前言
根据高职煤矿开采技术专业《采煤毕业设计》设计大纲的编写要求进行了采煤毕业设计。
此次毕业设计内容首先了解采煤工作面的位置及开采范围、采煤工作面与地面相对位置；煤层的赋存情况、围岩的性质对采煤的影响；瓦斯煤尘和自然发火情况的一系列自然情况，同时通过对矿井可采储量及服务年限计算、巷道布置和生产系统、采煤工艺、采区的生产技术管理、采区方法图的设计与绘制的设计使我们更深刻的领悟了本专业的精髓。
通过此次的毕业设计，不仅提供了一个展示自我的平台，使我们对以前所学知识有了更加深刻的理解，而且通过理论知识与实践的结合，又使自己的知识在深度和广度上又上了一个更高的层次。
通过此次的毕业设计不仅让我们认识到了团队精神的重要性，而且锻炼了我们的团队精神。团队精神——不仅是学习文化知识的必要保障，也是在今后的工作当中必不可少的一种精神食粮。无论是一个发展中的企业还是一个即将飞腾的公司都必须要有团结合作的精神。
随着煤炭事业的迅速发展，更多的煤炭开采技术将会推陈出新。这就需要我们在设计中要充分体现设计的科学性、先进性、实用性。马上就要走上工作岗位，这次毕业设计又为将来从事煤炭行业奠定了坚实的基础。“实践出真知”，工作中的种种困难也许会考验我们的理论和实践，但是它会让设计内容更加趋向合理、完善、科学，同时也是考验我们的能力和信心。踏实求知、辛勤工作、总结经验、勇于创新才是合格的煤炭人才的必备的内涵，只有具备了此内涵才能为我国全面建设小康社会提供充足的能源保障，为煤炭事业贡献自已的光和热。
目录
第一章矿井概况 (1)
第一节矿井概况及井田特征 (2)
第二节矿井储量、生产能力、服务年限与工作制度 (10)
第三节井田开拓和主要生产系统 (12)
第二章采区地质概况 (14)
第一节采区自然状况 (14)
第二节采区地质概况 (14)
第三章采区储量、生产能力及服务年限 (17)
第一节采区储量 (17)
第二节采区生产能力及服务年限 (17)
第四章采区方案设计 (19)
第一节采煤方法的选择 (19)
第二节采区巷道布置 (19)
第三节采区车场 (23)
第四节采区煤仓设计 (23)
第五章回采工艺 (26)
第一节回采工艺方式的选择 (26)
第二节回采工艺的过程 (31)
第三节回采工作面生产技术管理 (33)
第四节主要安全技术措施 (39)
第五节各工种安全操作措施 (41)
第六节安全措施 (53)
第六章采区生产系统 (69)
第一节采区运输系统 (69)
第二节采区通风系统 (71)
第三节采区供电系统 (74)
第四节防尘注浆系统 (80)
第五节采区排水系统 (82)
第六节采区压风系统 (82)
第七节采区液压系统 (83)
第七章采区安全技术措施 (89)
第一节一通三防措施与安全监控 (89)
第二节安全措施 (90)
第七章采区技术经济指标表 (96)
参考文献 (97)
第一章矿井概论
第一节矿井概况及井田特征
矿井概况：
金宝屯煤矿位于内蒙古自治区通辽市科左后旗查日苏镇境内，始建于1992年7月1日，投产于2004年6月1日，隶属于辽源矿业（集团）有限责任公司。距国道203线查日苏路段11公里，距平齐线铁路金宝屯车站38公里，距（集团）公司总部220公里，矿区至金宝屯火车站修建了铁路专用线，交通十分便利。
金宝屯煤矿井田面积为37.5平方公里，矿区占地面积16万平方米，地面工业广场建筑面积4.8万平方米，矿井建设总投资6.5亿元。矿井地质储量为10632万吨，可采储量为8254万吨，年设计生产能力为90万吨，设计服务年限为52.9年。经过技术改造，现核定年生产能力为180万吨。
