4第四章采区布置及装备.docx
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4第四章采区布置及装备
第四章采区布置及装备
第一节采区布置
一、采区布置
1、煤层赋存条件
井田为四边形,东西1220~1620m,南北1070m,面积1.5194km2。
根据地质报告,井田内4层可采煤层,中组煤中8#煤层大部分可采,煤层平均厚度为1.29m,9-2#煤层大部分可采,煤层平均厚度为0.99m;下组煤16-1#煤层全区可采,煤层平均厚度为2.53m,16-2#煤层全区可采,煤层平均厚度为2.77m。
中组煤8#煤层、10#为近距离煤层;下组煤16-1#煤层、16-2#煤层为近距离煤层;中、下组煤间距65m。
矿井在按30万t/a的规模建设中,风井、主井、副井以及各煤层巷道实见煤层厚度为:
8#煤层厚度2.0-2.6m,平均厚度2.1m;9-2#煤层厚度1.8-2.5m,平均厚度2.0m;16-1#煤层厚度2.3-2.6m,平均2.4m;16-2#煤层厚度2.5-2.9m,平均2.7m。
2、采区布置
矿井划分为东西两个采区。
根据煤层赋存条件,采区布置可采用二种布置方式。
采区布置第一方案:
东翼采区采用倾斜长臂布置工作面;西翼采区采用走向长臂布置工作面。
矿井东、西翼采区集中回风巷、轨道运输巷、集中运输巷均沿井田北部边界布置,工作面由南向北退采。
采区布置第二方案:
东、西翼采区均采用走向长臂布置工作面。
矿井西翼采区集中回风巷、轨道运输巷、集中运输巷均沿井田北部边界布置,工作面顺槽由北向南布置,工作面由南向北退采;矿井东翼采区集中回风巷、轨道运输巷、集中运输巷均在井田中央沿东采区西部边界布置,工作面由东向西退采
第一方案南北采区集中运输巷和轨道运输巷呈一线布置,设备占用量少;单个工作面开采期长,工作面搬家少,因此推荐第一方案为本矿井采区布置方案。
3、采区巷道布置
中组煤由副井1016甩车场及石门穿入各煤层。
在井田北部边界沿煤层布置轨道运输巷、集中运输巷和集中回风巷。
中组煤东翼采区轨道运输巷沿8#煤层布置,集中运输巷、集中回风巷沿9-2#煤层布置;西翼采区中组煤集中回风巷沿8#煤层布置,轨道运输巷、集中运输巷沿9-2#煤层布置。
下组煤由副井942甩车场及石门穿入各煤层。
下组煤东、西采区轨道运输巷沿16-1#煤层布置,集中运输巷、集中回风巷沿16-2#煤层布置。
二、煤层开采顺序
采区内先采上层,后采下层。
在东采区开采的中期布置西采区。
矿井初期布置一个综采工作面,在东采区开采结束前,在西采区西翼再布置一个炮采工作面,将西采区西翼边角煤开采完毕。
采区内工作面均由西向东逐个布置。
三、回采工作面布置
根据煤层间距,回采工作采用重叠布置,上下煤层运输顺槽内错10m布置;回风顺槽外错10m布置。
四、采区煤炭运输和辅助运输、通风和排水方式及设备
(一)采区煤炭运输方式及设备
1、采区煤炭运输
煤炭运输采用机械运输,工作面原煤—→刮板输送机—→转载机—→顺槽可伸缩胶带输送机—→集中运输巷胶带输送机—→煤仓。
2、采区煤炭运输设备
运输设备见第三章第二节。
(二)采区矸石运输方式及设备
1、采区矸石运输方式
采区巷道多为煤巷,半煤岩巷及少量岩巷,掘进时矸石装入矿车,由副井提升至地面。
2、采区矸石运输设备
井下矸石运输选择矿车,矿车规格见第三章第二节。
(三)采区辅助运输方式及设备
1、采区辅助运输方式
西采区轨道巷辅助运输采用调度绞车、东采区轨道巷辅助运输采用无极绳牵引绞车,均配合矿车运输。
2、采区辅助运输设备
调度绞车:
型号JD-55,滚筒直径680mm,电机功率55kw。
无极绳牵引车:
型号JW160/80,滚筒直径1600mm,电机功率55kw。
