对现代化矿井的采掘运装备及巷道布置的儿点体会.pdf

对现代化矿井的采掘运装备 及巷道布置的儿点体会 重庆煤炭设计研 究院 七十年代中期我国煤矿开始引进使用综 采设备以来 , 先后经历过采掘 一运 系统不配 套 , 掘进落后 于采煤 , 运输落后于采掘 , 传 统的巷道布置不能适应现代化采掘运生产工 艺的要求等种种矛盾 , 在设计和实践中面临 着不 少新的问题 。 随着综合机械化装备水平 的提高和生产发展 , 要求我们必须在设计思 想上突破传统的框框 , 在现代化矿井设计中 除了要根据矿井具体条件配套选择最适合的 采掘运设备外 , 还必须在矿井开拓与采区巷 道布置设计中为这些装备的合理使用准备最 有利的生产条件 , 使先进的装备在生产中充 分发挥作用 , 并取得 良好的经济效益 。 现就我们在贯彻原煤炭部 “ 改革矿井开 拓部署 ” 和 “建设现 代化矿井的决定 ” 以 来 , 就设计中所作的一些探索 , 谈谈我们的 体会 。 一 、 两部设计的简介 。 水峪矿井扩建设计改革概况及比较 水峪矿井属汾西矿务局 “七五 ” 期间进 行扩建的生产矿井 , 原设计生产能力万 , 扩建后生产能力 为万 。 矿井扩区 一旺家垣井田位于现生产区水峪井田以南 , 井田东西宽一 , 南 北长 , 面 积气含煤地层为石炭二叠系太 原群 , 煤层距地表深 度一 , 有可采储量 亿吨 , 煤层走向近 于南北方向 , 倾向东 , 倾角 。 。一“, 地 质 构造简单 , 短 轴褶曲发 育 , 主要可采煤层有三 层 , 号 煤 层 采厚 一 , 平均 , 直接顶板为坚硬 的石灰岩 , 厚度一 。 底板为泥岩 , 厚度也是号煤层顶板 , 号 、 号 煤层合并为一 层 , 采厚一 , 平均 , 底板为粘土质泥岩 。 年我院在水 峪矿井扩建设计中 , 采用斜井与底板岩石大 巷方式进行开拓 , 主井为胶带斜井 , 副井为 串车斜井 , 主要运输大巷布置在煤层底板奥 陶系石灰岩中 。 大巷采用架线式电机车和 吨底卸式矿车运煤 , 采区内采用胶带运煤 , 由采区煤仓装车运往井底车场 , 辅助运输采 用吨固定矿车运输歼石 、 材料和设备 , 人 车输送人员 。 扩建井达到设计生产能力时共 布置二个采区五个采煤工作面 , 其中号煤 层布置三个高档普采工作面 , 号 、 号煤 层分两层开采 , 在上分层布置二个综采工作 面 , 见 图 。 年原煤炭部将水峪矿井列为第一批 现代化矿井以后 , 我们对扩建井采掘运系统 设备选型进行了全面的分析 , 认为号煤层 直接顶板岩石具有乳状结 核顶板凹凸不 平 , 不适合采用综采 , 只需在现有高档工作 面单体液压支柱基础上增加切顶柱 , 将号 煤层综采工作面的一型四柱支撑掩护 式支架改为带铺底网的一型 四柱支撑掩护支架以外 , 主要存在的间题是 掘进与运输设备选择 。 在掘进方面鉴于大同大斗沟矿引进美 国乔依公司连续采煤机和梭车 , 、 两年平均年掘进煤巷 , 并创造 月进全国纪录的成功经验 , 以及连续 采煤机具有工艺简单 , 机动灵活 , 掘进巷道 就是出煤 , 可实现采掘合一 , 工效高 , 管理 简单等突出优点 , 另外 , 水峪矿井煤层顶板 条件也适合于使用连续采煤机 。 