山西省霍州煤电集团汾河三交河煤矿初步设计方案可编辑.docx
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山西省霍州煤电集团汾河三交河煤矿初步设计方案可编辑
山西省霍州煤电集团汾河三交河煤矿初步设计方案
前言
山西省霍州煤电集团汾河三交河煤矿位于洪洞县万安镇的左木村西侧为股份制企业山西省国土资源厅换发的采矿许可证批准该矿开采2上2下91011号煤层
矿井采用平硐立井联合开拓方式主平硐担负煤炭运输辅助运输排水供电人员运输及进风任务兼做矿井的一个安全出口杨坡回风立井担负五采区的回风任务兼做五采区的第二个安全出口金山沟回风立井担负三采区的回风任务兼做三采区的第二个安全出口
井田分二个水平开拓一水平975m水平开采上组煤号煤开采组煤号煤目前开采上组煤后期延深开采下组煤
上组煤现生产采区为三五采区根据五采区准备巷道揭露煤层条件分析2上与2下号煤层在五采区北翼南部合并层间距小于10m合并区走向长度700-1000m五采区南翼2上与2下号煤层基本全部合并因此合并区以五采区南翼为主
为了合理开采合并区提高煤炭资源回收率实现安全高效受霍州煤电集团及三交河煤矿委托我院与煤炭科学研究总院太原分院合作编制三交河煤矿五采区2上号和2下号合并区开采设计采区生产能力30Mta
一编制设计的依据
1.采掘工程平面图及矿方提供的有关资料
2.国家有关煤炭工业的规程规范和技术政策等
1全国人大常委会1992年颁发的《中华人民共和国矿山安全法》
2国家安全生产监督管理局国家煤矿安全监察局2006年颁发的《煤矿安全规程》
3国家技术监督局和建设部2005年发布的《煤炭工业矿井设计规
范》GB50215-2005
4《矿山电力设计规范》
5原中国统配煤矿总公司中煤总安字[1990]第171号文《煤矿井下粉尘防治规范》试行
6全国人大常委会1996年颁发的《中华人民共和国煤炭法》
7国务院1996年批准的《中华人民共和国矿山安全法实施条例》
8其他有关法律法规
3.设计委托书
二存在的主要问题与建议
建议加强生产矿井地质工作全面搜集井下资料查明古窑老空及采空区积水积气情况及时建立有关台帐卡片进行综合编录根据地质规律预测回采工作面地质条件并对顶板岩性做物理力学测试工作
第一章采区概况及地质特征
第一节采区概况
一采区概况
五采区位于井田西侧西北南部以井田边界为界采区东部以三五采区的采空区为界
五采区开采上组煤2上2下号煤层
据调查采区内东部存在古窑老空及采空区建议矿方加强探掘工作探清古窑老空及采空区的范围为工作面的布置及接替提供可靠的资料
第二节地质特征
一煤层及构造
1.2上2下号煤层结构与厚度
直接顶为泥岩砂质泥岩局部相变为粉砂岩夹煤线灰黑色含植物化石厚度2-10m
老顶为K8中砂岩厚度3-15m灰白色中粗粒长石砂岩中厚层状致密坚硬裂隙发育工作面顶板节理发育砂泥岩交互处顶板破碎
煤层结构为19-2301-1005-1201-080-07m煤层结构柱状如表1-2-1
其中2上号煤层结构简单厚度稳定平均厚度21m
2上号与2下号煤层间距01-10m平均03m岩性为泥岩质软遇水软化成泥状
2下号煤层结构复杂厚度变化大上部煤分层厚05-12m平均厚度09m中部夹石厚度变化大01-08m平均厚度05m岩性为泥岩砂岩较坚硬下部煤分层厚度较小0-07m平均厚度05m
煤层底板
煤层底板大部分为泥岩质较软局部为细砂岩质硬本次设计对煤层底板比压进行了测试为支架选型提供更加可靠的数据
煤层结构柱状图表1-2-1
地层岩石名称最小厚度-最大厚度
平均厚度m岩性描述山西组2上号煤层老顶3-15
8为K8中砂岩灰白色中粗粒长石砂岩中厚层状致密坚硬裂隙发育2上号煤层直接顶2-10