井田区域的煤系地层为中生界侏罗系上统协尔苏组含煤段，煤层形成至今约1.4亿年。矿区内可采煤层为单一煤层，煤质牌号属于长焰煤。煤层赋存深度640米至890米之间，平均埋藏深度765米，煤层平均厚度2.41米。煤层倾角平均为7度，井田开拓方式为立井单水平开拓，井筒建在煤层垄起剥蚀带中。采区分南北两翼，现开采北翼一阶段，其运输和回风大巷均布置在-650米水平，北翼二阶段为开拓准备区。
机构设置：
金宝屯煤矿按照一矿一井的模式设置机构配备人员，全矿现有员工2500人。矿机关设有安全生产部、经营管理部、政治工作部、综合办公室四个职能部室。全矿下设19个基层单位，有2个综采区、1个开拓区、2个综掘区、3个巷修区和11个辅助区队
一、矿井自然情况：
金宝屯矿区位于内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼后旗查日苏镇，勘探范围：东起哈拉乌苏、公司窝棚，西到城五家子、比力吐，南到后布敦花，北至三爷窝棚，南北长9.5公里，东西长8.2公里，面积约为80 K㎡。地理坐标为东经123°18′40″至123°26′18″，北纬43°06′41″至43°10′32″。其中，金宝屯井田的范围：南北到隐伏煤层露头，东，西边界以可采边界为限，面积越为32K㎡。
矿区的交通较为方便，北侧距金宝屯镇35 ㎞，有40㎞专用的铁路线相通，南侧距辽宁康平县48㎞，东侧12㎞协尔苏镇有203国道穿过，矿区以场外公路与其相通，，距四平136㎞，距郑家屯66㎞。西距科左后旗90㎞，乡村之间均有沙路连通，见交通位置图1-1-1。
金宝屯矿区地处松辽平原南缘，属于堆积平原，由于少量的垄状撒、沙丘，丘间洼地个带状的沟谷构成，西北高，东部低，海拔高程122.0～141.8 m，井田中部有一条东西向季性的河流，春冬两季干涸，河流两岸低洼处多为沼泽。
区内年平均温度为5.8°C，一月份最低达-32.2°C，七月份最高达36.1°C。年平均降水量452 ㎜左右，平均风速4.4m/s。
区内经济成分以牧业为主，农业次之，并有少量加工业。
二、煤层赋存状况：
本井田区域内底层主要有元古界的前震旦系、中生代侏罗系和白垩
系及新生代第四系,含煤地层仅侏罗系协尔苏组,上部沙砾岩段平均厚度47.92 m,黑色泥岩灰色细砂岩及砾岩,中部黑色泥岩灰白色砾岩、砂岩为主,下部砂砾岩段平均厚度33.6m灰绿色,灰色砾岩为主,上部有灰绿色粉
砂岩、细砂岩,含煤系数为2.76％。
煤层赋存深度在-500～-890 m之间，煤层在含煤段中部，区内仅有一个复煤层，该煤层全区发育，上部煤质姣好，中、下部以炭页为主厚度在1.8～18.3 m,平均9.71 m。煤层有西向东、由薄到厚，煤层结构由简单变复杂。这个复煤层分三个分煤层，上分层大部分地区可采，煤层厚度为0.35～5.7８m之间平均厚度3.1 m，有西向东上分层煤由单一结构变为复杂结构，煤层由薄变厚，再由厚变分岔变薄。本区只有上分层是可采煤层全区发育。
本井田没有邻近生产矿井，仅根据原始资料无法清楚了解煤质特征及其工业用途。煤呈褐黑色条退为褐色与黑褐色，以沥青光泽为主，此为油脂光泽以亮煤为主，次为暗煤和丝煤，基本上以暗煤和丝煤为主夹细条带亮煤５mm左右，从煤岩类型上属于中亮到暗亮型煤，坚硬呈块状，全区的赋存深度变化交大全区属区域性多质。没有明显变化及特点，可以确定说该区属低多变质烟煤。