(四)采区通风和排水方式及设备
采区内通风利用矿井主扇负压通风;采区内积水用KWQB20-75/5-5.5型小泵排出。
五、移交生产时采区及工作面位置、个数
矿井建成移交时,东翼采区西部8#层布置一个回采工作面,即1081工作面。
六、矿井达产时采区及工作面位置、个数
矿井布置一个回采工作面(1081工作面)即可达到设计生产能力。
第二节采煤方法
一、采煤方法的选择及其依据
矿井生产能力为60万t/a,根据各煤层的赋存情况,从安全、经济、实用角度出发,并结合邻近矿井煤矿采用的采煤方法,确定西采区采用走向长壁采煤法,东采区采用倾斜长臂采煤法,综合机械化采煤工艺。
二、工作面采煤、装煤、运煤方式及设备
采煤机:
MG160/390-WD型,液压牵引,电压660/1140V,滚筒直径φ1.25、1.4、1.6m,功率2×160+2×30+11KW,截深0.6、0.63m,采高1.4~3.0m,α≤30°;
可弯曲刮板输送机:
SGZ-630/264,中双链,功率2×132KW,电压660/1140V,450t/h;
可伸缩式胶带输送机:
DSP1063/1000,功率125KW,630t/h,铺长1000m,电压660/1140V,储带长度60m,;
转载机:
SZD-630/75,75KW,660/380V,500t/h,长50m,中双链,行星减速器,伸缩机头;
破碎机:
LPS500,轮式连续500t/h,功率75KW,电压660/380V;
乳化液泵:
WRB200/31.5,功率132KW,两泵一箱,电压660/1140V,流量200L/min,公称压力31.5MPa;
乳化液箱:
RX200/12.5;
喷雾泵站:
XPB250/5.5,功率30KW,电压660V,250L/min;
钻机:
TXU-75A,功率4KW,电压660V。
三、工作面管理方式及支护设备
井田内煤层顶底板以粉砂岩为主,次为泥岩。
实验结果表明砂岩抗压强度一般为392.5~903kg/cm2,泥岩抗压强度为189.5~1024kg/cm2。
顶底板属中等稳定,但在地下水的作用下,岩石强度将会下降。
根据《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》(MT554-1996)和《缓倾斜煤层采煤工作面底板分类》(MT553-1996),煤层顶板属II级2类,底板为III类。
国内外长壁工作面生产经验表明,液压支架是工作面装备中对生产能力影响最大的设备,因此必须把支架的可靠性放在首位,不但要稳定可靠,故障率低,而且使用寿命长,结构型式简单实用,支架工作阻力不断增大。
支架支护强度按倍数岩重法:
q=n×γ×M
式中
q--------支护强度,KN/m2
n--------不同顶板条件下的倍数,中等稳定顶板取6~8,本计算中取n=8
γ-------岩石密度,KN/m3,γ=23.0KN/m3
M--------采高,m,m=2.1m
q=8×23.0×2.1=386.4KN/m2
P=q×L×B/N=386.4×3.70×1.5/0.80=2680.65KN
式中
P--------综采液压支架工作阻力,KN;
L--------掩护式综采液压支架顶梁末端到煤壁的距离,一般在3.70m左右;
B---------综采液压支架中心距,m,B=1.5m;
N---------综采液压支架支撑效率。
根据支护强度的计算,结合本矿井煤层顶底板情况、倾角和煤层赋存条件,工作面初选ZY2800/14/32型掩护式液压支架,支架高度1.4m~3.2m,工作阻力2800kN,推移行程0.8m,支架中心距1.5m,初撑力2000kN,对底板比压1.2MPa,支护强度0.63MPa。