3为泥岩砂质泥岩局部相变为粉砂岩夹煤线灰黑色含植物化石2上号煤层19-23
21结构简单厚度稳定2上号与2下号煤层间距
合并区01-10
03泥岩质软遇水软化成泥状2下号煤层上分层05-12
09中部夹石01-08
05泥岩砂岩较坚硬2下号煤层下分层0-07
052下号煤层底板20-80
45大部为泥岩质较软局部为细砂岩质硬2采区内地质构造
五采区未发现大的断层在巷道掘进和回采过程中揭露数条落差小于6m的断层对采区巷道布置和工作面布置影响不大
二煤质
根据三采区采取的煤样以及五采区所收集的资料五采区2号煤层物理性质及宏观煤岩特征黑色块状条带状和粒状结构呈弱沥青光泽该煤层属低灰-中灰特低硫-低硫高-特高热值焦煤
三水文地质
根据矿井多年开采实践井下涌水量很小只有在雨季涌水量较大
据井下现场观测五采区巷道干燥涌水量很小水文条件属简单
四开采技术条件
1.煤层顶底板特征
煤层顶底板特征30m周期来压步距为14m顶板较易管理
2.瓦斯
五采区所采的2上2下号煤层由于埋藏较浅瓦斯含量低但由于部分地段煤层直接顶板泥岩较薄K8砂岩距煤层较近砂岩中裂隙发育常有瓦斯积聚采煤工作面的绝对瓦斯涌出量因工作面长度以及其他各种因素影响而有所不同矿井日产煤5334t时矿井绝对CH4涌出量为683m3min相对CH4涌出量185m3t绝对CO2涌出量为351m3min相对CO2涌出量095m3t属低瓦斯矿井其中五采区日产煤2000t绝对CH4涌出量为210m3min相对CH4涌出量151m3t绝对CO2涌出量为156m3min相对CO2涌出量112m3t
当五采区生产能力达到30Mta时经计算绝对CH4涌出量为953m3min
3.煤尘及煤的自燃倾向
根据山西省煤炭工业局检测中心2006年6月27日检验报告该矿2号煤层煤样火焰长度为400mm岩粉用量均为80煤尘有爆炸危险性
2号煤层吸氧量05888mLg自燃倾向为II类属自燃煤层
4.
本区属地温正常区
第二章采区巷道布置及采煤方法
第一节采区边界及储量
一采区边界
五采区位于井田西侧西北南部以井田边界为界采区东部以三五采区的采空区为界
二采区储量
1.资源储量
五采区2上号煤层资源储量为250Mt五采区2下号煤层资源储量为1154Mt
2.可采储量
采区可采储量计算公式如下
可采储量工业储量-永久煤柱损失×采区回采率
式中永久煤柱损失量为保护井筒村庄和为保证安全生产的井田边界大巷等留设的煤柱损失量
采区回采率根据《煤炭工业矿井设计规范》中的规定选取中厚煤层80
经计算五采区剩余可采储量为1884Mt
三采区煤柱
五采区胶带运输巷轨道巷之间留25m煤柱回风巷轨道巷之间留35m煤柱巷道两侧留35m煤柱采区边界两侧各留10m顺槽之间留20m煤柱井筒按Ⅰ级保护村庄按Ⅲ级保护再根据表土层和基岩厚度表土移动角45°基岩移动角70°计算保安煤柱
第二节采区生产能力及服务年限
330d每天班作业班生产一班准备日净提升时间1h
经计算五采区2上和2下号煤层剩余可采储量1884Mt按30Mta生产能力计算剩余服务年限
五采区剩余服务年限按下式计算
T
式中
T剩余服务年限aZK可采储量MtA采区设计生产能力taK储量备用系数取1
A矿48a
经计算五采区的剩余服务年限为48a
第三节采煤方法
一采煤方法的选择
1采煤方法的比选
五采区现在采区北翼布置1个走向长壁综采工作面开采2上号煤层采高26-27m工作面长度200m
2上与2下号煤层在五采区北翼南部合并层间距小于等于10m夹矸为泥岩质软遇水软化成泥状具备单一煤层开采条件走向长度700-1000m五采区南翼2上与2下号煤层基本全部合并2上与2下号煤层合并层最小厚度含夹矸29m最大厚度含夹矸53m