三、井田地质构造及水文地质：
全区地层产状比较平缓，向斜构造也比较缓近等轴状倾斜，局部有较大的波状起伏。煤层基本形态以原始沉积形态为主，后期断层较少，断距大部分在50 m以下，断层对煤层影响较小，全区以平缓的背向斜构造为主。区内只有一次岩浆活动，再晚侏罗系初期有一次中性火山岩的喷发与侵入活动。
含水层在该区内有两个：
1、第四系空隙含水层：该层分布广泛而且厚度较大，最大厚度86.15 m，最小厚度64.55 m，平均厚度74.25 m。由粉砂岩、中砂岩组成，少量粗沙，间夹3～４层粘土亚粘土及淤泥质亚粘土、亚砂土等，单位涌水量２.518 L/s*m-1，ph值7.1中性对混凝土具有弱侵蚀性，大气降水及区域径流为补给来源。
2、基岩孔隙裂合水层：该含水层主要埋藏于白垩系地层中，下部及煤系地层沙砾岩中以孔隙式合水为主，次为裂隙水。
断层水：本区构造简单，仅有8条断层，断层落差不大而且又都无断到泉头组，煤系底部砾岩含水微弱，因此构造导水的可能不大。地下水的补给、排泄条件差，本区地下水的补给来源是康平一带。
隔水层：1.下白垩纪部隔水层:本层岩性为泥岩、粉砂岩、细砂岩平均厚度为238 m在全区发育,而且厚度变化不大,较稳定.隔水性能好
2.煤层上部直接顶板隔水层:本层全区发育,,厚度比较稳定,平均厚度为122.04 m岩性为白垩纪泥岩、粉砂岩、细砂岩组成.隔水性能较好.
涌水量:煤层顶板涌出量为110 m3/h,煤层底版涌出量为20 m3/h,主井井筒涌水量为60.2m3/h,副井涌水量为57.2m3/h,防尘水为5m3/h,全矿井实测涌水量为52 m3/h,全矿井排水量为60 m3/h左右.
四、瓦斯与煤尘
揭露煤层前,曾组织打钻孔探查煤层瓦斯附存情况,发现有瓦斯存在,初次揭露瓦斯大,随后瓦斯的涌出量减少;根据资料分析,顶部虽然有泥岩,但分布面积小厚度较薄.而且大部分顶板泥岩为粗砂岩和含粗砂岩所以不利于瓦斯的储存,其瓦斯成分以氧气为主,一般都在80 %以上为甲烷气,二氧化碳少量.因此本矿井属于低瓦斯矿井.
该矿井瓦斯的相对涌出量为4.65 m3/t,绝对涌出量为1.768 m3/t无瓦斯突出,煤层自然发火期为2～3个月,煤层自然等级为Ⅱ级,煤尘爆炸指数为49.04 %.
第二节矿井储量生产能力、服务年限与工作制度
一、矿井储量
矿井地质储量为10632万吨，全矿井可采储量8254.26万吨，储量备用
系数取1.3。
二、矿井生产能力和服务年限
原设计能力为120万吨到2006年验收为180万吨当年生产162万吨到现在生产200万吨服务年限为52.9年
三、矿井工作制度及工作形式
该矿井采用“三八”工作制，采用边采边准的作业形式。
第三节井田开拓和主要生产系统
一、井田开拓方式
金宝屯煤矿采用两立井开拓,分为南北双翼,现今开采水平为单一水平-650 m的北翼采区.井筒位于井田面积中心主井提煤为回风井,副井提材料为进风井筒.主井采用JKM3.25×4巨型塔式多绳摩擦式提升机采用功率1800 KW的交流电动机主井井底标高-674 m深806.5 m井底车场标高-650 m。
二、矿井主要生产系统
通风:金宝屯煤矿采用全风压中央并列抽出式的通风方式,副井如风井,主井为排风井.两个主要通风机采用BD-8-11-028型2×500 KW对旋轴流式,风量可在600～12300之间调节
运输:大巷中用皮带运输输送能力为800 t/h皮带宽1 m,矿车可采用柴油机车牵引.