因此 , 我们 歹产 凳 选选鱼塞 尸广 广 已户一二二二二二 一一吞‘ 只只一 严醚醚 工工工一一门 门门门门门门门门门门门门门门门 一一一 了 一一可马 马 尸尸尸尸尸 一 , 户 一 碑, , 毛宾‘ 一三一一 刊 一 ‘ 叫叫叫叫叫叫 一一一一一 一一 户户厂 厂厂 叫‘‘ 甲甲甲 、、、、 「「牙荤荤荤荤 誉誉誉誉 诵诵诵诵诵诵 江江忘忘 加风碱州州了 一 ‘‘‘‘ ,一 一叫叫卜 一 ,‘‘子斗 斗斗斗斗斗 卜 职蹄面 面匕一 尸 产 二二 叼叼叼叼 醚政复复粤迩粉丫 丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫 、、、、、 一一逸缓巧了 了肺 一 份 。 偏 、漏 漏 , 很互二育而刹寸 一一八 八 夕夕夕 刁场一月 月卜 尸 一 下下下下下 卜卜灌 灌 、、、 一、 、 下下 宫宫宫宫宫宫宫宫宫 图设计改革前巷道布置示意图 在设计改革方案中提出采用连续采煤机分组 ‘每组采区顺槽为三条 掘进采区煤巷的方 案 。 根据水峪扩建井的条件 , 采用三套连续 采煤机及其配套的梭车 、 锚杆机 、 爬地胶带 输送机等用作准备采区巷道 , 不再配备其它 煤巷掘进设备就可满足采掘接替的需要 。 这样 , 矿井建设中只要 井 简 、 井底车 场 、 主要运输巷道 、 总 回风巷与风井贯通以 后 , 通风和运输系统一旦构成 , 矿井就可以 提前移交生产 , 采区顺槽可全部交由连续采 煤机掘进 , 既加快了建井速度 , 早 出煤 , 又 可减少采区顺槽巷道的投资 。 此外 , 三台连 续采煤机同时掘进煤巷 , 掘进煤量可抵一个 高档采煤工作面的产量 , 因而可以减少一个 采煤工作面的装备费用 。 但这 一方案目前尚 无国产连续采煤机 , 而从美国引进的设备体 积过大 , 在供电频率 、 电压 、 防爆标准等方 面不 适合我国煤矿具体情况 , 且引进设备投 资太高 , 因此 , 经 审定仍采用 国产综掘机和 普掘设备 , 只将掘进工作面运输由过去矿车 运输改为胶带运输 , 少量岩巷及半煤岩巷的 岩石掘进改用液压凿岩机 。 取消了原设计矿 井压风系统 。 在运输方面采用 矿车运输系统具有同 时能运煤和辅助运输的任务 , 设备投资省 。 在大巷运输距离较长 的 条件下 , 运输费用 低 。 能较好地适应巷道弯曲和产量变化的不 利运输条件等优点 。但也存在着运 输不连续 、 环节多 、 调车复杂等一些较大的问题 。 由于井筒提升和大巷 、 采区运输方式的 差异 , 为满足运输能力 的需要 , 加快煤的装 卸车速度 , 设计 中采用了环形井底车场和采 区装车站 , 为此需要开拓大量的岩石巷道和 碉室工程 。 采用矿车运煤 , 对巷道的坡度要 求十分严格 , 大巷坡度一般为编左右 , 在近 水平或缓倾斜煤层条件下 , 通常是在煤层底 板岩石中开凿运输巷 。 为了连接运输大巷与 采区巷道 , ‘ 还需要布置斜穿底板岩层的辅助 运输上 山倾角为 ” 及上下车场以通往 煤层运输顺槽 。 可参见水峪扩建井设计凌革 前后井巷工程量比较表见表 。 在我国煤矿中 , 井下辅助运输多年来一 直是一个薄弱环节 , 过去一直使用矿车运 输 , 水平线路多采用 电机车牵引 , 倾斜线路 采用绞车牵引 。 为了适应煤 层褶曲 起伏变 化 , 往往需要在岩层中开凿大量的平巷和上 峪矿井扩班设计改革前后 井巷工程份比较表表 工程类别 卜 竺生生竺壑蝉旦里塑竺色 批准概其中批准概 其中井巷其中 纂馨割 岩巷 纂馨割 岩巷工程岩‘ 量量 ’“理 竺 井筒 井底车场及 桐室 主要运输道 及总回风巷 采区 供电及排水 一一 一一 一一 下山 。 