SHEN3采煤方法和采区巷道布置.doc

3采煤方法和采区巷道布置 3.1采煤方法工艺方式 3.1.1确定采煤工艺方式 根据盘区地质条件及煤层特征，可选择分层综采工艺、放顶煤工艺和一次采全高回采工艺，各有优缺点，下面进行比较 1. 分层综采工艺的特点 优点 分层综采工艺技术成熟，设备类型齐全性能完好，操作方便，管理简单，可选出适应各种条件的采煤设备；液压支架及配套的采煤机设备小、轻便，回采工作面搬家方便。采高一般为2.0-3.5m，回采工作面煤壁增压小，煤壁稳定，生产环节良好；工作面采出率高，可达到93-97以上。 缺点 巷道掘进较多，万吨掘进率低；工作面单产低，单产提高困难；开采投入高，分层开采人工铺网劳动强度大，费用大；加剧接替紧张的矛盾，需要等到再生顶板稳定后才可采下分层。 2. 放顶煤工艺 优点 有利于合理集中生产，实现高产高效，单产和效率高，具有显著的经济效益；巷道掘进较少，减少了巷道的维护工程量，同时生产也相对集中；工作面搬家次数少；对地质条件、煤层赋存条件有更大的适应性； 缺点 煤损多，工作面回收率低；煤尘大，放煤时煤和矸界线难以区别，使得煤炭含矸率提高，影响煤质；自然发火、瓦斯积聚隐患较大，“一通三防”难度大 。 3. 一次采全高工艺 优点 工作面产量和效率高；巷道掘进较少，减少了巷道的维护工程量，同时生产也相对集中；万吨掘进率高；工作面搬家次数少，节省搬迁费用，增加了生产时间；材料消耗少。 缺点 煤炭损失大，对于煤厚比采高大的煤层，一次不能采完；控顶较困难，煤壁容易偏帮；采高固定，适应条件单一。 比较上述3种回采工艺的特点，分层开采综合经济效益差，不利于矿井实现高产高效，初步确定选择放顶煤或一次采全高的回采工艺较合理。结合矿井实际条件，瓦斯涌出量大，采用放顶煤工艺工作面瓦斯易超限，煤质硬度较大，顶煤放煤困难，且放顶煤回采率低，本煤层平均厚5.3m，采高5.2m，工作面回采率比放顶煤要高很多。故确定工作面采用一次采全高回采工艺。后退式自然跨落法采煤。 3.1.2回采工作面破煤、装煤方式 工作面采煤机螺旋滚筒完成破煤、装煤过程，部分遗留碎煤由输送机上的铲煤板来装入溜槽。结合矿上实际使用情况，工作面选用德国艾克夫公司生产的SL500电牵引采煤机，德国DBT公司生产的PF4-1132型刮板输送机。双向割煤法，即采煤机往返一次为两个循环。采煤机及刮板输送机技术特征见表3.1、3.2。 1.进刀方式采用端部斜切割三角煤进刀。 进刀方法机组割透机头（机尾）煤壁后，将上滚筒降下割底煤，下滚筒升起割顶煤，采煤机反向沿溜子弯曲段斜切入煤壁；采煤机机身全部进入直线段且两个滚筒的截深全部达到0.865米后停机；将支架拉过并顺序移溜顶过机头（机尾）后调换上、下滚筒位置向机头（机尾）割煤；采煤机再次割透机头（机尾）煤壁后，再次调换上、下滚筒位置，向机尾（机头）割煤，开始下一个循环的割煤，割过煤后及时拉架、顶机头（机尾）、移溜。机组进刀总长度控制在50米左右。（进刀方式如图3.1） 图3.1采煤机斜切进刀示意图 表3.1采煤机技术特征 项 目 单 位 数 目 型 号 SL500 制造厂家 德国 艾克夫公司 采 高 m 2.7～5.2 截 深 m 0.865 滚筒直径 m 2.7 截割功率 kW 2750 牵引方式 电牵引 牵引速度 m/min 0～31.8 牵引功率 kW 290 机面高度 m 2.2 卧底量 m 0.625 生产能力 t/h 4000 表3.2刮板输送机技术特征 项 目 单 位 数 目 型 号 PF4-1132 制造厂家 德国 DBT公司 生产能力 t/h 2500 运输机长度 m 215 电压等级 V 3300 总装机功率 kW 1400 链速 m/s 1.28 中部槽尺寸 mm 17561332353 3.1.3回采工作面支护方式 1.