合）；若层间距小，则上山和区段集中巷均可共用（大联合）。由于联合布置上山的的开掘和维护量小，煤柱损失小，采区内可布置2个以上回采工作面，生产集中，所以只要条件适宜都应采用。只有煤质差别很大，有煤和瓦斯突出危险，以及受水患严重威胁的煤层，为便于采取相应的技术安全措施才考虑单层布置。4.
24、2 联合布置采区的选定在开采煤层群时，哪些煤层适合于联合布置，以及采取哪种类型的联合方式？要根据具体的地质和技术条件，通过技术经济合理性的全面分析最后确定。1）地质因素煤层间距近时应联合布置，并适当注意各煤层的埋藏条件，如厚度、顶底板岩性、地质构造等，以免在联合布置后给开采带来很大困难。据现场实践证明，一般煤层间距小于2030m时适于采用联合布置；而当煤层数目多、可采总厚度大时，联合布置上、下煤层的总间距可达100m左右。2）技术因素联合布置的煤层数应尽量与大巷布置方式相一致，以充分利用运输大巷。联合布置的煤层数应与采区生产能力及采区接替相配合。若要求采区生产能力大时，则可多联合几层煤以便多布
25、置同时生产工作面；而若采掘关系失调，接替紧张时，则应当少联合几层煤，以缩短准备时间。3）技术经济合理性当联合布置煤层条件较复杂时，应组合成几个技术上可行的方案进行技术比较和经济比较。然后选择技术经济上最合理的方案。4.3 采区巷道布置1）采区上（下）山的位置和数目采区上（下）山一般应当布置在采区储量的中央，只有当回采工作面产量很大，瓦斯、涌水量大时，为解决通风，或跨上山连续推进，才考虑布置边界上山。在薄及中厚单一煤层采区，其上（下）山应尽量沿该煤层掘进，以减少掘进费用并掌握地质情况。而在厚煤层分层开采（多于三个分层）和煤层群联合布置采区中，采区共用上（下）山一般应当布置在煤层底板稳固的岩层中，
26、离煤层的法线距离通常不小于1215m。若煤组下部煤层为薄及中厚煤层，固岩及煤质坚硬，地质构造简单，瓦斯、涌水不大时，采区共用上（下）山也可沿该煤层布置。每一采区一般开掘一对采区上（下）山即可满足运输、通风等方面的要求。只有当开采煤层总厚度很大，采区生产能力很大，或瓦斯涌出量很大时才考虑开掘三条上（下）山。另外，凡是联合布置采区，均应设置三条上山。增设的上山如果服务年限不长，可沿煤层布置，以减少掘进费用，并使之起到探清煤层情况的作用。两上山水平间距一般取2025m，在层位上一般保持两上山有46m的高差，以便于布置区段巷道，而且多使运输上山低于轨道上山。如果采区内涌水量很大，为避免运输上山流水，则
27、应将轨道上山布置低于运输上山的一侧。上山倾角因运输设备不同应取以下数值：串车提升时 25皮带运输时 17（大倾角皮带运输时例外）自溜运输时 箕斗提升时 2）区段平巷的布置煤层区段平巷一般双巷布置（或双巷布置单巷掘进），两巷间留35m煤柱护巷。当留815m煤柱时，为了减少煤柱损失，在工作面回采时，应将上方煤柱回收50%。在围岩与煤质坚硬、瓦斯量小的缓斜薄煤层中也可采用单巷布置，但需采用有效措施维护运输平巷。在煤层倾角小于12时，可采用对拉工作面。在有条件的矿井可以实行无煤柱开采。在开采厚煤层时，各分层平巷的相互位置关系主要根据巷道维护和生产方便安全等方面，按煤层倾角大小选取。在倾角小于1520时
28、，多取内错式布置；倾角大于2025时，多用水平式布置；倾角小于810时，多用垂直式布置。区段共用平巷是为区段内各煤层（或分层）集中出煤和运送设备、材料、回风用。因此多分为运中巷和轨中巷两条；而在地质条件较好时，应尽量采用“机轨合一”；当采用对拉工作面时，共用平巷则用单巷交错式布置。区段共用平巷的位置应布置在受采动影响较小的地点，一般多选在比较坚硬稳定的煤层底板岩石中，其上距煤层的法线距离不小于812m。若煤组中有围岩较好的薄及中厚煤层，也可把共用平巷布置在煤层中，以减少掘进工程量和随时掌握煤层变化情况。3）层间联络巷道的形式与布置层间联络巷道主要是区段共用平巷与煤层或分层区段平巷之间的联络巷道
29、，也包括采区上（下）山与区段共用巷道之间的联络巷。其形式主要根据巷道的用途和煤层倾角和间距确定。（1）用轨道运输的联络巷道应尽量采用石门，只有当煤层倾角小于12时，为减少石门长度和便于维护才用斜巷，其倾角一般不大于25。（2）用做出煤的联络巷道，为减少运输环节和设备，应采用斜溜眼，其倾角一般大于30；在煤层倾角小于12时可用立眼以减少巷道工程量。（3）在共用区段集中巷时，分层平巷与共用平巷间的联络巷道的间距，视运输方式而定；若用运输机运煤时，间距一般为一部运输机长度（150m左右）；仅作辅助运输或回风时，其长度可适当增大。4）采区车场型式采区车场是采区巷道布置设计的重要组成部分，目前运煤上山多用运输机或自溜，运料等辅助运输多用轨道，而车场型式主要以轨道线路的特点划分。（1）采区中部车场在单煤层布置时多用单甩绕道式车场；若两翼平巷标高不同才考虑双向甩车平巷车场。在联合布置采区或采用岩石上山时，多采用单向甩车石门式车场。（2）采区上部车场上部车场有平车场和甩车场两