排水:该矿井在-730处的水泵房用5 KW水泵排到-650水仓排水量为280 m3/h
三、矿井现有采区概况
金宝屯煤矿现有北翼四个采区投产的只有一采区的一个工作面,工作面长200 m.采用带区式开采综合机械化采煤,只采上煤层所以无影响.
第二章采区地质概况
第一节采区自然状况
本采区位于金宝屯煤矿北翼第二采区,走向长2120 m倾斜长度1120 m,采区范围上至-620 m下至-680 m,相邻采区为第一、四采区,由于该矿周边地区为沙漠所以对地面无影响.图2-1为金宝屯煤矿地理位置图。
第二节采区地质概况
一、地质构造
该采区内无断层,陷落柱,火成岩侵入的影响是比较平坦的向斜构造. 二、煤层及顶底板情况
本采区可采用煤层为单一煤层,平均厚度为5 m，倾角平均为4o左右,煤层为西南—东北走向,西北高东南低,瓦斯涌出量为0.1 m3/min,煤层自然发火期为2～3个月,该煤无夹石火成岩入侵的情况,无煤层内失火、分叉及合并情况;煤层顶板为泥岩,厚度为1m层状量冒落底板泥煤劣煤厚为0.8 m层状质软易碎.
三、瓦斯及煤尘
该矿为低瓦斯矿井该采区无煤与瓦斯突出,没的自然发火期为54天易自然,煤尘爆炸的可能性为65%为强爆.
四、矿井水对采区开采的影响
采区回采不波及顶板含水层,底部无含水层,本采区没有出水点,采区内6个钻孔封堵质量均合格回采中为确保安全在距钻孔50 m的范围内应打探眼前进,周围无采空区无小煤矿,该采区无断层所以不影响开采。
图2-1
第三章采区储量、生产能力与服务年限第一节采区储量
采区工业储量：770.8万吨
采区煤柱损失：井田边界留保护煤柱10 m，采区其他边界留10 m。采区内两工作面间保护煤柱10 m，共9个保护煤柱。煤柱损失煤量51.8万吨。
采区可采储量计算：（770.8-51.8）×80%=575.2万吨
年掘进出煤量：1100×3.14×12.25×2.5×1.38=14.6万吨
单工作面年产量：138.6万吨
采区总生产能力：138.6+29.2=167.8万吨
采区服务年限：1070÷167.8=6.4年
第二节采区生产能力与服务年限
根据二种采煤方法设计方案，即倾斜长壁采煤法、走向长壁采煤法，即而产生两种关于采区生产能力和采区服务年限的计算方法。
方案一：倾斜长壁采煤法
采区采用倾斜长壁采煤法，根据煤层赋存条件，可用综合机械化采煤，为单一工作面生产，日产量2359.8t，月产量为7.1万t，年产量为77.9万t，服务年限为5年，设计生产能力为90万t。
采区生产能力计算：
A B=A O=LV O mDrnC O
L----工作面的长度为200 m
V O----工作面的推进度为3.6 m/d
m----煤层厚度为2.5 m
D----工作面作业天数330 d
r----煤的体积密度为1.38 t/m3
n----同时生产的采煤工作面1个
C O----采煤工作面采出率95﹪
A B=200×3.6×2.5×330×1.38×1×95﹪= 77.9万t
采煤服务年限：
T=M可采/A B
M可采----可采储量575.2万t
A B----年生产能力为77.9万t/a
所以采区服务年限为T= M可采/A B=575.2/77.9=7年
方案二：走向长壁采煤法
采区采用走向长壁采煤法，根据煤层赋存情况，选用综合机械化采煤法，双工作面日产量为4719.6t,月产量为14.2万t,年产量为155.7万t,服务年限3.3 年，设计生产能力为180万t。
采区生产能力计算：
A B=A O=LV O mDrnC O
L----工作面的长度为200 m
V O----工作面的推进度为3.6 m/d
m----煤层厚度为2.5 m
D----工作面作业天数330 d
r----煤的体积密度为1.38 t/m3