煤层底板泥岩最小实验抗压强度值为18.57MPa,考虑地下水的软化作用(泥岩软化系数经验值为0.4~0.6),长期渗水工作面底板的极限比压约降为无水条件下的1/3~1/7,即煤层底板的容许比压约为5.5~2.6MPa,可满足所选液压支架的需要。
支护强度0.63MPa,满足煤层顶板支护需要。
支架移架方式均采用电液控制系统并要求与采煤机实现联动,能显示采煤机、支架工作状态,故障情况,具有随机操作和成组操作功能,移架速度低于10s。
支架整体顶梁钢性结构,应有防倒防滑及调架装置。
2、配套乳化液泵站
支架的快速、安全操作是实现高产高效的前提,而支架的移架速度主要取决于支架液压系统的流量。
为了适应综采工作面快速移架、推移输送机的需要,选用WRB200/31.5型乳化液泵站(两泵两箱),其主要技术参数如下:
流量:
200L/min
压力:
31.5MPa
单机功率:
132kW
电压:
660/1140V
3、工作面支护及顶板管理
工作面支护:
工作面采用二柱掩护式液压支架支护顶板,上下端头各使用2架端头液压支架支护。
顶板管理:
煤层属中厚煤层,赋存较稳定,且煤层结构简单,顶底板以粉砂岩为主,次为泥岩,单向抗压强度一般为392.5~903kg/cm2,但遇水易软化,顶板属易冒落及中等冒落顶板。
根据顶板岩性结构,参照邻近矿区的生产经验,回采工作面移架后,顶板岩石可自行跨落,无需强制放顶。
因此,顶板管理采用全部陷落法管理。
(二)超前支护
上下端头各使用2架端头液压支架支护。
端头支架以外,采用Π型钢梁配合单体液压支柱架设抬棚进行支护。
超前支护距离不小于20m。
四、顺槽辅助运输
(一)、辅助运输系统的组成
根据煤层赋存条件和开拓方式,在矿井投产的初期,辅助运输系统流程为副斜井→中部车场→中组轨道运输巷→工作面顺槽→工作面,在全矿井生产后期,辅助运输系统流程为副斜井→下部车场→下组煤轨道运输巷→工作面顺槽→工作面。
矿井初期生产时,投产的工作面为1081工作面。
(二)、辅助运输方式比选
副斜井由于倾角较大,只能采取绞车提升的方式;对于工作面,只有在搬家时才有辅助运输任务,其倾角在0°~20°之间,可采用无轨胶轮车加绞车的运输方式,或采用绞车提升方式;对于工作面顺槽,倾角在0°~8°之间,可以采用无轨胶轮车、胶套轮机车、无级绳连续牵引车或单轨吊。
就本矿井而言,煤层顶底板为砂岩时抗压强度大,但为粉砂岩、泥岩时易塌陷,而炭质泥岩及泥岩在地下水作用下,易膨胀引起冒顶和鼓底发生,所以本矿不宜采用单轨吊运输方式。
对于胶套轮机车,运行的最大坡度一般为5°~6°,但使用条件要求机车运行的巷道干燥,一旦有水容易打滑,其速度、牵引力等技术数据会大幅度降低,在3°~4°的坡度都很难保证其设备的运行能力。
国外也多用在车场调车,用于长距离运输的很少,对于煤矿井下巷道条件差,湿度大,特别是工作面顺槽起伏变化大,易积水,因此也不适宜胶套轮机车运输方式。
为确保设计选用的设备安全可靠,设计不予推荐。
由于矿井初期辅助运输系统由副斜井、轨道运输巷和工作面顺槽组成。
而副斜井只能采取绞车提升的运输方式,所以,辅助运输的比较就集中到了轨道运输巷和工作面顺槽运输的比较。
通过分析、比较,从安全、可靠等角度出发,本矿井东翼轨道运输巷采用无级绳连续牵引车;西翼轨道运输巷采用调度绞车;工作面顺槽的运输方式采用调度绞车。
(三)、工作面顺槽辅助运输设备选型
东翼轨道运输巷选用JW-1600/80无极绳连续牵引车1台,西翼轨道运输巷选用JD-45调度绞车1台,工作面回风顺槽选用JD-45调度绞车2台。
五、工作面回采方向与回采顺序
工作面采用走向长壁后退式回采,两采一准。
采区内工作面接替采用自西向东、自上而下顺序回采。
六、回采工艺及工作面生产能力
(一)回采工艺