2下号煤层分为上下两个分层中间夹矸01-08m平均05m为泥岩砂岩较坚硬2下号煤层属于优质焦煤市场需求量大
近几年煤矿井下工作面装备快速发展国产化程度不断提高尤其是大采高综合机械化采煤方法的应用在神华集团晋城煤业集团所属煤矿的使用中取得了很大的成功晋城煤业集团寺河煤矿一次采全高最大采高已达到60m为了提高三交河煤矿的资源回收率提高矿井的综合经济效益根据2上与2下号煤层的赋存条件2上与2下号煤中间夹矸较软2下号煤层中间夹矸较坚硬但节理裂隙发育设计推荐在五采区南北两翼合并区夹矸小于等于10m采用大采高综合机械化采煤方法
五采区2号层合并区夹矸小于等于10m一次采全高顶板管理采用全部垮落法
2工作面参数
1工作面长度
确定综采工作面长度应充分考虑地质条件与工作面技术装备水平工作面长度的增加有利于减少辅助作业时间降低巷道掘进率有利于提高开机率采区回采率工作面单产从而提高工作面效率工作面地质条件优越煤层倾角小厚度大顶底板稳定可将工作面长度适当加大机械化装备水平越高要求工作面生产能力越大工作面长度要与生产能力相适应工作面长度越长对工作面机械设备的可靠性的要求越高确定工作面长度还应考虑顶板管理煤层瓦斯含量以及工作面通风等因素条件受限时工作面长度不宜过大
综合考虑确定三交河矿五采区2号层合并区大采高工作面长度为200m首采505工作面顺槽巷道已掘成工作面长度200m
2工作面推进长度
提高工作面推进长度可减少工作面搬家次数为工作面连续稳定高产创造条件推进长度受地质因素顺槽胶带强度巷道掘进方式及煤层煤柱和边界条件的制约我国普通综采工作面的推进长度一般为1000m-1200m高效工作面长度达到1500m-3000m按照三交河煤矿合并区生产能力要求大采高工作面推进长度五采区北翼约1100m南翼约2700m大采高工作面主要分布在南翼
二工作面采煤装煤运输方式及设备选型
综采工作面的采装运支工序全部采用机械化
从目前综采的发展趋势看设计安全高效的综采面要求加大工作面的长度加大截深选用能切割硬煤的特大功率采煤机提高采煤的截割速度相应要求提高移架速度与大运量的重型可弯曲刮板输送机相匹配加强端头支护采用长距离顺槽胶带输送机针对上述要求对于综采系统设计考虑了以下原则
①机械设备的选择首先满足技术先进生产可靠提高综采设备的开机率达到安全高效同时各设备间要相互配套保证运输畅通并增加运输环节的缓冲能力以期达到采运平衡最大限度地发挥综采优势
②为综采工作面创造快速连续开采的条件加大工作面推进长度减少搬家次数并保证快速搬家同时做到采准工作快增大巷道断面特别是顺槽断面采用掘进机掘进利用顶板完整煤层比较坚硬的条件采用树脂锚杆支护以提高掘进速度保证工作面的接替要求
③对辅助运输系统要求系统简单环节少把工作人员及材料快速方便地运送至工作地点作为提高工作面生产能力的一个重要因素考虑并在巷道布置上加以保证
综采工作面总体配套设计包含以下内容
①成套设备生产能力技术参数的配套计算和校核
②根据设备特点对工作面长度和巷道断面进行参数优化
③工作面成套设备的合理布置
由于进口设备价格昂贵后期维护成本高而国产设备目前已能够满足厚煤层综采工作面的要求并且在国内很多矿井得到应用因此本次设计工作面设备中液压支架电液控制系统进口刮板输送机立足国产为了满足进度的要求采煤机也选用国产设备
大采高工作面主要采煤设备选择分述如下
1.采煤机
1采煤机截深
合理确定采煤机截深可充分发挥综采设备的效率提高开机率加大截深有利于提高循环产量但增加了采煤机的运行阻力降低了采煤机的运行速度对顶板管理不利目前我国综采面采煤机截深一般为05-06m高效工作面一般为08-10m