n----同时生产的采煤工作面2个
C O----采煤工作面采出率96﹪
A B=200×3.6×2.5×330×1.38×2×96﹪= 157.4万t
采煤服务年限：
T=M可采/A B
M可采----可采储量575.2万t
A B----年生产能力为150万t/a
所以采区服务年限为T= M可采/A B=575.2/150=4年
第四章采区方案设计
第一节采煤方法的选择
方案一带区式倾斜长壁采煤法：
采区工作面的长度为200m，斜长为1100m，有9个工作面组成。采用“四六”工作制，及“三班采煤一班准备”作业形式，每班进两刀，截深为0.6m，每日6次循环，日进度3.6 m。
方案二采区式走向长壁采煤法：
采区工作面的长度为200m，区段长为1000 m，两翼开采，每翼分为5个采区。采区由10个工作面组成，采用“四六”工作制，及“三班采煤一班准备”每班进两刀，截深为0.6m。每日6次循环，日进度3.6m。
第二节采区巷道布置
一、初期采区选择方案的确定、工作面数目
由于该采区位于井田中部，所以定该采区为北二采区，此采区内的绝大部分煤量属于高级储量，采区内没有断层，煤层倾角平缓，约4o。采区的开采条件好，对工艺要求比较简单。
根据北二采区的资源条件结合小组讨论和目前综采工作面的实际达到生产能力和管理水平，确定矿井达产时为一个工作面同时开采。即单工作面
现将采区内的巷道布置进行比较
方案一：倾斜长壁采煤法
每个工作面有两条巷道，一条运输斜巷、一条回风斜巷，两工作面之间留有20m的保护煤柱。
见图（1）为倾斜长壁开采巷道布置
优点：
1、倾斜回采工作面的矿山压力显现比较缓和，工作面动压对左右顺槽的影响范围小。因而回采巷道的维护量和维护费用相应地要小些；
2、由于工作面沿倾向推进，在一个带区回采过程中工作面长度可保持不变，避免了因工作面长度变化而增、减支架的装拆和接长或拆短输送机的工序，对充分发挥综采设备的效能，提高工作面产量和效率有利。
缺点
1、左右顺槽斜长达1100 m以上，掘进和回采时输送机设备、材料和人员通行难度大，如用绞车，容绳量也大，斜巷中辅助运输就要俩段接力才能完成。
2、在带区式的特定条件下，绞车房的开拓等巷道多了环节
上述走向长壁开采和倾向长壁开采两巷布置方式经分析比较，虽各有利弊，但在技术上都是可行的
对现在政策加大采区回采率和工作面的统一长度考虑，选择倾斜带区式。
对倾斜带区式中的缺点现将方案补充如下：
关于巷道维护问题：
为了减少综采工作面的搬家次数，北二采区综采工作面的有效斜长为1100 m，两侧的顺槽长度大，维护时间长，维护量大。因此，对于顺槽，除了采用综采、综掘加大采掘推进长度外，顺槽应尽量选用重型的U型钢可缩性支架支护。为提高顺槽的支护效果，通过实践，必要时也可以采取加大支架密度的方法来提高支护效。
方案二本采区在采区中部布置两条上山，间隔20 m，在两条上山之间留设20 m的保护煤柱。运输上山和轨道上山布置在采区中部，运输上山通过煤仓与大巷连接，轨道上山和运输大巷之间开一进风行人斜巷，两个方案中的上山和斜巷均布置在煤巷中。
见图（2）为走向长壁开采采区巷道布置
优点
1、运输顺槽和回风顺槽沿走向掘进，施工比较方便；
2、掘进和回采的材料、设备等辅助运输方式比较简单，用常规的调度绞车等辅助运输设备就可以满足要求；
3、采区内煤的运输和辅助运输由于输送机下山和轨道下山分别与运输顺槽和回风顺槽相连接，均可减少一个环节，相应可以减少运输的设备台数。
缺点
1、回采工作面动压对上下顺槽的影响范围大。（据统计资料：一般影响工作面前方30～60米，而倾斜长壁为20～40米）
2、由于采区边界影响，工作面长度相差大，工作中设备调用复杂。
二、工作面巷道布置及支护方式