1、综采工作面循环及作业方式
以移架为标志,沿工作面每割一刀,工作面向前推进一个截深的距离,随即完成清理浮煤、修整工作面、推移输送机和移架等全部工序后即完成一个循环。
综采工作面的作业方式和矿井工作制度一致,采用三班制(两班采煤、一班准备)。
劳动组织形式可采用分段接力追机作业,既可减轻劳动强度,又能充分利用工时。
2、工序安排
以采煤机割煤为中心,使采煤机割煤、移输送机、移架三个主要工序合理配合。
根据顶板及煤壁情况,采煤机割煤后,先移输送机,再移支架,采煤工艺过程为采煤→移输送机→移架。
(1)采煤机割煤方式
采煤机采用工作面端部斜切进刀,双向割煤方式。
(2)移架方式
移架方式采用成组整体依次顺序式,每组2架。
(二)工作面生产能力
1、工作面年推进度
在工作面长度一定的条件下,回采工作面推进度主要取决于采煤机截深、牵引速度和开机率。
根据近年百万吨工作面统计,采煤机开机率为50~65%,部分矿区已达到70%以上。
世界先进采煤国家开机率达到70%~90%,根据目前国内采用新设备的大型矿井调查,开机率提高较快,一般在0.5~0.7之间。
设计考虑煤层倾角较大,工作面开机率取0.5。
采煤机割煤速度与采煤机本身性能及移架速度有关。
本设计工作面液压支架采用电液控制系统实现快速移架,采煤机为大功率电牵引采煤机,采煤机平均割煤速度按3~5m/min考虑。
工作面设备开机率按0.5,
割煤速度3.0m/min考虑,
则:
每刀割煤所需时间160/3.0=53.3min;
每日有效工作时间8×2×0.5×60=480min;
每日计算进刀360/53.3=9.0刀,设计取8刀;
年推进度8×0.63×330=1663.2m。
由于本矿井工作面倾斜长度只有960m,只够200天的生产能力,因此工作面每年都需要搬家。
而综采工作面搬家一般需要2-3个月,本矿井取搬家时间为3个月(90天),因此矿井实际年生产天数为240天,则工作面年推进度实际为:
实际年推进度8×0.63×(330-90)=1209.6m
2、工作面年生产能力
首采面八煤容重1.5t/m3,平均采高2.10m,工作面回采率为0.95,则:
八煤工作面年产量:
Q=1209.6×1.5×0.95×2.10×160=.48吨=57.92万吨。
考虑5%的掘进出煤,则掘进煤量为2.90万吨。
则矿井一个采煤工作面的年生产能力为60.82万吨,满足矿井设计年生产能力要求。
七、采区及工作面回采率
本矿井初期主采煤层8#煤厚度平均为2.1m,为较稳定中厚煤层。
根据《煤炭工业矿井设计规范》规定,凡中厚煤层采区回采率为80%,工作面回采率为95%。
故工作面回采率均取95%,采区回采率均取80%。
保证采区和工作面回采率应采取的措施主要有以下几点:
1、遵循下行开采的技术原则,避免下部煤层回采对上部煤层的采动影响和破坏。
2、薄厚煤层之间要合理搭配,避免吃肥丢瘦。
正规工作面和零散块段以及巷道煤柱回收要合理安排,以免长期搁置造成开采困难和增加丢煤损失。
3、加强矿井地质勘探,进一步控制煤层的厚度及构造的变化情况。
同时积极进行复杂构造煤层采煤方法的研究,不断总结经验,使构造对工作面生产能力及回采率的影响降到最低程度。
4、加强采区和工作面回采率的管理,采取必要的奖惩激励机制。
八、生产时主要材料消耗指标
参照邻近生产矿井资料,结合本矿井的实际情况,预计生产时主要材料消耗指标如下:
坑木:
10m3/万t
火药:
200kg/万t
雷管:
500发/万t
钢材:
7t/万t
第三节巷道掘进
一、巷道断面和支护形式
工作面运输顺槽,矩形断面,锚杆支护,宽3.5m,高2.5m,净断面8.75㎡;回风顺槽,矩形断面,锚杆支护,宽3.4m,高2.5m,净断面8.5㎡;切眼沿煤层掘进,矩形断面。