由于该合并层工作面煤层中有2层夹石其中1层夹石为泥岩砂岩截割阻力较大因此采煤机截深不可过大将割煤宽度定在煤壁压酥区可充分发挥采煤机的效率结合三交河矿的产量要求和设备配套确定采煤机截深为08m
2工作面单刀产量计算
工作面产量按2号煤层合并区厚度最大53m最小29m和平均43m分别计算
①厚度53m时工作面单刀产量
煤的产量QHLbγ38×200×08×1358208t
式中
H纯煤厚度m
L工作面长度m
b采煤机截深08m
γ煤的容重135tm3
夹矸产量QHLbγ15×200×08×25600t
②厚度29m时工作面单刀产量
煤的产量QHLbγ26×200×08×1355616t
夹矸产量QHLbγ03×200×08×25120t
③厚度平均43m时工作面单刀产量
煤的产量QHLbγ35×200×08×1358208t
夹矸产量QhLbγ08×200×08×25320t
3工作面开机率计算
①满足工作面目标产量的采煤刀数
按日产原煤10000t含矸计算
a采高53m时
10000÷14208703刀考虑085的正规循环率工作面回采率等因素取9刀
b采高43m时
10000÷11408877刀
考虑085的正规循环率工作面回采率等因素取12刀
c采高29m时
10000÷68161467刀
考虑085的正规循环率工作面回采率等因素取18刀
②采煤机割一刀煤的行程长度
由于采煤机在工作面端头需往返切割进刀因此割一刀煤时采煤机的割煤行程大于工作面长度
L刀L工L采2L弯200142×23260m
式中
L工工作面长度取200m
L采采煤机最大水平长度取14m
L弯输送机弯曲段长度取23m
③采煤机采一刀煤需用时间
平均割煤速度6mmin时
260÷68辅助时间≈52min
④完成目标产量采煤机需用时间
采高29m43m53m时完成10000t的割煤刀数分别为18刀12刀和9刀
完成目标产量分别用时
52×18936min
52×12624min
52×9468min
⑤出煤班的开机率计算
采煤机日开机时间
工作面劳动组织采用四六制3个出煤班分别为6h共计18h检修班为6h可用的出煤时间为
18×601080min
采高53m时完成目标产量10000t出煤班的开机率需达到
468÷1080043
采高43m时完成目标产量10000t出煤班的开机率需达到
624÷1080058
采高29m时完成目标产量10000t出煤班的开机率需达到
936÷1080087
⑥工作面的日开机率计算
一天折算为分钟为
24×601440min
采高53m时完成目标产量10000t日开机率需达到
468÷1440033
采高43m时完成目标产量10000t日开机率需达到
624÷1440043
采高29m时完成目标产量10000t日开机率需达到
936÷1440065
⑦小结
在煤层厚度29-53m条件下采煤机平均割煤速度6mmin工作面设备配套在采煤班开机率达到43-87日开机率需达到33-65时可完成日产10kt年产30Mt的产量表2-3-1是不同煤层厚度的开机率和割煤刀数对比
不同煤层厚度的开机率和割煤刀数对比表2-3-1
煤层厚度含夹矸
m采煤班开机率日开机率割煤刀数刀298765184358431253433394采煤机的选型
①采煤机选型原则
a.适合特定的煤层地质条件并且采煤机采高截深牵引速度等参数选取合理有较大的适用范围
b.满足工作面开采生产能力要求采煤机实际生产能力要大于工作面设计生产能力10-20
c.与液压支架和刮板输送机相匹配影响采煤机选型的主要因素是煤层的力学特性厚度和倾角工作面生产能力
②采煤机性能参数的确定
①采高的选择
