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(1)伪顶:
岩性一般为炭质页岩或粘土岩,厚度一般0.2~0.6m,抗压强度小于5MPa。
伪顶发育不稳定,强度小,易离层冒落。
(2)直接顶:
本区13-1煤层直接顶主要有两种组合形式,一种为泥岩或砂质泥岩与13-2煤层组成的复合顶板。
直接顶一般裂隙较发育,局部含植物化石碎片。
其抗压强度一般为20~50MPa,抗拉强度为1~2.5MPa,拟属Ⅰ类不稳定或Ⅱ类中等稳定顶板。
(3)老顶:
老顶岩性一般为灰白色中粗粒砂岩,厚度较大,稳定性好,抗压强度为40~60MPa,抗拉强度2.0~2.5MPa,与直接顶呈冲刷接触类型的老顶,岩性一般为粉砂岩~中砂岩,抗压强度较直覆老顶低。
根据-530m水平已回采工作面观测,老顶初次来压步距一般小于30m。
综上所述,老顶拟属于二级。
(4)直接底:
岩性为砂质岩类为主,其间发育12煤,12煤厚度0.44~1.48m,平均厚度0.69m,与13-1煤层间距一般为1.08~6.91m,平均间距3.02m。
1.1.4煤层煤质
本带区各主要可采煤层,媒质除部分煤层受火成岩影响局部变质外,大部分均属于气煤,媒质稳定,沿走向无大的变化。
煤种划分:
13-1煤层为气煤,1、3煤层局部受火成岩影响,出现无烟煤,其余各煤层皆为1/3焦煤。
煤层性质特征见表5-1-2。
表1-2
煤层
颜色
光泽
硬度
容重
煤岩类型
黑色
沥青、玻璃光泽
中硬
1.42
半暗、半亮型
1.1.5瓦斯、煤尘与地温
1、瓦斯
本区属井田东翼Fe3断层下盘瓦斯构造单元。
各煤层CH4含量与煤层距基岩面深度一般相关关系较明显。
其相关关系式分别为:
13-1:
Wo=0.64+0.0461Hi
式中:
Wo---CH4含量(m3/t);
Hi---距基岩面深度(m)
根据上述公式计算结果,13-1煤层-530m水平瓦斯含量变化范围为:
2.94~5.6m3/t。
2、煤尘爆炸及煤的自燃
13-1煤尘具有爆炸危险性,爆炸指数为37~40%
13-1煤层具有自燃发火性,自然发火期为3~6个月。
1.1.6水文地质
1、基本特征
区内主要含水层为奥陶系马家沟组和石炭系太原组灰岩含水层,煤系砂岩含水层和第四系下部含水层。
现分述如下:
(1).奥陶含水层:
主要由灰色灰岩和白云质灰岩组成,局部裂隙填充黑色泥岩,岩性较致密,有岩溶现象。
该含水层原始水位标高为+25.11m,单位涌水量为0.20l/s.m,渗透系数0.053m/d,水温44℃,矿化度2.866g/l,水质属CL-SO4-Na型。
(2).太灰含水层:
主要由薄层灰岩组成,间夹砂岩、泥岩及多层薄煤,岩性致密,富水性较弱。
原始水位标高+26~+28m,单位涌水量0.12~0.19l/s.m,渗透系数特0.009~0.30m/d,水温32~36℃,矿化度2.3~2.73g/l,水质属CL-HCO3-Na型或CL-Na型。
(3).、煤系砂岩含水层:
主要受砂岩厚度及裂隙发育情况影响,一般富水性较弱,以脉状裂隙水为主要特征,水质为CL-Na或CL-HCO3-Na型,水温24℃左右。
(4).第四系下部含水层:
主要由棕黄色、黄褐色砂砾层、砂层和粘土层组成,其中砂砾层有效厚度为35~56m,水位标高在-7~-9m,单位涌水量0.1~2.0l/s.m,渗透系数0.2~6.0m/d,水温23~26℃,矿化度2.2~2.5g/l,属CL-Na型水。
2、充水因素及威胁程度
(1).区内无大的导水断层和封孔不良钻孔,奥灰含水层及太灰含水层距13-1~11-2煤层法距较大,对上述各煤层的开采无甚影响。
(2).煤系地层砂岩裂隙水:
受砂岩层厚度及构造发育情况影响控制,其裂隙发育程度不等,连通性一般较差,煤层开采时,裂隙发育地段,可能出现部分淋水和涌水现象,但其水量有限,很快会自行干涸,一般来说对煤层开采无大的影响。
(3).新生界下部砂砾含水层直接覆盖在煤系之上,对煤层开采构成潜在威胁。
原始状态下与煤系砂岩裂隙水之间水力联系一般较差,但受采动影响后,两者水力联系将大为增强,下含水可能通过砂岩顺层裂隙或采动裂隙涌入工作面,造成大的突水事故。
(4).上阶段老空积水对下阶段采掘影响:
随着矿井开采,受第四系下含水、顶板裂隙水、灌浆水、工业用水等影响,在采空区低洼处,特别是向斜轴部和正断层上盘位置,往往聚集大量积水,对下阶段开采及煤层群下部煤层开采构成安全隐患。
3、涌水量预计:
涌水量预计最大涌水量142m3/h,正常涌水量120m3/h。
第二章带区巷道布置
2.1储量计算
带区工业储量计算采用下列计算公式
Zg=SγH=3167904×
1.3×
4.25=17.5Mt.
