采矿工程毕业设计开题报告 - 图文

四川师范大学

本科毕业设计（论文）开题报告

题 目 刘桥二煤矿开采研究与分析 指 导 教 师 李维光 学 院 工学院 专 业 采矿工程 学 号 2012180422 姓 名 李鱼 日 期 2016年1月

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一、选题背景及依据

（一）设计部分 目前，在我国一次能量消费结构中，煤炭占75%以上。煤炭不仅是我国的基本燃料，又是重要的工业原料，电力、钢铁、石油加工、水泥、化学原料五大行业都离不开煤炭，因此，煤炭工业的发展直接关系到国计民生。为使我国能源战略持续稳定的发展，必须稳步高效地发展煤炭工业。 我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一。据不完全统计，己知含煤面积约55000k了，探明总储量在9000亿t以上，居世界前列。自1989年，我国一直是世界第一大煤炭生产国和消费国，煤炭产量占世界煤炭产量的1/4以上，而缓倾斜厚煤层煤炭产量又占我国总产量的40%以上，我国很多矿区赋存有3. 5~6. 0m厚的煤层，这类煤层在邢台、开滦、徐州、充州、淮北、阜新、双鸭山、义马、西山、铜川、阳泉等矿区均为主采煤层。随着市场经济的发展，煤炭工业日趋向大型化、集中化、高产高效方向发展，建设高产高效矿井，提高企业经济效益己成为煤矿企业的基本经营理念，尤其是市场经济的激励机制极大地促进了采煤技术与装备水平的快速发展。我国在引进国外大采高装备技术后，综采工作面日产量可达万吨，取得了举世瞩目的成绩。 据目前国内外开采技术的发展，大采高综采是指采高在3. 5~6. 0m，工作面使用大功率双滚筒采煤机和重型刮板运输机割、运煤，用大吨位液压支架(支架工作阻力、单架支护面积和支架支撑高度大)控制顶板，一次采全高的综采技术。其设备趋于大型化、重型化和自动化，其特点是技术先进、性能可靠、装机功率大、生产效率高。 对于煤层倾角小于30°的厚煤层(3.5~6.0m)开采，大采高综采与综采采煤法相比，具有下列优点:煤炭资源回采率高;煤炭含研率低;回采工作面煤尘、煤的自然发火和瓦斯涌出安全性好;对于3~4m不适宜综采开采的厚煤层，大采高具有工效高、成本低等优点。大采高综采与分层开采相比，具有下列优点:工作面生产能力大，有利于合理集中生产;回采工效和煤炭资源回收率高、巷道掘进率和维护量低;回采工艺和巷道布置简化，综采设备搬家次数少，搬家费用省，增加生产时间;节省材料(人工假顶材料等)和回采成本低等。 高产高效大采高综采生产能力大、回采率高、安全条件和经济效益好，是目前国内外厚煤层(3. 5~6. 0m)开采技术的主要发展方向之一，其优势使得在国内外被广泛采用。但是，经过矿山实践和许多专家、学者多年的现场观测及理论研究发现，大采高综采与一般综采(采高<3. 5m)相比，这种新的回采工艺工作面内支架——围岩系统稳定性差、事故率高，尤其严重的是高架(大采高支架的简称)稳定性事故率高达19%以上，远高于一般采高综采面，高架的咬架、倒架事故直接引发的顶板事故及调整支架的难度、材料和工时的消耗，严重制约了大采高综采效能的发挥。采场支承压力是引起矿山压力显现的重要组成部分，其对开采煤层、顶底板及其作用范围内的煤岩层会产生很大的影响。在支承压力作用下，工作面煤壁前方煤层发生压缩和破坏，相应的部位易出现顶底板相对移动以及支架受力变形等支承压力的显现，主要表现有：回采工作面煤壁片塌、冒顶和底鼓;冲击地压和煤层突出;超前巷道两帮煤壁压缩和片塌。煤层上方若赋存有坚硬岩层，大采高采场垮落的直接顶岩石往 1