采煤机的采高应与煤层厚度的变化范围相适应根据三交河2上2下号煤层赋存条件和合并区开采技术条件确定采煤机的最大高度为53m最小采高为29m
②截深的确定
截深的选取与煤层厚度煤层软硬顶板岩性以及支架移架步距综合考虑取采煤机的截深为08m
③滚筒直径的确定
双滚筒采煤机的滚筒直径以大于工作面最大采高的05倍为宜三交河2上2下号层合并区最大采高为53m所以双滚筒采煤机的滚筒直径大于或等于27m即可满足使用要求根据采煤机滚筒直径系列取滚筒直径D28m
④采煤机牵引速度
这主要根据工作面设计生产能力来选择
VgQh60MBr48mmin
式中
Qh工作面小时产量163938th
Vg采煤机所需牵引速度mmin
M采高53m
B截深08m
C煤的容重135tm3
所选工作面采煤机牵引速度V≥Vg取6mmin
⑤装机功率的确定
根据统计资料开采1t煤所需能量为07-08kW·h厚度53m时工作面单刀产量
a.厚度53m时工作面单刀产量
煤的产量QHLbγ138×200×08×1358208t
夹矸产量QhLbγ215×200×08×25600t
采煤机割一刀需用52min计算采煤机的小时产量为163968th
采煤机理论装机总功率最大应为163968×08131174kW在实际生产中采煤机的装机功率要比正常割煤时所需的功率要大还要考虑采煤机过地质构造时的破岩能力这样采煤机的装机容量应考虑富裕系数取13因此厚煤层大采高一次采全厚采煤机的总功率为131174×13170526kW取整为1800kW
通过上述分析对采煤机的选型技术参数要求如下
采高29-53m截深08m滚筒直径28m装机功率1800kW牵引速度6mmin额定电压3300V频率50Hz
据调查目前我国生产大采高采煤机的企业有西安煤机厂和太原矿山机器集团有限公司其中太原矿山机器集团有限公司生产的MGTY7501805-33D型大采高采煤机在平朔煤炭公司安家岭井工矿一号井和神华集团神东公司得到成功应用取得了很好的经济效益设计推荐三交河煤矿选用MGTY7501805-33D型采煤机采煤机尺寸详见图2-3-1
其主要技术参数见表2-3-2经计算综采工作面小时能力约为1700t左右在选择配套刮板机转载机顺槽可伸缩胶带输送机等运输设备时考虑了生产矿井实际使用情况和计算的生产能力两方面因素并遵循运煤系统的能力外部要大于采面20%为宜的原则
采煤机技术特征表表2-3-2
型号采高
m电机
功率
kW滚筒
直径
mm个截深
mm牵引
速度
mmin机面
高度
mm重量
tMGTY7501805-33D26-551805280028000-248752工作面可弯曲刮板输送机
工作面刮板输送机选型需满足三个方面要求
一是运输能力与采煤机生产能力相适应根据前述计算采煤机生产能力为1700th
二是外型尺寸和牵引方式与采煤机相匹配
三是运输机长度与工作面长度相一致
选用1部SGZ10002×700型可弯曲刮板输送机其主要技术参数见表2-3-3
刮板输送机技术特征表表2-3-3
型号铺设长度
m输送能力
th刮板链速
ms中部槽
长×宽×高
mm电机
功率
kW电压等级
V备注SGZ10002×7002502500131750×1000×352700×233003顺槽转载机和破碎机
顺槽转载机的转载能力要与工作面的生产能力相适应并要求与工作面刮板输送机和顺槽可伸缩胶带输送机相配套为此选SZZ1000375型刮板转载机其主要技术参数见表2-3-4
转载机技术特征表表2-3-4
型号出厂长度
m输送能力
th电机功率
kW电压等级
v备注SZZ10003757022003753300顺槽破碎机的破碎能力亦应不小于工作面的生产能力并与刮板转载机相配套为此选用PCM375型高效破碎机其主要技术参数见表2-3-5
