第四章 井下开采.docx
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第四章井下开采
第四章井下开采
第一节采区巷道布置
一、采区巷道布置
根据确定的六采区巷道布置方案,延伸已有的三条南翼大巷至六采区可采边界作为六采区巷道,分别为六采区带式输送机巷、六采区轨道运输巷及六采区回风巷,轨道运输巷位于西侧,回风巷位于东侧,带式输送机巷位于中间,巷道间距30m,回采六采区巷道以西区域的煤层,工作面由采区可采边界向六采区巷道方向推进。
另外沿原四采区与六采区边界,布置一组六采区东翼巷道,东翼巷道西侧与六采区巷道连接,东侧至采区可采边界,轨道运输巷位于北侧,回风巷位于南侧,带式输送机巷位于中间,巷道间距30m,用于回采六采区巷道以东区域的煤层,回采工作面由采区可采边界或采空区边界向六采区东翼巷道推进。
六采区巷道均沿煤层底板布置,采用锚杆+金属网支护。
六采区巷道布置及机械配备见图4-1-1、图4-1-2。
二、回采工作面布置
根据六采区煤层赋存特征、考虑利用现有采区回采设备及采区巷道布置方案情况,结合设计委托的原则,设计六采区共布置两个回采工作面搭配开采,即在六采区两翼分别布置一个工作面达到矿井设计生产能力。
西翼首采工作面布置在靠近采区可采边界的第三个工作面,即603工作面,煤层平均开采厚度1.5m。
东翼首采工作面布置于靠近南翼大巷附近,即611工作面,煤层平均开采厚度2.5m。
每个工作面长度为150m,根据采区内煤层厚度分布情况,设计603回采工作面生产能力0.45Mt/a,611回采工作面生产能力0.75Mt/a。
回采工作面巷道采用三巷布置,即一条回风巷、一条带式输送机巷及一条轨道运输巷。
其中轨道运输巷与带式输送机运输巷平行布置于工作面一侧,并用联络巷进行联络,一条回风巷平行布置于另外一侧。
上一个工作面的轨道运输巷兼作下一个工作面的回风巷,即接续工作面亦布置三条巷道:
一条回风巷,一条带式输送机运输巷和一条轨
图4-1-1六采区巷道布置及机械配备平面图
图4-1-2六采区巷道布置及机械配备剖面图
道运输巷。
六采区西翼各工作面间采用由北向南顺序开采,两条运输巷间距25m(即留有净宽度20m的煤柱),采区东翼由西向东顺序开采。
第二节采煤方法及工艺
一、采煤方法及采煤工艺
煤层开采条件
1.六采区煤层赋存特征
六采区东西走向长约3.0m南北倾斜宽约1.2~3.1km,采区面积约7.44km2,其中可采面积4.79km2。
采区内仅赋存2煤层,煤层厚度0.70~3.08m,平均厚度1.54m,为中厚煤层,煤层厚度变化较大。
煤层分布由东到西逐渐变薄,靠近四采区煤层厚度最厚,至采区边界变薄。
2.其它开采技术条件
六采区构造以宽缓的褶皱构造为主,地层产状变化不大,褶皱比较发育。
没有断裂构造的存在,无岩浆岩的侵入。
2煤层瓦斯含量较低,属易自然煤层,煤尘有爆炸危险性。
煤层顶底板稳定性较好。
水文地质类型极复杂型。
采煤方法
本矿井四采区目前采用长壁式一次采全高采煤法,全部垮落法管理顶板,六采区为四采区的接续采区,根据六采区煤层赋存特征及开采条件,六采区仍采用长壁式一次采全高采煤法,全部垮落法管理顶板。
采煤工艺
结合目前矿井开采水平,采用综合机械化采煤工艺。
采煤机落煤、装煤、刮板输送机运煤、液压支架支护顶板,端头采用端头支架支护。
采煤工艺系统为:
采煤机落煤装煤—刮板输送机运煤—破碎机—转载机转载—带式输送机运送。
工作面循环作业方式:
割煤→推溜→移架。
1.进刀及割煤方式
采煤机在工作面的进刀方式,将直接影响工作面的工时利用以及采煤机效能的发挥。
根据我国综采工作面的实际情况,设计采用端部斜切进刀,双向割煤方式。
2.移架
工作面实行追机作业,顺序移架。
移架滞后采煤机5m左右进行。
移架时,先收护帮板,同时降立柱,操作移架千斤顶,以刮板输送机为支点向前移架。
移动一个步距后,立即升柱,打出护帮板。
3.推移刮板输送机
在采煤机割煤、移架后推移刮板输送机。
推移刮板输送机滞后采煤机20~25m左右进行,推移刮板输送机时以支架为支点操作手把,并应保证至少有2~3个推溜千斤顶同时动作。
二、工作面参数的确定
1.工作面采高