支架选型及布置 回采工作面支护采用液压支架支护，根据工作面顶底板岩性及煤层厚度、采高等条件，并参照矿上实际使用情况，选用德国DBT公司生产的二柱式掩护支架及其相配套的端头支架。从工作面机头到机尾分别布置端头架4架，中间架118架，端头架3架，共计125架。支架技术特征见表2.3。 表2.3支架技术特征 项目 单位 数目 型 号 DBT－Schitd 255／550 24319 型 式 二柱支撑掩护式 支撑高度 m 2.5～5.5 支架宽度 m 1.61～1.82 中心距 m 1.75 初撑力 kN 22944 工作阻力 kN 8638 支护强度 MPa ≤1.1 泵站压力 MPa 31.5～35.7 支架重量 t 27.5 支护面积 m 8.85 支架最大长度 m 7.515 制造厂家 德国DBT公司 3.1.4回采工作面正规循环作业 1.劳动组织形式 劳动组织以采煤机割煤工序为中心来组织拉架、移溜、清煤等工作，即采用分工种追机平行作业，以充分利用工时、空间，充分发挥综合机械化效能。工作面为一次采全高，设计采高为5.2m，工作面沿底板推进，机头、机尾各10米随巷道顶底板平缓过渡。循环进度0.865m。根据后面通风设计回采工作面风量计算，遵循以风定产原则。采用“四六”制作业（一个班检修，三个班生产），均执行现场交接班制，每班有效工时为六个小时。 循环方式为生产班进2个循环，日进6个循环。 24小时正规循环作业图表，见采煤方法图。 劳动组织配备表见表2.4。 表2.4劳动组织配备表 班 次 定 员 生产一班 生产二班 生产三班 检修班 采煤机司机 2 2 2 2 8 移架推溜工 2 2 2 2 8 工溜 司机 1 1 1 1 4 转载机司机 1 1 1 1 4 泵站 司机 1 1 1 1 4 皮带 司机 3 3 3 12 21 端头维护工 3 3 3 4 13 清 煤 工 2 2 2 6 看 电缆 工 1 1 1 3 班 长 3 3 3 3 12 验 收 员 1 1 1 3 电 工 1 1 1 5 8 库 工 3 3 合 计 21 21 21 34 97 2.技术经济指标 循环产量按下列公式计算 Q1 ＝ L1SM1PC Q2 ＝ L2SM2PC Q ＝ Q1 Q2 式中 Q1割5.2m采高段一刀煤产量，t； Q2割过渡段一刀煤产量，t； Q循环产量，t； L1工作面5.2m采高段倾斜长度，m； L2工作面过渡段倾斜长度，m； S循环进度，0.865m； M1工作面中段采高，5.2m； M2工作面过渡段采高，取平均值4.35m； P煤的容重，1.45t／m3 ； C工作面可采范围内回采率，97％； 则Q1（21020 0.8655.21.450.97 1202.02t Q2 200.8654.351.450.97 105.85t 循环产量Q Q1 Q2 1202.02 105.85 1307.87t 日产量 Q日循环数1307.876 7847.22t 吨煤成本 根据矿上实际数据取为32元/吨，工作面主要技术经济指标见表2.11。 表2.5工作面主要技术经济指标 序 号 项 目 单 位 数 量 1 工作面长度 m 210 2 采 高 m 5.2 3 煤的容重 t/m3 1.45 4 循环进度 m 0.865 5 循环产量 t 1307.87 6 日循环数 个 6 7 日产量 t 7847.22 8 回采工效 吨/工 80.9 9 坑木消耗 m3/万t 6 10 回采率 93.7 11 吨煤成本 元/吨 32 3.2盘区巷道布置 3.2.1盘区位置 设计首采盘区（一盘区）位于井田东翼，大巷南部。 