沿着煤层布置 的采区运输巷道随着煤 层变化而上下起伏 , 生产中不得不采用多台 小绞车接力或对拉牵引 矿车运输 。 调查表 明 , 水峪矿井下配备的小绞车共有台 , 柳 湾矿则多达台 , 我们在水峪扩建井设计中 配备的各种型号的小绞车近台 , 这使得井 下运输环节多 , 工人劳动强度很大 , 占用人 力多 。 且随着采掘机械化程度的提高 , 设备 数量增多 , 采区尺寸加大 , 当综采工作面搬 家时 , 搬迁周期就长 , 对生 产 的 影响就 很大 。 通过对煤流运输和辅助 运输问题的分 析 , 考虑到水峪扩建井井田面积不大 , 运输 距离不长 , 煤层倾角平缓的条件 , 在设计改 革方案中将煤流运输系统全部改用胶带运输 系统 。 从主斜井井筒到采区集中运输巷 , 根 据运输能力计算选用 、 型钢绳芯强 力胶带输送机 , 采区顺槽选用可伸缩落地架 胶今输送机 , 实现了全井运煤系统连续化运 输 。 由于号煤层底板粘土质泥岩有底鼓现 象 , 故井下辅助运输则选用柴油机车牵引的 单轨 吊系统 , 从井底车场到采掘工作面 , 经 过运量和牵引力计算 , 选用台一 。 马力型机车及相应的配套设备 。 根据以上所选用 设备的特点 , 按照 “ 多 做煤巷 , 少做岩巷 ” 的原则 , 结合主 、 副斜 井已掘进到井底 十 水平 , 井底车场部 分巷道已施工的实际情况 , 重新布置井下运 输系统巷道 。 首先取消了水平东西 两条布置在底板岩石中的运输大巷 , 结合水 峪生产井以后延深到二水平生产时的需要 , 统一布置胶带运输系统的巷道 , 使其将主斜 井与采区的胶带系统连接成一体 , 其次 , 按 照单轨 吊运输的要求 , 简化井底车场和响室 布置 , 取消采区装车站 , 保留 十 运输 石门改作单轨吊运输石门 , 再次 , 取消由大 巷至采区各区段间作辅助提升的轨道上山 , 平行于采区集中胶带巷 、 采区回风巷 , 在 号煤层中增加一条单轨吊运输巷 , 并以倾角 为 “, 的单轨吊上山与单轨吊石 门 相连接 , 使从井底车场至采区采掘工作面构 成完整的单轨吊运输系统 。 经过改革后的巷 道布置及运输系统 , 实现了矿井煤流运输连 水峪矿井扩班设计改革前后 运抽系统设备费用 比较衰裹 一 改革后 顺 序 设备名称 投资 万元 顺 序 设备 名 称 投资 万元 架线式电机车 、 矿车及信号 主斜井胶带 长度减短 。 井底车场装载 胶带及配电 。 水 平石门胶带及 配电 。 井底卸载站及 推车机 、 翻车机 东集中运输 巷胶带及配电 。 采区上 山绞车 及 配电 、 信 号 台 。 单轨吊运输 车辆 、 轨道 、 信号 。 材料上山绞车 及 配 电 、 信号 台 。 井筒 、 井底 车场铺轨及道 岔 。 调度绞车及配 电 、 信号台 。 铺轨及道岔 。 。 合训 。 叫 坐达 尸 牛八 于二 二二号辨 辨 味味泛 一一厂 厂下 飞飞 于于一 一 一一 ,, ,忿之孔生 一一一 洲洲 尸弋州州 、尹尹 一一了 一厕币 币⋯ 刀一 二二二二二二二乙乙 一一 一、」」 爪爪一、 一一 月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月 ⋯⋯⋯ 厂厂卜 , ,琴讲面一一 一二 端端⋯⋯日日匕匕乡抓 、州 州州州州州州州州州州州州州州 、 声声 爵赢藉藉 ⋯⋯ 叫叫叫叫叫叫叫 只只 恤 石夕声声声声声声声 厄厄厄 餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐餐 恤恤砚礴猫型 型型型型型型型纂纂纂 止止止止止止止止止止止止止止止止止止止止止 、、、、 一一一洲 十,叫 叫叫叫叫叫叫叫叫叫 卜卜卜琅 琅 图设计改革后巷道布置示意 图 续化 、 自动化 。 