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往不能填满采空区，而在坚硬岩层下方出现较大的自由空间，折断后的老顶岩梁难以形成“砌体梁”式的平衡，在其回转运动的过程中，工作面前方的煤体内形成较高的支承压力，并在工作面引起强烈的周期来压。因此，大采高采场老顶来压更为剧烈、局部冒顶和煤壁片帮现象更为严重，支架冲击载荷更为突出，这些都是影响高产高效大采高综采工作面机械化水平的重要因素。回采工作面是地下移动的工作空间，为了保证生产工作的正常进行与矿工的安全，必须对它进行维护。然而回采工作面的矿山压力显现又决定于回采工作面周围所处的围岩和开采条件。因此，为了确保回采工作面空间的安全，必须对回采工作面形成的矿山压力显现加以控制。控制采场矿山压力的基本手段之一是回采工作面液压支架，其是平衡回采工作面顶板压力的一种构筑物，通过液压支架直接地支护直接顶，从而间接地对老顶的活动起一定的控制作用。 因此，要充分发挥大采高综采回采工艺的优越性，以指导矿山生产实践，就必须充分了解大采高综采工作面采场矿压显现特征，全面认识采场上覆岩层的运动规律和采场支承压力分布规律及其煤壁的破坏规律，建立大采高综采工作面煤岩组合力学模型及其控制。其研究为大采高综采技术在我国煤炭行业的推广应用和发展提供有益的实践经验，具有重要的工程实际意义，同时可以丰富和发展矿山压力及岩层控制理论，具有重要的理论意义。 （二）专题部分 1.1大采高综采技术现状 1.1.1国外现状 德国、波兰、英国、俄罗斯、捷克、日本等国从60年代开始就发展采用大采高综采技术。早在60年代，日本曾设计了一种6m采高并带中间平台的液压支架，获得了日本国家设计奖。德国在1970年使用贝考瑞特垛式支架成功地开采了热罗林矿4m厚的7号煤层，德国拥有的大采高液压支架架型包括威斯特伐利亚BC-26/26、赫姆夏特T5}0-22/60、蒂森RHS26-60BL及6320-23/4型大采高液压支架。前苏联采用M120-34/49型掩护式支架、波兰采用POMA22/46型掩护式支架、捷克使用F4/4600型支架作为大采高液压支架。目前，国外厚煤层大采高液压支架的最大支撑高度达7m，采煤机最大采高达5. 4m。各国的生产实践表明，在一些良好的地质和生产技术条件下开采较硬的煤层，大采高综采实现了高产高效、高安全、高回收率和经济效益好的目标。国外一般认为:设备重型化和尺寸加大、煤壁片帮与顶板冒落、高架稳定性、大端面顺槽开掘与支护、采面运输等都是限制大采高综采取得显著经济效益和推广应用的障碍。因此，世界主要产煤国至今仍在积极改进、完善大采高液压支架，并不断进行现场实践和扩大大采高综采的应用范围。 1.1.2国内现状 我国从1978年起，开始试验厚煤层大采高一次采全厚开采方法，至今已取得了长足进步。在神东、邢台、开滦、铁法、西山、徐州、枣庄等矿区得到了广泛推广使用，效益良好。于1978年引进德国赫姆夏特公司6320-23/45型掩护式大采高液压支架及相应的采煤运输设备，在开滦范各庄矿1477综采工作面开采7号煤层，开采效果良好。1985年在西山矿务局官地矿首次进行国产BC520-25/47型支撑掩护式大采高液压支架试验，开采的8号煤层平均厚度4. 5m，倾角小于50，在采高4. 0m及II级3类顶板条件下，支架经历了仰斜、俯斜和斜推使用，综采工作面3个月产煤11. 2万t。1986年我国研制的BY3200-23/45型掩护