3.2.2盘区煤层特征 盘区所采煤层为3号煤层，其煤层特征黑色，亮煤为主，具有金属玻璃光泽，煤层平均厚度5.3米，煤层倾角2－6度。煤层结构复杂由上至下4.00.10.50.150.55单位m，其中0.1、0.15为夹矸,普遍含两层夹矸，坚硬、性脆，局部煤质疏松，煤的硬度为2～3，煤的容重1.45t／m3。 盘区平均瓦斯涌出量为7.67m3/t，瓦斯涌出量较大。煤尘无爆炸性和自燃倾向性。 3.2.3煤层顶底板岩石构造情况 老顶中砂岩，厚度25m。深灰色，钙质胶结，具斜波状层理，含少量泥岩包裹体。 直接顶粉砂岩，厚度411m，深灰色，块状，质不均，夹薄层泥岩，可见植物化石碎片。 伪顶泥岩，厚度0－1m，灰黑色，质软，随采掘脱落，含植物化石碎片，含炭质。 直接底粉砂质泥岩，厚度1.2m，灰黑色，质软，均匀层理，局部炭化。 老底细砂岩，厚度4.25m，深灰色，薄至中厚层状，水平层理发育，可见贝壳状断口。 3.2.4水文地质 盘区内水文地质条件较简单，涌水来源主要为3煤层上覆砂岩、粉砂岩等弱含水层裂隙水，预计正常涌水量为75t/h，最大涌水量为120t/h 3.2.5地质构造 盘区内地质构造简单，煤层整体呈东高西低的单斜构造，在此基础上发育了一系列宽缓褶曲，造成煤层底板有小的波动，但变化不大，煤层倾角平均2～4，局部6。井田中央沿南北走向贯穿整个井田有一相对倾角较大的褶曲。一、三盘区内无较大断层，二盘区内有一落差较小，但影响范围广的逆断层，四盘区内有一落差大，影响范围较广的断层。 井底车场附近东部煤层倾角较大没有较大断层。 3.3盘区巷道布置及生产系统 3.3.1盘区准备方式的确定 盘区准备方式优点，不需要开掘上山，大巷掘出后便可以掘顺槽、开切眼和必要的硐室车场，因此巷道系统简单；运输系统环节少，费用低，系统简单，运输设备、数量和辅助人员少；工作面长度可保持等长，对综合机械化非常有利；受断层影响小；技术经济效果显著，国内实践表明，在工作面单产、巷道掘进率、采出率、劳动生产率和吨煤成本等几项指标方面，都有显著提高和改善。 本设计矿井大巷布置在煤层中，辅助运输采用无轨胶轮车。 盘区准备方式存在的问题，如辅助运输、行人比较困难的问题在采用无轨胶轮车后可以很好的解决。故采用盘区准备方式，以下就盘区巷道布置及其生产系统进行说明。 3.3.2盘区巷道布置 1. 盘区煤柱 由后面第9章通风设计确定工作面采用三进两回的布置方式，每个工作面共布置五条顺槽，一侧布置两条，均为进风巷，靠近工作面煤壁的一条巷道兼做运输、行人巷；另一侧布置三条，为一进两回，靠近工作面煤壁的一条巷道进风，兼做运输、行人，另两条回风。一般主、副井部分大巷贯通形成通风回路之后就可以布置回采巷道，但工作面产量大，瓦斯涌出量大，采用中央并列式通风不能满足工作面的风量要求，而且大巷布置在煤层中，采用连采机掘进，掘进速度快，故在大巷和回风井贯通形成风流回路后，再掘工作面顺槽。顺槽煤柱工作面两边靠近工作面的两条顺槽之间留设30m煤柱，其它顺槽之间留设20m煤柱。 2.区段要素 首采盘区一盘区位于大巷南侧，走向长平均2650m，倾向长平均3000m。盘区内划分九个区段，区段平均长2650m，宽335m,工作面长210m，五条顺槽均为5m宽，3.5m高，加上煤柱，区段宽为335m。 3. 开采顺序 首采盘区为一盘区，然后依次采二、三、四盘区。盘区内区段煤柱留设较宽，故各区段之间依次开采，首采工作面为3101工作面，然后依次开采下一个区段。在采空区上覆岩层移动稳定后，利用连采机采用房柱式采煤法回收煤柱。回收率按50计算。 4. 