从而提高矿井生产效率 , 初 具现代化矿井的面貌 。 矿井设计改革后的巷 道布置 , 见图 。 经过改革后 , 矿井井巷工程量 从原设计 的下降到 , 共 减少巷 道 , 其中减少岩巷 , 改革前后 井巷工程量比较见表 。 井巷工程总投资从 原设计的万元下降到万元 , 减 少投资万元 。 矿井运输系统设备包 括铺轨投资从原 设计万元增加到 万元 , 增加投资万元 , 改革前后 运输系统设备投资比较见表 。 用井巷工程 减少的投资与设备增加的投资相抵 , 还减少 投资 。 万元 。 。 交子里一号井设计概况 交子里井属汾西矿务局所辖 , 井田面积 砰 , 地质构造简单 , 倾角平缓一般为 “ “, 煤层埋藏浅 , 储量丰富 , 共有可采储量 近亿 , 有可采及局部可采煤层层 , 上 煤组 、 ‘ 、 号煤层薄 , 仅在井田西部局 部范围内可采 , 储量占全井田的十分之一 , 但煤质好 , 是目前国内较为紧 缺的低硫肥 煤下煤组 、、 号煤层 为中厚及厚煤 层 , 平均总厚度 。 , 储量占全井田的十分 之九 , 为中 、 富硫肥煤和焦煤 。 上下煤组间 距 一般在以上 。 由于煤质 、 煤层开采技 术条件和开采方法上的差异 , 上下煤组分别 建井 。 我们在交子里矿井可行性研究中以下 煤组煤层为主要开发对象 , 在对外运输条件 最有利的井田南部西泉河北岸阶地选择井口 及工业场地 , 矿井设计生产能力万 , 采用斜井分区开拓 , 分期建设 。 为了改善矿 井选煤 厂洗精煤质量 , 提高企业经济效益 , 对位于井田北部分区的上煤组煤层也同时进 行开发 。 为了满足国内钢铁工业的 需 要 , 贯彻 年全国煤炭厅局长座谈会 议 的精神 , “ 要抢建一批煤种好 、 投资少 、 见效快‘建 设周期短的小型矿井 ”。 针对交子 里井田最 北部分区的号煤层的条件 , 编制了交子里 一号井方案设计 , 设计中探索了引进连续采 煤机 , 建设先期小井 , 以争取获 得较好经济 效益的可能性 。 设计根据公路运煤的条件将 井口选择在井田北端的庄里村附近 , 号煤 层平均厚度左右 , 距 地表深度 , 采 用一对斜井开拓 , 以下山方式进行开采 。 在 采煤方法和巷道布置上 , 曾以长壁式综采与 连续采煤机开采两种方式进行比较 。 由于在 薄煤层条件下 , 长壁式综采工作面单产低 、 设备多 、 投资高要求开凿的巷道断面大 , 巷道 卧底 要掘进大量岩石 , 增加了井下辅助 运输的复杂性而采用连续采煤机采煤 , 则 具有工艺简单 、 采掘合一出煤快 、 建井工 期短机动灵活 、 管理简单 、 生产效率高等 突出优点 。 虽然煤层回采率较长壁式开采略 低 , 但据资料介绍 , 经过巷采和柱采 , 回采 率也可达 一 , 因此认为成套引进薄煤 层连续采煤机设备 , 作为交子里井田先期开 发建设的试点 , 矿井定能获 得好 的经济 效益 。 交子里一号井设计生产能力为万 , 主斜井倾角为 。, 长 , 胶带运煤 , 副 斜井倾角为 “, 长 , 以胶轮车作辅助 运输 。 