金宝屯北二采区综采面煤层在矿井右翼，其巷道布置如图2-4所示，工作面为倾斜带区式，面长初步确定为200 m，倾向推进长度约1100 m，两顺槽均为拱形断面，金宝屯北二采区工作面回采巷道，根据该工作面产量、瓦斯涌出量及通风情况，确定均为拱形断面，回风顺槽底宽3.5 m，高4m，
净断面面积为10 m2；运输顺槽底宽3.5m，高4 m，净断面面积为10 m2。超前支护各20m，梯形断面，回风顺槽底宽4.0m，顶宽3.2 m，高4 m，净断面10m2；运输顺槽底宽4.0m，顶宽3.2m，高4 m，净断面10m2。1．回采巷道支护方式的参数选择
煤层顶底板岩性特征及厚度见图4－1。根据煤及顶底板岩石的力学，该煤层顶板破碎稳定性差，底板松软。因此经可行性研究决定两个顺槽的支护方式都选择U型钢棚支护。见附图：4-2
图2-1：上下顺槽断面支护图
根据工作面所选择的设备，确定开切眼为矩形断面，要求净宽5.5m，净高3m，以满足综放支架的安装与搬家要求。具体施工方法可分两次完成，即先开掘3.8×3m的小开切眼，安装前再扩宽至5.5×3m的正式开切眼。开
切眼的支护方式选择目前广泛采用技术先进的锚梁网支护（图2-2）。2．开切眼锚杆支护参数的确定
1）顶板
采用高强度螺纹钢锚杆，锚杆排距为750mm，间距为800 mm，铺设金属网，相邻网搭接250mm。同时，为确保安全，要求加打锚索，锚索在顶板双排布置，排距1.5～2m，间距3～5m，用聚氨树脂锚固时，内锚固段长度应达到4.0m。锚索安装时应达到一定的预紧力，要求预紧力为100～150 KN。
2）帮锚杆
锚杆排距750 mm，锚杆间距700mm，采用双抗塑料网和钢筋梯子梁组合锚网梁支护。
金宝屯北五采区工作面开切眼锚杆布置如图2-2所示。顶板需7根锚杆，间距800mm，两帮各为4根锚杆，间距700mm，锚杆排距初步确定为750 mm。另外顶板每隔3～5m打一对锚索，确保安全。如图4-3。
图4-3 切眼锚杆布置示意图
图4-1
第三节采区车场
1辅助提升车场线路设计：
采用双道起坡，对称岔道选用DC615-3-9,道岔参数为a=1880,b=2880,σ=18o55＇30〃,用中间人行道，线路中心距取为1800㎜。
⑴斜面线路各参数：
斜面曲线半径R取9000㎜，
对称道岔平行线路连接点长度
L c=a+s1/2×(1÷tanα/2)+Rtanα/4
=(1880+900)/tan9o27＇45〃+tan4o43＇53〃
=8025 mm
(2)竖曲线各参数及相对位置：
高道为重车取坡度i G=37.5％O r G=arctan0.0375=2o08＇51〃
低道为空车取坡度i D=47.5％o r D=arctan0.0475=2o43＇10〃取轨道上山起坡角β=250
高道低道竖曲线两端点高差及水平距离，取R D=12000 mm R G=20000 mm
h G=R G(cosr-cosβ)=20000(cos2o08＇51〃-cos25o)=1860mm
h D=R D(cosr-cosβ)=12000(cos2o43＇10〃-cos25o)=1111 mm
l G=R G(sinβ-sinr)=20000(sin25o-sin2o08＇51〃)=7703mm
l D=R D(sinβ+sinr)=12000(sin25o-2o43＇10〃)=5641mm
高低道最大高差：
H=L HG I G+L HG I D=8000×0.0375+8000×0.0475=680㎜
两竖曲线上端点间距L1
L1=（h G-h D+H）/sinβ
=（1860-1111+680 ）/sin25o
=3381㎜
两竖曲线下端点水平距离L2
L2=L1cosβ+L D-L G=3381cos25o+5641-7703=1002mm
即低道起坡点超前高道起坡点1002mm