盘区通风 盘区内各工作面采用三进两回偏Y型通风系统，工即工作面西侧（进风侧）布置两条进风巷，东侧（回风侧）布置三条巷道，一条进风巷（稀释工作面上隅角瓦斯），两条回风巷。 5. 盘区运输 盘区内区段运输顺槽铺设B1400mm的胶带输送机，运输煤炭到大巷胶带运输机，盘区内辅助运输采用无轨胶轮车运输，材料车从井底车场出来，经辅助运输大巷到回采工作面的辅助运输顺槽，再到工作面。 盘区巷道布置如图3.2。 图3.2盘区布置图 3.3.3盘区生产系统 1. 运煤系统 煤由工作面刮板运输机→巷转载机、破碎机→顺槽胶带输送机→大巷胶带输送机→井底煤仓→主斜井胶带输送机→地面。 2. 辅助运输系统 工作面设备材料经副斜井轨道运至井底换装站，换装至无轨胶轮车，由无轨胶轮车运至工作面。运输路线如下 地面→副斜井→＋560m井底车场→井底车场换装站→ 辅助运输大巷→工作面顺槽→工作面 3. 通风系统 盘区3101工作面风流路线为 副斜井 ┓ ┏主运输大巷→31012巷 ┓ 主斜井 ┫→┃ ┏31011巷 ┻ →工作面┳ → 进风立井┛ ┗辅助运输大巷┻31013巷 → ┛ ┏ 31014巷→ 回风大巷1┓ → ┃ ┃→东回风立井 ┗ 31015巷→ 回风大巷2┛ 通风系统风流路线如图3.3。 图3.3通风系统 4. 排矸系统 巷道沿煤层掘进，矿井投产后，基本不产生矸石，在局部掘进穿越岩层和施工风桥、顺槽运输机机头硐室时产生的少量矸石，采用无轨胶轮车搬运排弃在井下废旧巷道中，矸石不出井，因此在地面不设排矸系统。 5. 供电系统 供电地面变电站→副斜井→中央变电所→主运输大巷→辅助运输顺槽→工作面 6．排水系统 在工作面31011巷、31013巷各敷设一趟4寸管路，在31011巷、31013巷低洼处各建一水窝，水由工作面排到水窝，再由水窝通过排水管排出。在水窝处备两台22KW水泵，一台使用，一台备用。 ┏31011巷┓ 水流方向工作面 →┃ ┃→ 辅助运输大巷 → ┗31013巷┛ →副井井底水仓 → 地面 3.3.4盘区内巷道掘进方法 盘区内所有工作面顺槽均沿底板掘进，采用连续采煤机及其配套设备施工，后配备皮带和SGW-40T型溜子组成的机械化掘进，采用连续采煤机割煤，梭车、给料破碎机、加皮带、溜子运煤，双巷或三巷同时掘进，每隔50m掘联络巷贯通。 铲车完成材料、设备的运送、搬移以及巷道浮煤的清理工作。 锚杆机完成巷道顶锚杆和锚索的打眼、安装工作；选用手持风动钻机来完成帮锚杆的打眼和安装工作。 掘进通风可通过联络巷构成通风回路，在掘联络巷贯通前的独头段采用局扇为掘进面供风。每个掘进工作面配备两台FD-Ⅱ型2*55KW局扇，通风方式为压入式。 3.3.5盘区生产能力及采出率 1. 盘区生产能力 由于大采高工作面产量大，只布置一个大采高工作面即可满足矿井产量要求。 1）大采高工作面的生产能力，按下式计算 A0L*V0*M*γ*C0 式中 A0工作面生产能力，万t/a； L工作面长度，m； M煤层厚度，m； V0工作面年推进长度，V。30060.8651557（m/a）； γ煤层容重，t／m3； C0工作面回采率，取c＝0.97。 则A0（1905.2 204.35）15571.450.97235.42（万t/a） 2）按采面生产能力，按下式计算 A1L*V1*H*γ*C1 式中 A1连采面生产能力，万t/a； L连采面长度，取顺槽宽掘进宽度5.3m； H采高，取顺槽掘进高3.65m； V1连采面年推进长度，V13005015000（m/a）； γ煤层容重，t／m3； C1连采面回采率，取c＝0.97。 则A15.3150003.651.450.9740.81（万t/a） 盘区内布置两个连采面，故连采面的总生产能力为81.62万t/a。 