S-----带区平面积,由几何法求得3167904,单位:
m2。
M-----平均煤厚4.25,单位:
m。
Y-----煤的容重1.3,单位:
t/m3。
带区的工业储量为17.1Mt。
带区的可采储量为:
Z=(Zg-P)C=(17.5-0.855)×
0.8=13.316Mt
带区走向长:
2000倾向长:
1500
工作面长为210m。
2.2带区区生产能力及服务年限
1、带区工作制度
带区设计年工作日为330天,每天净提升运输时间为14小时,采用(三.八)工作制度,其中二班半生产半班准备。
2、带区生产能力
带区生产能力是带区内同时生产的回采工作面和掘进工作面产量的总和,合理地确定带区生产能力,对矿井实现合理集中生产,保证矿井的稳产高产,提高矿井各项技术经济指标具有十分重要的意义。
带区生产能力也是矿井和带区生产集中化的重要标志。
影响带区生产能力的主要因素是:
地质条件、采煤方法和采煤工艺(回采工作面的机械化程度),回采工作面个数、工作面长度和单产以及带区运输和通风等。
(1).带区内同采工作面数目的确定
带区内同时生产的综采工作面宜为一个面,不超过2个面,普采工作面宜两个面,不应超过三个面。
带区生产能力计算:
带区生产能力应以提高工作面单产为目标。
带区内同时回采工作面数目及其工作面单产确定后,可按下式计算带区生产能力
Ab=k1k2∑A0i=0.95×
1.1×
1.31×
2=2.74Mt/a
式中:
k1——工作面产量不均衡系数,带区内同采两个工作面取0.95,带区内同采三个工作面取0.9;
k2——带区内推进出煤系数取1.1
∑A0i——带区内同时回采工作面日产量之和
(2).工作面单产的确定
按照确定的工作面长度,选取工作面进度以及采高进行计算。
A0=LvMγc=210×
6×
0.6×
330×
4.25×
0.95=1.31Mt/a
A0——工作面日产量t/d
L——工作面长度
v——工作面日进度
M——采高
γ——煤的视密度t/m³
c——工作面日采率
(3).带区生产能力
根据生产实践,掘进煤占回采产量的比例一般在6%左右。
若按此计算,则带区生产能力为:
A=A0×
(1+6%)=2.8tMt/a
(4)带区服务年限
带区服务年限采用下列公式计算:
T=Zk÷
(A×
K)=13.316÷
(2.8×
1.3)=3.57
T——带区服务年限年
Zk---带区可采储量万吨
K——储量备用系数取1.3
T=13.316÷
(2.9×
1.3)=3.53(年)
设计带区服务年限2.41年。
2.3推进长度确定
对于近水平、缓倾斜煤层倾斜长壁开采,水平沿走向划分若干阶段进行回采,一般一个阶段内沿走向划分为若干个具有独立生产系统的带区,带区内又划分为若干个倾斜分带,每个分带布置一个采煤工作面,分带内沿煤层倾向推进,当带区斜长不受限制时,长度数目的确定主要应考虑带区地质情况和煤层煤质特征,大巷的位置和运输能力以及设备的选型和生产能力。
影响综采工作面连续推进长度的主要经济因素是搬家费和巷道推进费。
在我国当前设备技术条件下,工作面连续推进方向长度以不小于1000~1200m为宜。
高产高效综采工作面连续推进长度可取1000~3000m,根据经验,单面年产在200万吨以上,工作面年最多搬家一次,工作面长180~200m,工作面连续推进长度以1000~2000m为宜。
2.4采煤工作面
如何正确确定工作面的合理长度,设计主要从以下两个方面考虑:
1、煤层地质条件:
煤层内地质条件往往对确定工作面长度起着重要作用。
小的地质构造对工作面的回采过断层推进度有一定的影响,顶板管理也相对较复杂,当工作面小断层、构造较多时,容易打乱正规循环,则工作面不宜过长。