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式支架在东庞矿试验成功，1987~1988年东庞矿又与北京煤机厂合作研制了改进型BY3200-23/45型和BY3600-25/50型掩护式大采高液压支架，并成功地应用于东庞矿2号煤层开采。开滦矿务局林南仓矿采用BY3200-23/45型掩护式支架在1182综采工作面开采8-1煤层，支架在煤层倾角6°~38°(平均倾角22°)及II级2类顶板条件下，经历了过老巷、断层和无煤柱等恶劣条件的考验，工作面平均月产煤4万t。西山矿务局官地矿、西铭矿及双鸭山局新安矿使用BC480-22/42型支架，总体效果良好。义马矿务局耿村矿选用QY350-25/47型二柱掩护式支架，并于1987年10月在12061工作面安装投产，总体来看义马煤田厚煤层的工程技术条件能适应4~5m厚煤层综采一次采全高的技术要求。此外，徐州矿务局权台矿在“三软”(顶软、底软、煤层软)煤层，大同矿务局在“三硬”煤层条件下，分别研制了端面支撑力大、底座比压小的ZYR3400-25/47型短顶梁插腿掩护式液压支架及支撑能力大、切顶性能强、整体稳定性好的TZ10000-29/47型支架，大屯徐庄矿在2004年9月开始利用新研制的大采高综采支架回采近距离煤层下组煤。经过10余年的发展，我国研制和生产的大采高液压支架己有10余种架型，支架结构高度最高为5m，支架工作阻力最高达l0MN/架，架型有二柱掩护式和四柱支掩式两种，前梁有挑梁式和伸缩梁式两种，底座有插腿和非插腿式两种，推移机构有长、短框架和带移步横梁的多种，护帮板长度从0. 8m增加到2. 2m。从全国使用情况看，年产逾百万吨的大采高综采队中，最高年产已达170万t，回采工效达87. 9t/工。 1.1.3大采高综采技术发展趋势 采煤机的选型上以宁大勿小为原则。近年来，采煤机的截割速度一直在增加，目前采煤机的截割速度一般在12 ~15m/min，一些新研究开发出来的采煤机的截割速度达到了24~36m/min;截割功率、牵引功率更高更大，总装机功率将超过2400kW。 工作面液压支架工作阻力更高、单架支护面积更大，设计手段更先进，设计使用寿命要大于60000个循环。为满足采煤机截割深度大于1000mm的要求，增加支架顶梁的长度，以维护工作面顶板，防治冒顶;液压支架的宽度有1. 5m和1. 75m两种，从目前看还有加大的余地，支架中心间距可达到2000mm，可以增加大采高支架的稳定性，以满足增加支撑力的要求。随着采高、工作面长度及生产能力的不断增长，工作面输送机链的直径也不断增大。刮板输送机的输送长度达到300m，小时运输量可达到5000t，输送机溜槽宽度、链条直径、总装机功率等都要增加，链条直径达到48mm以上，总装机功率达到3200kW,供电电压可达到4160V。 （三）选题的目的 通过毕业设计要求达到下列目的： 1. 学习、贯彻党和国家的有关方针、政策，学习国家有关的煤矿方面法律法规； 2. 通过毕业论文，将所学的理论知识掌握，并能系统的综合的应用和巩固所学理论； 3. 结合在金庄煤矿实习的内容和收集到的现场资料，进行矿井研究与分析； 4. 通过毕业论文大致掌握矿井开采的方法、步骤和内容； 5. 培养实事求是、理论联系实际的作风和吃苦耐劳的态度，为将来的工作打下基础； 6. 提高编写技术文件和运算的能力，提高运用计算机辅助设计的能力，巩固并加强矿 3

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业工程CAD等软件的运用，全面提高个人的能力。 7. 提高自己采矿专业英语的水平。提高自主查资料的能力，提高文献检索的能力。 8. 使理论更好的结合实际。 （四）选题的意义: 毕业论文能巩固、加深和扩大所学的理论知识，是理论更好的结合实际，通过参观和实习，对矿井各生产环节建立全面的系统概念，补充理论教学的不足，通过实习能增强工人阶级的思想感情，为毕业设计收集有关资料。另外，毕业设计是我们大学课程的最关键部分，是对我们所学课程综合运用能力的训练，是培养我们整体运用所学知识和技能的重要环节，对于培养我们独立分析问题和解决问题的有重要的意义，是整个大学学习过程的自我继续深化和提高阶段。它的实践性和综合性是其他课程所不能代替的，做好毕业论文对全面提高我们的素质具有十分重要的意义。 四、主要参考文献 4