3）盘区生产能力 A盘A02A1 235.42 240.81317.04万t/a 矿井设计井型为300万t/a，盘区生产能力317.04万t/a，能满足矿井的产量要求。 2. 盘区采出率 盘区内留设的煤柱，利用连采机房柱式采煤法回收，回收率为50。部分煤炭资源损失。因此盘区内实际采出的煤量低于实际埋藏量。 盘区内实际采出煤量与盘区内工业储量的百分比称为盘区采出率。按下式计算 盘区采出率 盘区实际采出煤量/盘区工业储量100 盘区开采损失主要有工作面落煤损失，约占3；工作面顶煤煤皮损失；盘区内区段煤柱不可回收部分损失；盘区内断层煤柱损失等。 盘区内工业储量为6241.76万t 盘区内实际采出煤量为4939.04万t 则盘区采出率 4939.04/6241.76100 79.1 根据煤炭工业设计规范规定采（盘）区采出率厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.8，薄煤层不低于0.85。设计首采盘区采出率为79.1，符合煤炭工业设计规范规定。 3.4矿井运输系统 3.4.1.运输方式 运煤由于矿井井型大，需运输系统有较大的运输能力，煤层赋存条件简单，为近水平煤层，且运输距离较远，故采用胶带运输机运煤。 辅助运输回采工作面为大功率采煤机进行大采高开采，巷道掘进采用连续采煤机多巷掘进、锚杆支护，采掘面用人、用料量相对减少，而采掘推进速度快，需要一种方便、灵活机动和快捷的运输方式与之相配套，胶轮车运输是全世界广泛使用和长期证明与连续采煤机、回采工作面快速推进相配套的有效辅助运输方式。 人员乘斜井架空乘人器下井，在井底车场换乘站换乘胶轮人车，由其送达各个工作地点。 材料及一般设备材料平板车装运（砂石等散料用集装箱盛放）下井，在井底车场换装站用起吊设备集装到大巷运输胶轮平板车（载重量15t）上，由胶轮牵引车送到各盘区供料点，然后由盘区内的材料铲运车转运到各使用点；大件设备和支架用特制平板车下井，在井底车场用起吊设备换装到支架运输平板车上，由牵引车送到工作面和使用地点，再用支架铲运车协助安装到位；采煤机、连采机和梭车等用特制的平板车下井，在井底车场换装站换装到采煤机、连采机和梭车运输专用胶轮平板车上，由牵引车牵引运至工作地点，其中采煤机直接由专用平板车送到采面就位。 爆破材料和油品等轻型货物由专用材料车下井后，采用轻便客货车运送。 3.4.2.运输系统 1 运煤系统 大采高工作面→皮带顺槽→主运输大巷→主斜井井底煤仓→主斜井→地面 连采机工作面→连采面皮带顺槽→主运输大巷→主斜井井底煤仓→主斜井→地面 2 运料系统 地面→副斜井→井底车场→换装站→辅助运输大巷→辅助运输顺槽→大采高工作面 地面→副斜井→井底车场→换装站→辅助运输大巷→连采面辅助运输顺槽→连采机工作面 3 人员运送系统 地面→主斜井→井底车场换乘站→辅助运输大巷→各个工作地点 4 运矸系统 矿井巷道均沿煤层底板掘进，矿井投产后，基本不产生矸石，在局部掘进穿越岩层和施工风桥、顺槽运输机机头硐室时产生的少量矸石，采用无轨胶轮车搬运排弃在井下废旧巷道中，矸石不出井，因此不专门设排矸系统。 图3.4井下运输系统 井下运输系统见图3.4。 3.5盘区运输设备选择 3.5.1设备选型原则 1．必须考虑矿井开拓系统状况，并与运输系统统一规划，注意上下运输环节能力的配套，以及局部运输与总体运输的统一； 2．必须使上下两个运输环节设备能力基本一致，设计时应合理的选择 生产不均匀系数和设备能力的配套系数；为缓和上下两个运输环节的生产不均匀性或不连续性，要采取一些缓冲措施，如设置煤仓或储车线等； 3．