当工作面内部出现一些较大落差的断层时,工作面过断层需要重新开切眼、搬家,从而影响工作面的产量,因此工作面也不宜过长。
反之,工作面长度可适当加长。
2、工作面设备状况:
工作面长度与使用的采煤方法和采煤工艺有关。
由于现代技术的飞速发展,新技术在煤矿生产中的不断推广应用,使工作面长度加大成为现实。
只要在地质条件许可,使用综合机械化采煤技术,工作面长度可加大到200m或更长。
采煤工作面长度一般为150~220m,如开采技术条件允可工作面长度可达250~300m,每个工作面尽量保持一致,普采工作面一般为120~160m,对拉工作面,其总长度一般为200~300m。
放顶煤开采时,当工作面端头受条件限制无法放煤时,适当增加工作面长度。
对于日产万吨的高效高产放顶工作面,当煤层厚度较小时,采煤机割煤时间大于放顶煤时间时,工作面长度以150~180m为宜。
2.5采煤工作面年推进度
采煤工作面年推进度,可按所选、采煤设备的技术性能,采煤循环图表计算:
年推进度=日循环进度×
设计年工作日×
正规循环率
正规循环率一般取0.9
一般厚度大于3.2m时,一次采全高的煤层及厚度小于1.4m的薄煤层综合机械化采煤工作面年推进度,不宜小于1000m,煤层厚度1.4~3.2m的综合机械化采煤工作面年推进度不小于1500m,普通机械化采煤工作面年推进度不小于700m为宜。
2.6带区煤柱及回采率
带区煤柱包括带区范围内的巷道煤柱,以及带区边界煤柱,断层煤柱,隔水煤柱,火烧边界煤柱等。
一般煤层大巷保护煤柱两侧各宽50~100m,上山保护煤柱,期间宽20~40m,两侧各宽50~80m。
带区边界煤柱宽度一般为10~20m,当带区边界为井田边界时,煤柱尺寸大小按井田边界煤柱要求留设,条带巷道煤柱宽度为5~20m,厚煤层者取上限,护巷煤柱(如大巷、带区上下山等)留设时使用安全的前提下,还应便于煤柱回收。
2.7带区巷道布置及支护设计
西一采区的开采方式为综采。
通过开采本工作面,配合顶板走向钻孔、低位高抽巷及另一工作面底抽巷打穿层钻孔抽放等瓦斯综合治理措施,以降低工作面的瓦斯含量和消除瓦斯突出危险,实现安全生产。
本面设计为综采,巷道布置有带区轨道巷、带区运输巷、切眼及石门
各巷道布置具体位置详见设计附图3。
根据该面13-1煤层顶板情况,为节约支护成本和提高掘进速度,设计巷道均采用锚杆支护方式。
带区轨道巷道断面(附图2)及支护参数选取:
断面规格设计为4400×
3300mm,净断面为9.75m2,可满足需要。
顶板支护
顶板支护结构采用:
锚杆+12#槽钢梁+钢筋网。
顶板安装3根锚杆,规格:
φ20×
2200mm,间排距800×
500mm。
安装时,槽钢梁压紧钢筋网,锚杆穿过槽钢梁中孔眼。
巷帮支护
巷帮支护结构:
锚杆+锚条+钢筋网。
巷道上帮布置2跟锚杆,下帮布置1根锚杆,锚杆规格:
1400mm,锚杆间排距,上帮:
800×
1000mm,下帮:
900×
1000mm,矩形布置。
安装时,钢筋梯子梁垂直巷道顶底板,并压紧金属网,锚杆压紧梯子梁。
支护主要技术参数
断面形状:
梯形
巷道掘进断面:
宽×
高=4.4×
3.3=18.9m2(掘)=9.75m2(净);
顶板锚杆:
2200mm;
锚杆孔深:
2100mm;
锚杆间排距800×
500mm;
顶板槽钢梁:
12#槽钢,长度3400mm;
托板:
平托板140×
90×
10钢板;
巷帮梯子梁:
φ16mm园钢焊成,横梁间距离60mm,长度2600mm;
废旧U棚钢板;
巷帮金属网:
长×
宽=2800×
950mm,采用10#铁丝编织,网孔为50×
50mm菱形。
锚固剂规格:
Z2355,锚杆每孔2卷,锚索每孔3卷。
锚索锚固力:
≥200kN;
巷帮锚杆锚固力:
≥60kN;
锚杆破断力:
≥150kN;
树脂锚固剂粘结强度:
≥4Mpa;
锚索安装预紧力:
≥100kN;
帮部锚杆安装扭矩:
≥60Nm;
⑵带区轨道巷道断面(附图1)及支护参数选取:
带区运输巷主要用途是运煤和进风,断面规格设计为4600×
3200mm,净断面为13.44m2,可满足需要。
700mm。
φ16×
1600mm,锚杆间排距,上帮:
高=4.6×
3.2=12.16m2(掘)=9.86m2(净);
700mm;
切眼巷道断面及支护参数选取:
切眼巷道断面规格设计为4.5×
7m,净断面为31.5m2,掘进断面为33m2,可满足生产要求。
顶板支护结构:
锚杆+钢筋梯子梁+金属网。
根据巷道顶板围岩结构,锚杆长度取2.2m。
巷道断面内共布置3根锚杆,安装时,钢筋梯子梁压紧金属网,锚杆、锚索压紧钢筋梯子梁。
巷帮支护
巷道两帮各布置3根锚杆,锚杆规格为φ16×
1600mm,间排距800×
800mm,矩形布置。
矩形
高=3.2×
2.2=7.04m2(掘)=6.30m2(净)
顶板锚索:
φ15.24×
6200mm
2000mm
锚索锚固长度:
1200mm
锚索排距:
800mm
巷帮锚杆:
锚杆锚固长度:
800mm
锚杆间排距:
顶板:
800mm;
巷帮:
顶板梯子梁:
φ16mm圆钢焊接,长×
宽=3000×
60mm;
废旧U棚钢板
宽=2600×
顶板金属网:
宽=3400×
宽=2300×
≥200kN
锚杆锚固力:
≥100kN
≥150kN
≥4MPa
100kN
锚杆安装扭矩:
250Nm
第三章采煤方法
3.1采煤方法
①采煤方法:
根据煤层情况,顶底板岩性等综合考虑,选择合理的采煤方法,主要应以综放和综采为主。
本设计采用综采。
②采高及回采层位的确定:
根据本面煤厚及地质情况,煤厚正常区域,工作面严格跟13-1煤层顶板回采,煤厚异常区域,可根据顶、底板实际情况,适当破顶板或底板,以保证正常回采。
一次采全高。
3.2采煤工艺方式的确定
3.2.1选13-1煤层为对象设置采煤工艺。
由于13-1煤层厚度为4.25m,属于中厚煤层,硬度系数f=2,结构简单,无断层,故可用综合机械化采煤工艺。
综采工作面“三八”制作业形式,即两班采煤,一班准备。
采煤机截深为1.0m,采煤机割煤高度为3.5~6.1m,双滚筒一次采全高。
采煤方法:
本面采用后退式倾向长壁一次采全高综合机械化采煤方法。
1、工艺流程:
割煤→装煤→运煤→移架→推溜→清煤。
如下图:
图6工作面端部割三角煤斜切进刀
2、落煤:
(1)割煤方法:
前滚筒沿顶板割顶煤,后滚筒割底煤,截深800mm。
(2)进刀方式:
端头斜切进刀,双向割煤。
其顺序为:
a、当采煤机割至下(上)机头(机尾)时,待采机以后30米处运输机推靠后,下(上)滚筒下降,上(下)滚筒升起。
采机向上(下)运行,30米范围内只能部分推溜,不得移架。
b、采煤机向上(下)运行,沿运输机弯曲段逐渐切入煤壁,后滚筒割至30米处,既两滚筒全部进入煤壁后停机、推溜、移架,将运输机顺直,下(上)滚筒要升起,上(下)滚筒下降。
采煤机向下(上)割至机头。
c、采煤机向下(上)割到机头(机尾)后,下(上)滚筒下降,上(下)滚筒升起,再向上(下)运行,随着采煤机的运行,移架、推溜正常工作,往复割煤。
3、装煤:
由采煤机滚筒螺旋叶片进行主装煤,利用刮板机铲煤板辅助装煤。
4、运煤:
工作面刮板输送机将煤运到机巷转载机及皮带机。
5、移架:
(1)操作方式:
本架操作,先略收侧护板,后略降架,边拉架边收伸缩梁,移够步距后立即升架,并将护帮板伸至煤壁,同时将侧护板及时伸到位。
(2)支护方式:
采煤机前滚筒割煤后,及时伸出伸缩梁护住顶板,后滚筒割煤后,及时伸出护帮板护住煤帮,移架采用带压移架,少降快拉。