井底车场及主要大巷均沿号煤层布 置 。 大巷按平行的五条巷道为一组 , 胶带运 输大巷居中 , 两侧为两条辅助运输巷 , 采用 胶轮车作单向运输 , 最外侧是 两条总回风 巷 。 首采区布置在大巷的两侧 , 分条带布置 回采区段 , 条带每翼长度为 , 回采工 作面长 。 区段顺槽按平行的三条巷道为 一组 , 布置胶带巷 、 辅助运输巷 、 回风巷各 一条 。 全矿井采用三套连续采煤机和梭车 , 布置两个壁式回采工作面采用汪格维利采煤 法进行回架 , 一个巷采工作面 , 大巷掘进采 煤时 , 巷宽 , 煤柱 宽 这 中心 距顺槽掘进采煤时 , 巷宽 , 煤柱宽 中心距 。 为了使巷道便于行人 , 满足行人高度的要求 , 又要尽量减少井下掘 进歼石 的辅助运输量 , 设计中只将胶带运输 大巷 、 胶带中间巷和一条辅助运输大巷采用 巷道卧底宽面掘进 , 掘进的歼 石堆弃于巷 旁 。 巷道及采场支 护主要采用锚杆 。 矿井设计采煤工效率为井下 工人效率 , 全员效率 。 全矿井 共有职工人 。 矿井井巷工程 , 建设 总投资万元 , 吨煤投资元 , 原 煤成本元 吨 , 建井工期年 。 二 、 几点认识和休会 改革巷道布置 , 扩大胶带 输送机的 使用范围 过去 , 在设计选择大巷运输方式时 , 由 于受到胶带运输和电机车运输生产经营费用 指标的影响 , 通常认 为当 煤炭运量在 万以下或运输距离在以上者 , 由于 胶带运输设备投资多 , 运输费用高 , 而往往 都采用矿车运输 。 即使在井田面积较大的大 型矿井中 , 也仅限于在靠近提升井筒 附近几 个采区的大巷中 , 过渡性 地使用一段胶带运 输 , 而永久性运输系统仍然是 电机车和大容 量底卸式矿车运输 , 而对这种运输方式所带 来的一些问题则往往认识不 足 。 例如 , 在矿 井建设期间 , 必须开凿岩石运输巷道 , 在矿 井生产期间每年仍要掘进大量岩石巷道 。 习 惯认为开凿岩石巷道 , 不仅有利于采用电机 车和大容量底卸式矿车运输 , 还可以缓和采 场压力 , 有利于大巷维护用轨道运输系统不 仅可以用于运煤 , 还可以兼顾辅助运输 。 认 为这是一种经济的 、 理想的大巷运输系统和 巷道布置方式 。 由于胶带和 电机车运输生产经营费用指 标中未包括辅助运输和巷道投资折旧 , 当井 下辅助运输和巷道布置方式发生根本性的变 化以后 , 用原有的费用指标计算比较的运输 费用 , 就不能客观地 、 真实地反映变化后的 经 济效果 。 通过水峪扩建井比较 , 使我们认 识到大巷采用胶带运输 , 并沿煤层布置主要 运输巷道 , 可以使矿井减少大量的井巷工程 和投资 , 少开拓许多岩巷 , 使得生产中开拓 接替更加易于进行 , 减少大量的掘进砰石运 输 , 简化了矿井运输系统 , 实现 连续化运 输 , 为矿井高效率的生产创 造了良好的条 件 。 因此 , 在构造简单的近水平和极缓斜煤 层条件下 , 无论是中小型矿井或井田面积较 大 , 运输距离较长的大型矿井 , 在确定大巷 运输方式时 , 设计中都应 当首先考虑采用胶 带运输机的可能性当然还需要经过运输方 式和巷遣布置的方案论证 , 并证明其方案的 技术经济的合理性 。 。 采取有效措施减少辅助 运 输量 , 是 实现辅助运输机械化的关键 按照水峪扩建井的原设计 , 经统计 , 在 矿井辅助运输量中 , 掘进研石量约为煤产量 的掘进煤量约为材 料 、 设备辅 助运输量约为以及矿井效率 低 , 需要 运送的人员多 。 