六采区煤层厚度0.7~3.08m,平均厚度1.54m,结合六采区工作面布置情况,611工作面利用现有四采区回采工作面设备,确定工作面采高2.5m,603工作面开采煤层厚度相对较薄,设计重新配备回采设备,确定回采工作面采高1.5m。
2.工作面长度
根据回采工作面生产能力,确定611工作面及603工作面长度均为150m。
3.工作面推进长度
六采区西翼工作面由西向东推进,东翼工作面由南向北或由北向南推进,结合六采区巷道布置及采区形状,工作面推进长度为800~1800m/a左右。
4.采煤机截深
根据采煤机特征,采煤机截割深度为0.8m。
三、主要采煤设备选型
根据六采区煤层厚度变化大(0.7~3.08m)的特点,采用一套设备不能兼顾薄-中厚煤层开采情况,为合理开采六采区,并结合现有四采区回采设备使用情况,设计将六采区按照煤层厚度划分为两大开采区域,煤层厚度2~3.08m区域采用已有的设备开采,生产能力确定为0.75Mt/a;煤层厚度0.8~2m区域新选一套回采设备进行开采,生产能力0.45Mt/a。
六采区开采时,两个区域各布置一个回采工作面保证矿井设计生产能力。
六采区开采厚煤层区利用现有四采区回采工作面主要设备,薄煤层区新选一套回采设备。
四采区回采工作面(六采区611工作面)已有主要设备参数如下:
1.采煤机
型号:
MG400/930-WD
功率:
930kw
采高:
1.8~3.6m
截深:
800mm
滚筒直径:
1800mm
牵引方式:
电牵引
供电电压:
1140v
机面高度:
1589mm
牵引速度:
0~8.6~12.5m/min
整机重量:
约85t
2.液压支架
型号:
ZZ6000/18/38
架型:
支撑式
控制系统:
手动控制
支撑高度:
1.8~3.6m
支护强度:
0.85Mpa
底板比压:
3.4~4.5MPa
初撑力:
6416kN
工作阻力:
6000kN
支架中心距:
1500mm
泵站压力:
31.5MPa
重量:
约28.6t
3.工作面可弯曲刮板输送机
型号:
SGZ764/2×200
订货长度:
160m
输送能力:
800t/h
电机功率:
2×200kW
供电电压:
1140V
刮板链型式:
中双链
链速:
1.4m/s
中部槽宽度:
1000mm
牵引方式:
齿轮-销轨
4.转载机
型号:
SZZ764/160
长度:
36.5m
输送能力:
1000t/h
功率:
160kW
电压等级:
1140v
链速:
1.87m/s
5.破碎机
型号:
PCM110
破碎能力:
1000t/h
功率:
110kW
电压等级:
1140v
最大入料粒度(宽×高):
724×950mm(长度不限)
排料粒度:
300/250/200/150mm
破碎锤头数量:
8个
6.工作面可伸缩带式输送机
型号:
STJ1000/2×110
功率:
2×110kW;
电压等级:
1140v
运输能力:
800t/h;
运输距离:
1000m
带宽:
1000mm
带速:
3.15m/s
带强:
PVG1250S
驱动装置:
变频电机+减速器
7.乳化液泵站
型号:
GRB-315/31.5
泵站流量:
315L/min
压力:
31.5MP:
功率:
200kW。
8.其他主要设备
除上述主要设备外,还配备有BPW360/16W型喷雾泵站、JH-20型回柱绞车、TXU-150型探水钻机等设备。
主要采煤设备(原四采区)特征见表4-2-1。
表4-2-1主要采煤设备(原四采区)特征表
序号
设备
名称
型号
及规格
单位
主要技术参数
自重
(t)
数量
备注
使用
备用
小计
1
采煤机
MG400/930-WD
台
采高:
1.8~3.6m截深:
800mm;滚筒直径:
1800mm
1
1
2
可弯曲刮板输送机
SGZ764/2×200
台
输送能力:
800t/h;电机功率:
2×200kW;长度:
160m
1
1
3
液压支架
ZZ6000/18/38
架
支撑高度:
1.8~3.8m;支护强度:
0.85MPa;工作阻力:
6000KN;初撑力:
6416KN:
中心距1500mm
100
10
110
4
端头支架
与ZZ6000/18/38配套
组
2
2
每组3架
5
可伸缩带式输送机
DSJ1000/2×110
台
功率:
2×110kW;运输能力:
800t/h;带强:
1250N/mm;带宽:
1000mm;
带速:
2.5m/s.