移够步距后立即升架,并将护帮板打至煤壁。
(3)移架顺序:
采取分段追机移架。
(4)端头移架:
先移中间架,后移机头(机尾)端头支架。
6、推溜:
移架后即可进行推溜作业,但要保持推溜与移架作业间距不小于6m,溜子弯曲段不小于15m,且严禁出现急弯。
7、移机头、机尾:
(1)移机头、机尾前必须先检查附近顶板支护情况,及时替掉影响推移步距内的单体支柱。
(2)移机头、机尾时要注意观察其受阻情况,不可强行推移。
(3)移机头、机尾时要将煤机停在距端头10架以外。
(4)推过刮板运输机机头后,要保证其与转载机的合理搭接,减少带回头煤。
(5)移机头、机尾前要先进行清理,机头与转载机的卸载高度保持不小于600mm。
(6)移过的机头、机尾应与刮板输送机成一条直线。
8、各工序作业间距:
(1)割煤与移架间距为:
5m以上;
(2)割煤与推溜间距为:
15m以上;
(3)割煤与端头作业间距为:
20m以上。
3.工作面设备
①支护方式
综采工作面使用ZY6000/24/50型掩护式液压支架支护顶板。
(见工作面使用设备型号及主要技术参数一览表三)
②落煤方式
工作面采用MG1100/2760-GMD型采煤机落煤,其主要技术参数见下表
序号
项目
参数
1
装机功率
2760Kw
2
适应采高范围
3.3-6.1m
3
适应煤层硬度
F≤4.5
4
适应煤层倾角
≤25°
5
滚筒转速:
直径
截深
25.5r/min
2.7m2.8m
3m3.2m
865mm1000mm
6
卧底量
≥200mm
7
牵引速度
0-12.5-25m/min
8
牵引功率
2×
150Kw
9
底托架形式
固定式或可分式
10
采煤机尺寸
16.3m×
3.3m×
2.6m
3.3生产系统
3.3.1运煤系统
①运煤路线
工作面-→带区运输巷-→带区煤仓-→西翼皮带机大巷-→西翼煤仓-→主井-→地面
②运煤设备型号、运煤能力、台数、安装位置
运煤设备
型号
运煤能力(t/h)
台数
安装位置
刮板输送机
SGZ-764/630
1200
工作面
转载机
SZZ-764/160
700
带区运输巷
皮带机
SSJ-1000/2×
250
900
③技术安全规定
(1)出煤系统各巷道要加强维护、清理,坏棚及时加强好,运煤系统内撒落的煤炭及时清理,安全环境保持良好;
(2)机电检修工、开车司机要经过技术培训和专业知识培训,并持证上岗。
出煤系统内机电设备要及时检修、维护,确保运煤设备安全运转。
(3)出煤系统内机电设备要保持完好,皮带机、刮板机保护装置要齐全,皮带机上下托辊运转正常,托架齐全,刮板机刮板、螺栓齐全紧固。
(4)运煤系统内防尘管路齐全,各转载点必须有喷雾装置,并能成雾状,开车、停车时,由司机开启、关闭。
(5)运煤系统内照明、信号装置齐全,司机开车时要集中注意力,发现问题要及时停车,问题处理好后再开车。
(6)人员不准乘坐皮带机、链板机。
(7)皮带机运行时,禁止任何人将身体任何部分伸入底皮带,皮带机头两侧防护拦必须安设齐全。
(8)任何人严禁正对机头方向作业或逗留。
(9)开车司机必须持证上岗,并严禁违章,严格按操作规程执行。
(10)破碎机入料封闭口前必须加设不少于五根防护链,确保人员安全。
3.3.2运料系统
①运料路线:
地面-→副井--→西翼轨道巷-→底板绕道-→带区轨道巷-→工作面
②运料管理
(1)、工作面各种材料必须按照规定按时按量运送到指定位置。
(2)、工作面上、下风巷各种材料必须堆放整齐,并有标志牌。
(3)、采区要在上、下风巷安专人收料,做到材料专人管理。
(4)、上、下风
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