二、巷道掘进进度指标
8#、9-2#煤层半煤岩巷道综掘进度指标为500m/月;炮掘进度指标为160m/月。
三、掘进工作面个数、掘进机械配备
矿井移交生产时,8#层有1个综掘工作面,编制为掘进一组,负责回采巷道掘进;矿井采区接续和延深时,再增加1个炮掘工作面,编制为掘进二组。
综掘掘进组配备设备有:
EBJ-132A型综掘机、DEQ65/30转载机、DSJ65/10/40可伸缩胶带运输机、ZMS1.2A型煤电钻、EBJ2-2.0型岩石电钻、JD25调度绞车、对旋式FBD-№5-2*7.5KW局部通风机、25WG污水泵、KWQB20-75/5-5.5型水泵、TXU-150钻机、MYT-120锚杆液压钻机、JZB-1激光指向仪、Φ500强力正压阻燃抗静电风筒等。
炮掘组配备掘进设备有:
ZMS1.2A型煤电钻、EBJ2-2.0型岩石电钻、ZY-24气腿式凿岩机、P30-B型耙斗装岩机、对旋式FBD-№5-2*7.5KW局部通风机、MYT-120锚杆液压钻机、FG8.3风镐、JZB-1激光指向仪、TXU-150钻机、Φ630强力正压阻燃抗静电风筒、TY-A钻研布孔仪、MFB-100发爆器、P4混凝土搅拌机、FS-1混凝土喷射机械手、MLC-IB混凝土喷射除尘器、HPC-V混凝土喷射机等。
采掘设备配备见图(C1308-163-1)。
四、矿井生产时采掘比例和矸石率预计
矿井生产时采掘比例约为60米/万吨。
根据各煤层夹矸情况及所采用的采煤方法,预计煤矸石率3%。
五、移交生产时井巷工程量
矿井移交生产时井巷工程量见下表
井巷工程量汇总表
巷道名称
煤岩
类别
原有
长度
(m)
新设计
长度
(m)
断面
类型
支护方式
掘进
断面
(m2)
净
断面
(m2)
倾角
(度)
备注
主井
岩
720
半圆拱形
锚喷/砌碹
9.30/10.55
8.5
25
其中:
砌碹235m
副井
岩
596
半圆拱形
锚喷/砌碹
8.82/10.06
8.03
25
其中:
砌碹385m
风井
岩
224
圆形
锚喷
8.55/10.17
7.07
90
混凝土浇筑35m
1016车场
岩
32
半圆拱形
锚喷
11.12
10.28
双轨;道岔3
1016石门
岩
48
半圆拱形
锚喷
11.12
10.28
单轨
变电所
岩
26
半圆拱形
锚喷
11.12
10.28
单轨;道岔1
集中回风巷通路
煤
29
矩形
锚喷
9.36
8.50
集中运输巷通路
岩
30
矩形
锚喷
9.36
8.50
轨道运输巷
煤
204
724
矩形
锚喷
9.36
8.50
单轨;道岔4
集中回风巷
煤
95
1422
矩形
锚喷
9.36
8.50
4
集中运输巷
煤
112
894
矩形
锚喷
9.36
8.50
4
单轨
1081回风顺槽
煤
553
489
矩形
锚网
9.36
8.50
5
单轨
1081运输顺槽
煤
704
292
矩形
锚网
9.36
8.50
5
单轨
1081切眼
煤
160
矩形
锚网
9.36
9.36
10
联络巷
煤
54
矩形
锚喷
9.36
8.50
煤仓
岩
12
圆形
锚网喷
8.55
7.07
90
995车场
岩
46
半圆拱形
锚喷
11.12
10.28
双轨;道岔3
995水仓
岩
142
半圆拱形
锚喷
7.13
6.44
单轨;道岔1
泵房、管子道
岩
45
半圆拱形
锚喷
13.88
12.89
单轨;道岔1
995车场通风绕道
岩
56
半圆拱形
锚喷
5.77
5.14
合计
3385
4324
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- 4第四章 采区布置及装备 第四 采区 布置 装备