2
2
6
转载机
SZZ1000/400
台
出厂长度:
50m;输送能力:
2000t/h;功率:
400kW;
刮板链型式:
中双链;链速:
1.87m/s
1
1
7
破碎机
PCM110
台
功率:
110kW;破碎能力:
1000t/h
1
1
8
乳化液泵站
GRB-315/31.5
套
泵站流量315L/min,压力31.5MPa,功率200kW
1
1
三泵两箱
9
喷雾泵站
BPW360/16
套
公称流量360L/min,公称压力16MPa,功率125kW
1
1
两泵一箱
10
小水泵
80WGF
台
电机功率11Kw
2
1
3
11
探水钻机
TXU-150
台
钻孔深度150~200m,开孔直径89mm,终孔直径50mm,功率:
5.5kW
1
1
2
12
单体液压支柱
DZ25-20/100Q
根
支撑高度2000~2500mm,伸缩行程800mm,额定工作阻力200kN,初撑力185.22KN,直径100mm
320
32
352
13
金属钢梁
HDJB
根
160
16
176
薄煤层区回采工作面(六采区603工作面)主要设备选型如下:
开采区域煤层厚度0.8~2.0m,设计按照回采工作面生产能力0.45Mt/a进行设备选型。
1.采煤机
①工作面循环产量:
Q1=B×H×L×γ×C
式中:
B—采煤机截深,0.8m;
H—工作面煤层平均厚度,取1.5m;
L—工作面长度,取150m;
γ—煤层容重,2煤容重1.3t/m3;
C—工作面采出率,取95%。
Q1=B×H×L×γ×C=0.8×1.5×150×1.3×0.95=222.3t.
日循环个数:
为满足工作面日生产能力的要求,工作面日循环个数:
N≥
式中:
N—日循环个数
Q—日产量
按照年产量0.45Mt计算,N=6.1则每日循环个数取6,即每日割6刀。
采煤机平均割煤速度:
Vc=n(L-L1)/(CT-NT1)×60
式中:
Vc—采煤机平均割煤速度,m/min;
N—日进刀数,n=6;
L—工作面长度,150m;
L1—采煤机斜切进刀长度,取25m;
C—开机率%,取60%;
T—日工作时间,三班共取(18-4)h;
T1—滚筒换向、斜切进刀时间,取值40min;
代入数据,则
Vc=N(L-L1)/(CT-NT1)=6×(150-25)/[0.60×(18-4)×60-6×40]=2.84m/min
采煤机最大割煤速度:
Vmax=Kc×Vc
式中:
Kc——采煤机割煤速度不均衡系数,在工作面采煤过程中,采煤机的实际割煤速度是不均衡的,根据现场实测,其服从正态分布规律,用概率统计理论确定的Kc取值一般为1.35。
则采煤机的最大割煤速度为
Vmax=Kc×Vc
=1.35×2.84=3.83m/min
②采煤机理论最大生产率
采煤机理论最大生产率为:
Q=60×B×Hg×Vmax×γ×c
=60×0.8×1.5×3.83×1.3×0.95=340.6t/h
式中:
Q—采煤机理论最大生产率,t/h。
Hg—采煤机割煤高度m,取1.5m;
B—采煤机截深m,取0.8m;
Vmax—采煤机最大割煤速度,m/min;
γ—煤层容重t/m3,1.3t/m3;
c—工作面回采率,取0.95;
③采煤机装机功率
采煤机装机功率取决于煤层硬度、采高、截深、割煤速度。
设计根据能耗系数法估算采煤机装机功率,用下式估算:
P=Q×Hw=340.6×0.9=306.5kW
式中:
N——采煤机装机功率,kW;
Hw——比能耗值,开采硬煤层时取0.9kW·h/t。
考虑本区域煤层厚度变化情况及煤质硬度情况,设计推荐选用MG2×100/460-WD型电牵引双滚筒采煤机,其主要技术参数如下:
总装机功率:
460kW
采高:
0.9~2.3m
截深:
800mm
滚筒直径:
1250mm
牵引方式:
电牵引无链销轨
牵引速度:
0-9.01m/min
供电电压:
1140V
机面高度:
745mm
最大不可拆卸件尺寸:
3900mm×1550mm×510mm
整机重量:
19t
2.液压支架
液压支架是综采工作面主要设备之一,也是工作面装备中投资最多的设备,应把液压支架的可靠性放在首位。
液压支架的选型既要考虑设备先进性,又要考虑性能稳定可靠、经久耐用。
设计液压支架选型基于国内比较成熟的液压支架。
①支护高度
根据划分后的开采煤层厚度情况,回采工作面支架的最大支撑高度为2.0m左右,最小支撑高度0.8m左右。
②支护强度
a.按经验公式计算
P=(6~8)·m·γ
式中:
P——支护强度,t/m2;
m——机采高度,取2.0m;
γ——顶板岩石容重,为2.5t/m3。
P=(6~8)·m·γ
=(6~8)×2.0×2.5
=30.0~40.0(t/m2)=0.30~0.40MPa。
b.根据《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》(MT554-1996)计算
煤层在局部范围内有伪顶存在,厚度0.5m左右,岩性为泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩,较松软。
直接顶厚3.5~38m,一般厚度20m左右,层位稳定,以粉砂岩、细砂岩为主,局部为泥岩或砂质泥岩。
老顶以灰-浅灰白色细粒砂岩为主,厚层状,岩性较坚硬,波状层理,分布稳定,顶板为中等稳定的不易冒落顶板。
直接顶中粉砂岩单单轴饱和抗压强度为25~35MPa,细砂岩单轴饱和抗压强度为25~55MPa,泥岩单轴饱和抗压强度为14.7MPa。
直接顶稳定性分类属于中等稳定-稳定的
-
类。
根据矿井生产经验,基本顶初次垮落步距按40m计算,则基本顶初次来压当量Pe:
Pe=241.3ln(Lf)-15.5×N+52.6×hm
=241.3×ln(40)-15.5×
+52.6×2.0
=855.7kN/m2
式中:
Pe―基本顶初次来压当量,kN/m2;
Lf―基本顶初次来压步距,40m;
N―直接顶充填系数,为直接顶厚度(hi)与采煤高度(hm)的比值;
hm―煤层采高,m。
根据计算的基本顶初次来压当量,初步确定煤层基本顶属I类,因此液压支架的额定支护强度不得低于440kN/m2。
液压支架额定工作阻力计算:
Fs=Ps(Sc·Bc/Ks)
=440×[1.5×(3.8+0.5)/0.6]
=4730kN
式中:
Fs——液压支架工作阻力,kN;
Ps——额定支护强度下限,kN/m2;
Sc——液压支架中心距,m;
Bc——控顶宽度(其值为梁端距加上顶梁长度),m;
Ks——液压支架的支撑效率,取0.6;
设计选用采用ZY5200/09/20型液压支架,其主要技术参数如下:
架型:
掩护式
控制系统:
电液控制
支撑高度:
0.9~2.0m;
支护强度:
0.62~0.77MPa;
工作阻力:
5200kN;
初撑力:
3800kN;
泵站压力:
31.5MPa
支架中心距:
1500mm;
重量:
16t。
3.刮板输送机
工作面刮板输送机能力的计算:
Qq≥·Kh·Kv·Ky·Qm=1.1×1.05×1.1×340.6=432.7t/h
式中:
Qq—输送机运输能力,t/h;
Qm—采煤机落煤能力,t/h;
Kh—采煤机割煤高度不均匀系数,取1.1;
Kv—采煤机与输送机同向运动的修正系数,取1.05;
Ky—运输方向及倾角系数,取1.1。
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