云冈矿8煤层设计分析.docx
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云冈矿8煤层设计分析.docx
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云冈矿8煤层设计分析
1带区基本开采条件
1.1带区概况
采(盘)区或带区位置、边界、开采范围,与邻近采(盘)区或带区关系,采(盘)区或带区开采煤层产状,可采层厚度等,采(盘)区或带区地质构造,采(盘)区或带区水文地质条件。
803带区是矿井首带区,井上位置:
位于工业广场东北部,地表为农田,无其它建筑物,无常年地表水系。
井下位置:
西部东部井田边界为界,西部以801带区与803带区带区边界煤柱为界,附近无其它工作面或采空区。
开采深度为1065~1125米之间。
带区走向长度2280m,倾斜长度约1400m。
运输大巷位于1075水平,回风大巷位于1075水平。
可采煤层8#煤层,8#煤层厚2.8m,倾角2.5°左右,属于近水平煤层。
本带区有俩条断层,一条落差2.9m,另一条落差10.7m。
本区属海河流域、永定河水系、桑干河支系。
井田内最大的河流为十里河,由西向东横穿井田中部。
十里河发源于井田西部左云县常凹村一带,经左云出小站进入大同平原,汇入御河,注入桑干河,河流全长75.9公里,流域面积1185平方公里。
上游河床宽约50米,中游宽约200米,下游宽达500-600米,坡度1-2‰,一般流量0.5-2.0立方米/秒。
井系多出露于十里河附近,为第四系孔隙水及砂岩裂隙水,日出水量为300m3/h。
带区水文地质条件属中等类型。
1.2煤层地质特征
井田地处大同煤田东北角,侏罗系赋煤区北端。
古生界含煤岩系基底为寒武系,其上依次赋存石炭系中统本溪组,上统太原组:
二叠系下统山西组;侏罗系下统永定庄组,中统大同组、云冈组;白垩系下统左云组,上统助马堡组;第四系中更新统、上更新统和全新统。
大同组为主要含煤地层。
8号煤层总体比较稳定,厚度平均2.8m,煤层距地表169—238m,简单无夹石
11号煤层:
以十里河为界,主要赋存在矿井北部,平均2.08m。
煤层距地表190—340m,结构简单,部分含1层夹矸,偶见2层者。
为大部可采的较稳定煤层。
12号煤层:
以十里河为界,主要赋存在矿井南部,上距11号煤层平均近12m。
南部大部与12-2号合并。
厚0—13.83m,平均7.08m。
煤层距地表205—350m,结构一般简单,部分多含1—2层夹矸,有多至3、5层者。
为大部可采的较稳定煤层。
本设计矿井主采8号煤层。
1)瓦斯:
井田内瓦斯含量较高,各煤层瓦斯含量一般小于10m3/t,但8号煤层绝对瓦斯涌出量大于5m3/min,设计按高瓦斯矿井考虑。
2)煤尘:
经鉴定,本井田设计开采的煤煤尘爆炸指数平均为25.3%。
设计按有煤尘爆炸危险考虑。
3.地温
井田内地温仅随深度的增加而增加。
井田平均地温为20.67°C。
2带区生产能力及服务年限
2.1带区储量计算
本设计只对8号煤层803带区进行开采设计,本次储量计算是在精查地质报告提供的1:
5000煤层底板等高线图上计算的,储量计算可靠。
井田范围内的煤炭储量是带区设计的基本依据,煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得,其公式一般为:
Zg=S×M×γ式2-1
式中,
Zg——矿井的工业储量;