以上这些辅助运输任务量已 相当于一对 中型矿井井下的总运输量 , 而选 用柴油机车牵引的单轨 吊运输 , 由于受到运 行速度 和承载能力 的限制列车运行速度不 超过 , 车组总重量不超过吨 , 要担 负这样的运量是很困难的 。 故首先要改革巷 道布置 , 将主要运输巷道包括胶带运输巷 和单轨吊运输巷改为沿煤层布置 , 仅号 煤层顺槽卧底掘进有少量研石 , 其砰石量约 为矿井煤产量的 , 若采用宽面掘进方式 , 将卧底歼石充填于巷旁 , 则可作到井下基本 上没有研石运输其次 , 掘进煤全部改 由胶 带运输 , 实行分流运输再次 , 巷道支护采 用型钢拱形金属支架和锚杆支护 , 进一步 降低了支护材料的运输量 。 通 过上述措施 后 , ‘ 井下除上下班时运送人员以外 , 每天辅 助运输系统的运输量约下降到一 , 为采 用柴油机车单轨 吊辅助运输创造了条件 。 为了提高矿井运输效率 , 减少辅助运输 设备类型和数量 , 在矿井设计中 , 一般情况 下最好不 同时使用两种辅助运输设备如采 区内使用单轨 吊或卡轨车 , 大巷 中使用齿轨 车或电机车 。 建议建设 一批装备连续采煤机的高 效率试点矿井 , 尽快开发试制连续采煤机系 歹组 产品 近几年来 , 已有儿部带有试验性的成套 使用连续采煤机的矿井设计出现 , 如山西省 川底 、 屯村 、 交子 里一号井等设计和美国固 本公司为陕西省黄陵一号井作的设 计 。 这些设计的特点是 斜并井筒均由煤层浅部或沿煤层 露头向下开拓 , 主要运输巷道及采区准备巷 道均沿煤层掘进 , 基本上没有岩石巷道 。 因 此井筒短 、 见煤快 , 开工后很快就出煤 , 建 井过程就是煤炭产量逐步增长的过程 。 具有 建井快 、 多 出煤 、 早达产的特点 。 连续采煤机成套设备与长壁综采 设备比较 , 有掘进和采煤两种功能 , 掘进巷 道就是采煤 , 建井期间巷道掘进费用直接进 入采煤成本 , 从而减少了井巷工程的建设投 资 , 因而矿井设计总投资省 。 井下采掘运系统简单 , 环节少 , 管理 与维修人员少 , 每套机组每班只需配备 一人 , 因而生产效率很高 。 上述几对井 设计全员工效为一 。 矿井生产效率高 、 定员少 , 有利 于改革管理体制 。 适当简化地面设施 , 使得 工业场地布置集中紧凑 , 联系方便 , 减少占 地和压煤 。 投资收益率高 、 偿还快 , 投资偿 还期一般在一年 。 从以上几部设计来看 , 在某些条件适合的矿井中 , 成套使用连续采 煤机实行房柱式或短壁式开采也是建设现代 化矿井的一条新的途径 。 此外 , 还可以利用 连续采煤机开采长壁工作面不易开采的边角 煤 , 回收报废采区或矿井的煤柱 , 回采村庄 下积压的煤炭根据国外资料介绍 , 只进行 巷采 , 回采率控制在以下 , 地面一般不 会发生破坏 。 我国是一个煤炭生产大国 , 煤田类型 多 , 自然条件差异很大 , 开采工艺也应当是 多种多样的 , 在优先发展长壁式综采为主的 采煤工艺情况下 , 建设一批用连续采煤机房 柱式或短壁式开采的高效率矿井作为试点更 具有改革的积极意义 , 此外 , 应尽快开发试 制出切合我国煤矿具体条件的连续采煤机系 ’ 列产品 , 为建设更多的 、 多层次的现代化矿 井提供优质高效 的先进的技术装备 。 供稿徐今立