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[1] 徐永忻.《采矿学》.徐州：中国矿业大学出版社，2003 [2] 徐永忻.《煤矿开采学》.徐州：中国矿业大学出版社，1999 [3] 林在康、左秀峰.《矿业信息及计算机应用》. 徐州：中国矿业大学出版社，2002 [4] 邹喜正、刘长友.《安全高效矿井开采技术》.徐州：中国矿业大学出版社，2007 [5] 张宝明、陈炎光：《中国煤炭高产高效技术》，徐州：中国矿业大学出版社，2001 [6] 钱鸣高、石平五.《矿山压力及岩层控制》. 徐州：中国矿业大学出版社，2003 [7] 于海勇.《综采开采的基础理论》. 北京：煤炭工业出版社，1995 [8] 王省身.《矿井灾害防治理论与技术》. 徐州：中国矿业大学出版社，1989 [9] .中国煤炭建设协会。《煤炭工业矿井设计规范》. 北京：中国计划出版社，2005 [10] 岑传鸿、窦林名.《采场顶板控制与监测技术》. 徐州：中国矿业大学出版社，2004 [11] 蒋国安、吕家立.《采矿工程英语》. 徐州：中国矿业大学出版社，1998 [12] 李位民.《特大型现代化矿井建设与工程实践》. 北京：煤炭工业出版社，2001 [13] 综采设备管理手册编委会.《综采设备管理手册》. 北京：煤炭工业出版社，1994 [14] 中国煤矿安全监察局.《煤矿安全规程》. 北京：煤炭工业出版社，2001 [15] 朱真才、韩振铎.《采掘机械与液压传动》. 徐州：中国矿业大学出版社，2005 [16] 洪晓华.《矿井运输提升》. 徐州：中国矿业大学出版社，2005 [17] 中国统配煤矿总公司物资供应局.《煤炭工业设备手册》. 徐州：中国矿业大学出版社，1992 [18] 章玉华.《技术经济学》. 徐州：中国矿业大学出版社，1995 [19] 郑西贵、李学华.《采矿AutoCAD2006入门与提高》. 徐州：中国矿业大学出版社，2005 [20] 王德明.《矿井通风与安全》. 徐州：中国矿业大学出版社，2007 [21] 杨梦达.《煤矿地质学》. 北京：煤炭工业出版社，2000 [22] 刘刚.《井巷工程》.徐州：中国矿业大学出版社，2005 [23] 中国煤炭建设协会.《煤炭建设井巷工程概算定额》（2007基价）.北京：煤炭工业出版社，2008 [24] 林在康、李希海.《采矿工程专业毕业设计手册》. 徐州：中国矿业大学出版社，2008 [25] 杜计平.《采矿学》.徐州：中国矿业大学出版社，2008

二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程 （一）、设计的主要任务： 在毕业设计过程中要完成说明书和图纸两项主要任务： 1、编写毕业设计说明书一份；说明书内容包括：封面，扉页，中英文摘要，目录，正文，外文翻译资料及参考文献。 2、图纸部分包括：矿井开拓巷道布置平剖面图和带区巷道布置图及插图等。 （二）、设计的内容： 1、在了解矿区概况和井田及其附近的地质特征的情况下，按照井田的境界和煤层的 5

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赋存情况首先计算井田的储量； 2、根据所要设计的矿井的年产量和所了解的矿区煤层赋存概况来计算矿井的服务年限及一般工作制度； 3、矿井的开拓系统的设计，其中包括井筒形式及井筒位置的确定、开采水平的设计、采（带）区划分及开采顺序、开采水平与回风水平井底车场形式的选择、开拓系统综述等； 4、在划分了的采（带）区基础上进行采准巷道布置，根据设计采（带）区的设计采（带）区的地质概况及矿层特征，确定采区形式、采区上（下）山或带区的数目、位置及用途，采区区段的划分、区段平（带区斜巷）巷的布置方式、层间或分层间的联系方式，井底车场及硐室，采准系统、通风系统、运输系统（矿物、料等）、充填排水系统及灌浆系统等，还有采（带）区的开采顺序，采（带）区巷道断面尺寸、支护方式、采（带）区准备工程量，采（带）区的巷道掘进率、采区回采率； 5、依据设计层的矿层赋存条件、矿层结构及围岩情况进行采矿方法的选择，工作面长度的确定，落矿机械的选择及回采工艺方式的确定，循环方式的选择及循环图表的编制；再然后是确定建井工期及开来计划； 6、矿井通风、运输、排水三大系统的具体设计； 7、最后是全矿技术经济指标的确定。 （三）、设计的目标： 完成刘桥二煤业5Mt/a的开采研究与分析。 三、研究方案及预期结果