必须注意尽量减少运输转载的次数，不要出运现输送机轨道输送机轨道的情况； 4．必须使设备的运输、安装和检修方便，并应考虑输送设备对通风、供电的要求是否合理，电压等级是否相符合等； 5．必须在决定主要运输的同时，统一考虑辅助运输是否合理经济等。 3.5.2盘区运输设备选型及能力验算 1. 运输设备选型 结合矿上实际使用情况，以及前面采煤工艺设计中工作面所选设备技术特征，盘区运输设备配套选型如下刮板运输机型号为PF4-1132，转载机型号为PF4-1132；破碎机型号为Wb1418；顺槽皮带型号为SST。各设备技术特征见表3.6、标3.7、表3.8、表3.9。 表3.6 刮板输送机技术特征 项 目 单 位 技术特征 型 号 PF4-1132 制造厂家 德国 DBT公司 生产能力 t/h 2500 运输机长度 m 215 电压等级 V 3300 总装机功率 kW 1400 链速 m/s 1.28 中部槽尺寸 17561332353 表3.7 转载机技术特征 项 目 单 位 技术 特征 型 号 PF4-1332 生产能力 t/h 2500 运输机长度 m 27.5 总装机功率 kW 315 电压等级 V 1140 链速 m/s 1.54 中部槽尺寸 长 1500 宽 mm 1332 高 mm 284 工作面与运输顺槽中的运输设备采用转载机连接，为使煤块有合理的块度，在转载机上安装破碎机，其型号及技术特征见表3.8。 表3.8 破碎机技术特征 项 目 单 位 技术 特征 型 号 Wb1418 通过能力 t/h 3000 整机重量 t 19 总装机功率 kW 315 电压等级 V 1140 中部槽尺寸 长 mm 3000 宽 1700 高 mm 2000 表3.9 顺槽皮带技术特征 项 目 单 位 技术 特征 型 号 SST 生产能力 t/h 2500 皮带宽度 mm 1400 电压等级 V 1140 带 速 m/s 3.5 2.运输能力验算 设计长壁回采工作面采煤机最大瞬时出煤能力为2000t/h，工作面刮板运输机生产能力为2500t/h，转载机的生产能力为2500t/h，破碎机通过能力为3000t/h，顺槽皮带通过能力为2500t/h，盘区运输系统各设备生产、通过能力均大于工作面最大瞬时出煤能力，且各环节依次后一设备运输能力均大于或等于前面运输设备的运输能力，故所选设备能满足要求。 3.5.4主运输大巷设备选择 因采用连续采煤机掘进，长璧回采工作面采用大采高综采设备回采，为充分发挥采煤设备的生产能力，实现高产高效集约化生产，大巷带式输送机的运输能力应与采区采煤设备的瞬时生产能力相适应。 设计长壁回采工作面采煤机和连续采煤机的同时最大瞬时出煤能力为2200t/h，带区皆不设缓冲煤仓，长壁长壁回采工作面顺槽带式运输机来煤和连续采煤机来煤同时直接装载到大巷带式输送机上。大巷带式输送机承担全矿年产300万t煤炭的运输任务，属大运量、长运距的大型输送机。装备一台B1400mm,V4m/s的钢绳芯带式输送机，输送能力2500t/h,采用CST可控启动装置，配YB630-4型电动机，大巷带式输送机见表3.10。 表3.10 大巷带式输送机主要技术参数 项 目 单 位 数 量 带宽 mm 1400 运量 t/h 2500 带强 N/mm ST2500 阻燃 带速 m/s 4 轴功率 kW 1207 功率分配 P1P2P3 1 1 1 胶带安全系数 6.74 驱动滚筒布置及个数 头部双滚筒、尾部单滚筒 驱动滚筒直径 mm 1000 驱动控制方式 CST加鼠笼电动机 电机台数及功率 kW 3800（防暴） 减速器型号及速比 CST630KS i19.25 3台 拉紧 中部自动绞车拉紧