破碎机技术特征表表2-3-5
型号破碎能力
th最大给料尺寸mm最大排料
尺寸mm电机功率
kW电压等级
VPCM37535001200×100030037511406604液压支架
1选型原则
影响液压支架选型的主要因素有顶板直接顶老顶和底板岩性煤层可采厚度煤层倾角煤层瓦斯含量等支架选型遵循4个原则
a.支护强度与工作面矿压相适应
b.支架架型结构与煤层赋存条件相适应
c.与底板的比压与底板的抗压强度相适应
d.支架通风断面与工作面通风要求相适应
2支架支撑高度的确定
H≥M021
Hmin≤Mmin-02~032
式中
HHmin支架最大最小高度m
HHmin工作面最大最小采高m
则支架最大高度H≥530255m
支架最小高度Hmin≤29-0326m
确定支架高度H55mHmin26m
3支架支护强度的计算
①按岩石自重法计算
P6mr计算取6倍采高
式中m为最大采高53m
r为顶板岩石容重26kNm3
则P6mr6×53×268268kNm3取0827MPa
②根据国家煤炭行业标准MT554-1996规定的综采工作面支护强度方法计算
老顶周期来压步距
带入数值得老顶周期来压步距L136m
按照各级基本顶的额定支护强度计算方法计算公式为
P723hm45L789Bc-1024N-621
式中
P额定支护强度kNm2
hm煤层最大采高53m
L周期来压步距136m
Bc支架最大控顶距46m
N直接顶与采高之比056
代入数据经计算得P7395kNm2074MPa
取上述计算的最大值支架支护强度应小于0827MPa
4支架工作阻力计算
液压支架工作阻力下限应为
FPSCBCK
式中
F支架工作阻力kN架
P额定支护强度取827kNm2
SC支架中心距175m
BC支架最大控顶距46m
K支撑效率09
代入数据F739706kN取7400kN则支架工作阻力应不小于7400kN选取支架支护阻力为7600kN
5支架主要参数
支架型号ZZ76002655
支架型式两柱掩护式
支架高度2600-5500mm
支架工作阻力7600KN
支护强度不小于0827MPa
支架中心距1750mm
支架控制方式电液控制进口
支架重量约286t
6支架设计特点
a.架型选择两柱掩护式
b.支架采用整体顶梁带双侧活动侧护顶单侧使用
c.顶梁前端带两级护帮顶
d.支架结构采用高强度板材确保支架高可靠性并降低支架重量
e.采用刚性整体底座配提底千斤顶
f.本工作面底板较软支架底座结构设计力求降低对底板比压
采用电液控制系统
液压支架技术特征表表2-3-6
型号工作
阻力
kN初撑力
kN支护
高度
mm支护
宽度
mm支护
强度MPa对底板
最大比压
MPa重量
tZZ7600265576006150-63222600-550016500827286另选用3架过渡支架3架排头架和3架排尾架
液压支架尺寸详见图2-3-22-3-3
5顺槽可伸缩胶带输送机
a.胶带输送机的输送能力应大于或等于工作面刮板输送机的输送能力
b.胶带输送机的机尾部要与转载机的配套尺寸相适应
c.胶带输送机的输送长度要根据运输巷道的长度坡度以及输送机功率等因素综合考虑
如果第1个大采高工作面布置在五采区北翼的505工作面2上2下合并层顺槽长度为1072mmL型乳化液箱2个配备BPW516132型喷雾泵站2套配备MYZ-200型注水钻2台MZB-100150A型注水泵3台技术特征详见表2-3-82-3-9
乳化液泵
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