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（一）研究方案： 1、充分了解金庄煤业的地理位置及行政隶属关系。矿区地形地貌；矿区的交通，矿区的气候、气温、风向、风速；雨期及降雨量；冻结期及冻结深度；矿区的勘探程度及开发现状、矿区的地震震级。井田及其附近的地质特征。井田的地层层位关系，地质构造，井田中的地质变动，及它们的分布及位置。水文情况，井田范围内的河流、流量及洪水位等。矿层质量及矿层特征，井田内的矿层及其埋藏条件，走向、倾向倾角；可采矿层的厚度及层间距；各矿层的性质，各矿层顶底板岩石的性质。矿层含瓦斯性、自燃性及含水性。矿层质量牌号、工业分析及工业用途。井田的勘探程度及对勘探的要求。 2、叙述井田走向边界及倾斜方向上的边界，边界的方位及标高，井田走向及倾向尺寸、井田的面积，边界矿柱的留法及尺寸。据此确定井田的工业储量、地质损失、永久矿柱损失量。井田的可采储量及开采损失量。根据所要设计的矿井的年产量和所了解的矿区煤层赋存概况来计算矿井的服务年限及一般工作制度。 3、井田开拓系统的设计：确定井筒的形式、数目及位置。列表说明井筒名称、用途、规格（附井筒断面图）、井口坐标位置及标高、井筒倾角及提升方位角、井筒长度等。确定水平高度及开拓方式，阶段数目及布置方式。水平储量及水平服务年限。设计水平的巷道布置，采（带）区划分及开采顺序的确定。 开采水平与回风水平井底车场形式的选择，其中包括： （1） 井底车场形式、线路布置及通过能力。 （2）硐室的位置、规格尺寸、支护方式。 （3）井底车场工程量。 还有就是：开拓系统、通风系统、运输系统（矿、矸、料、人）及充填、灌浆系统等的设计和移交生产时井巷开凿的位置，初期开掘工程量。 4、设计采（带）区的地质概况及矿层特征：采（带）区在矿井中的位置，邻区开采情况，矿层的赋存条件、地质构造、矿物质量、瓦斯、含水性、发火期等，矿层顶底板岩石性质。采（带）区的范围、工业储量。采（带）区生产能力及服务年限。采区形式、采区上（下）山或带区的数目、位置及用途。采区区段的划分、区段平巷（带区斜巷）的布置方式、层间或分层间的联系方式。井底车场及硐室。采准系统、通风系统、运输系统（矿物、料等）、充填排水系统及灌浆系统等。还有采（带）区开采顺序的确定。采区巷道断面尺寸、支护方式、采（带）区准备工程量的确定和采区的巷道掘进率、采（带）区回采 7

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率的确定。 5、采矿方法的选择：选择各矿层的采矿方法，对重点设计层的采矿方法说明选择的依据。概述重点设计层的矿层赋存条件、矿层结构及围岩情况。按通风条件，落矿机械能力，运输机能力等确定及校验工作面长度。落矿机械的选择及回采工艺方式的确定。循环方式的选择循环图表、工人出勤表、机电设备表、技术经济指标表的计算与绘制。 6、建进工期及施工组织设计：施工队伍的人力配备；井巷施工的机械化程度及施工程序。工程排队及施工组织排队，附建井工程排队接续表。开采顺序及配产的原则；采区及回采工作面接续表、建井工期及矿井增产期。 7、矿井通风：矿井通风方式与通风系统的选择；总风量的计算与风量分配；矿井总风压及等积孔的计算；通风设备的选择；矿井主要扇风机的选型计算；电动机的选择；总耗电量及吨煤耗电量。 8、矿井运输与提升：采区运输设备的选择；运输平巷中运输设备的类型及数量；回风平巷中运输设备的类型及数量。采区上山（带区斜巷）中运输设备的类型、规格及能力（运输上山及材料上山）。主要巷道运输设备的选择，轨距、矿车类型及数量，电机车选型，计算车组重量，确定电机车台数，胶带运输时，则计算胶带各点张力，验算垂度、强度、电动机功率等。选择提升设备的类型及规格；选择提升钢丝绳；．选择及验算提升机；提升机与井筒相对位置的计算；提升运动学及动力学计算：选择提升电动机；计算电能消耗及提升效率。 9：排水：矿井水的来源，正常涌水量、最大涌水量、充填废水量等。排水设备的计算与选择，选择水泵、水管，计算水泵扬程，确定工况点，计算水泵工作台数及总台数；选择电动机功率、台数。计算电耗及吨煤电耗。水泵房设计，水泵房设备布置平、剖面图。水泵房的规格、尺寸、支护方式，吊装设备，与井筒的联接方式。水仓设计，水仓的容量、规格尺寸及支护方式。水仓的清理。 10、技术经济指标：全矿人员编制。包括井下工人，井上工人，管理系统及管理人员，全矿人员；劳动生产率。包括采矿工效，井下工效，生产工人效， 全员效率；成本。包括工作面直接成本，采区成本，全矿成本；全矿技术经济指标。包括可采矿层数及可采矿层总厚度，井田境界、走向、倾向、面积，埋藏量：工业储量、设计储量、设计可采储量，年产量及服务年限，开拓方式，开采水平：水平数目、水平高度、服务年限，井筒；数目、直径、深度，基本建设工程量，三材数量（木材、水泥、钢材）， 建井期限，采矿方法， 8

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