S——井田的水平面积,20.02km2;
M——煤层的厚度,8号煤层厚度为2.8m;
γ——煤的容重,8号煤层1.3t/m3。
对于8号煤层:
Zg=S/cosα×M×γ=20.02×2.8×1.3=72.87Mt
2.2带区生产能力
本井田交通方便,通信快捷,水源充足,电源可靠,劳动力丰富,建材供应充分,具有建设大型矿井良好的外部条件。
本设计开采煤层赋存稳定,煤层厚度大部分比较稳定,属中厚煤层(2.8m),煤层平均倾角小,属近水平煤层。
从煤层赋存条件看,本矿井适合建设中型矿井。
综合以上分析,从矿井的外部建设条件,资源条件,开采技术条件以及良好的市场前景看,本设计认为带区规模180万t/a是比较合理的。
2.3带区服务年限
为了保证采(盘)区或带区均衡生产,采(盘)区或带区服务年限应在3~5年以上比较合理。
则矿井设计服务年限为:
T=72.87×82%/1.8=33a
3带区巷道布置
一、提出采(盘)区或带区上(下)山位置、数目方案,进行技术比较,并确定最终方案;要求:
必须提出两种及以上方案进行技术比较。
二、煤柱尺寸的确定;
回采工作面尺寸;
由地质条件、回采工艺方式、运输设备、管理水平、顶板管理能力、采(盘)区或带区斜长等综合考虑予以确定。
三、区段平巷的布置方式(有无煤柱护巷、数目、位置等);
区段斜长和数目的确定;
采用走向长壁采煤法时,根据工作面长度、区段平巷宽度、护巷方式及煤柱
尺寸计算区段斜长,按区段斜长和采(盘)区或带区斜长确定区段数目。
四、采(盘)区或带区上、中、下部车场形式、线路布置和调车方式的确定,并绘制上、中和下部车场说明书插图。
五、采用倾斜长壁采煤法时,确定工作面长度、推进长度及方向、护巷方式及煤柱尺寸、开采条带数目、通风方式等。
六、选择确定采(盘)区或带区巷道断面形式、尺寸和支护方式;
七、确定区段间、条带间的开采顺序。
3.1带区巷道布置方案初选分析
803带区所属8#煤层属近水平煤层,结合《矿井初步设计》,提出以下巷道布置方案:
在带区上部布置两条带区集中巷,即803带区轨道巷和803带区皮带巷,803带区回风巷分别与轨道大巷,运输大巷和回风大巷相接,各区段轨道平巷和区段回风平巷与带区轨道巷和带区运输巷联接。
带区出煤经带区运输巷至带区煤仓,再通过运输大巷到井底煤仓,辅助运输及行人运输通过运输大巷,带区轨道巷,区段回风平巷到工作面。
方案一:
煤巷布置,运输巷、轨道巷、回风巷均布置在煤层中。
方案二:
轨道巷沿煤层布置在底板,运输巷布置在煤层中,回风巷沿煤层顶板布置。
方案三:
岩巷巷布置,运输巷、轨道巷均布置在煤层底板的岩层中。
回风巷布置在煤层顶板岩层中。
3.2确定带区巷道布置的可行方案
方案一,煤巷布置,运输巷、轨道巷均布置在煤层中。
大巷煤层布置,大巷掘进速度快,有利于早投产,前期投入少,但后期煤巷维护费用较高。
方案二,轨道巷沿煤层布置在底板,运输巷布置在煤层中,回风巷沿煤层顶板布置。
方案二轨道巷布置在岩层中,运输巷布置在煤层中,运输巷行人较少,设备简单,轨道巷,辅助运输较多,设备较多,布置在岩层中有利于设备维护。
方案三,岩巷巷布置,运输巷、轨道巷均布置在煤层底板的岩层中。
运输巷、轨道巷均布置在岩层中,双岩巷掘进速度慢,掘进费用高,前期投入较大,后期岩巷维护费用低,需要进行经济比较。
3.3方案比较
因本矿为高瓦斯矿井,所以需要布置三条大巷满足运输、行人和通风的要求。
所以列出以下三条可行性方案进行比较:
方案一:
煤巷布置,回风巷、轨道巷均布置在煤层中。
方案一
方案二:
轨道巷沿煤层布置在底板,运输巷布置在煤层中。
方案二
方案三:
双岩巷巷布置,运输巷、轨道巷均布置在煤层底板的岩层中。
方案三
1.方案技术比较
表4-2带区巷布置方案比较
项目
方案
优点
缺点
方案一
大巷布置在煤层中,掘进速度快,费用低,投产快,轨道巷作为排矸、运料的巷可实现集中运输,便于管理,运输巷作为专用运煤通道设备少,风阻小等优点。
使用双煤巷时,运输巷和与区段运输平巷均采用胶带输送机运输。
区段运输平巷也可分段掘。
受周边采动影响,煤巷维护频繁。
,保安煤柱留设较多。
运输巷,轨道巷专巷专用有利于运煤,排矸和行人,运输安全性高。
方案二
轨道巷布置在岩层中,维护简单,只执行下排矸、运料、行人的工作,任务不重,运输巷布置在煤层里,区段运输平巷和运输巷使用皮带或者刮板机,可实现连续运输。
因此轨巷可使用小功率绞车,带区内双轨巷道少,矿车使用量少,矿车使用量少,运输安全性高。
岩巷掘进费用高,投产慢,采煤面投产前掘进工程量大;刮板或皮带机使用台数较多,需布置带区煤层煤仓和区段溜煤眼,工程量增加。
方案三
轨道巷和运输巷均布置在岩层中,维护简单,只执行下排矸、运料、行人的工作,任务不重,区段运输平巷和运输巷使用皮带或者刮板机,可实现连续运输。
因此轨巷可使用小功率绞车,带区内双轨巷道少,矿车使用量少,矿车使用量少,运输安全性高。
双岩巷掘进费用高,投产慢,采煤面投产前掘进工程量大;刮板或皮带机使用台数较多,需布置带区煤仓和区段溜煤眼,增加了工程量。
综上所述,方案一有较大的优势。
方案一;带区准备方式的优点:
巷道掘进速度快、掘进费用低,不需要开掘溜煤眼,巷道系统简单,运输系统环节少,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;技术经济效果显著。
本设计带区轨道巷,运输巷布置在煤层中,辅助运输采用1.5t固定式矿车。
3.4带区主要巷道参数确定
⑴巷道断面
带区轨道巷断面
轨道巷是布置在煤层中的半圆拱形式的煤巷,支护方式采用锚网+喷射混凝土支护,其中布置900mm轨道,采用综合掘进机组进行施工,月进度为250m/月。
断面及其特征见图4-3和表4-1。
图4-3轨道巷断面示意图
表4-1轨道巷巷道断面特征表
围岩类别
断面/m2
掘进尺/mm
喷射
厚度
/mm
锚杆(mm)
净周长/m
净
掘
宽
高
型式
外露长度
排列方式
间排
距
锚深
规格
L*φ
岩巷
11.5
13.6
4200
3700
100
树脂
100
菱形
800
1500
1500×20
13.1
带区运输巷断面
带区运输巷是布置在岩石中的半圆拱形的岩巷,支护方式采用锚网+喷射混凝土支护,其中布置胶带输送机,采用液压、凿岩台车机械化作业线施工,月进度为120m/月。
断面及其特征见图4-4和表4-2。
图4-4运输巷断面示意图
表4-2运输巷巷道断面特征表
围岩类别
断面/m2
掘进尺/mm
喷射
厚度
/mm
锚杆(mm)
净周长/m
净
掘
宽
高
型式
外露长度
排列方式
间排
距
锚深
规格
L*φ
岩巷
11.5
13.6
4200
3700
100
树脂
100
菱形
800
1500
1500
×20
13.1
区段轨道平巷断面
区段轨道平巷是布置在煤层中的梯形煤巷,支护方式采用锚网+喷射混凝土支护,其中布置900mm轨道,采用液压、凿岩台车机械化作业线施工,月进度为120m/月。
断面及其特征见图4-5和表4-3。
图4-5区段轨道平巷断面示意图
表4-3轨道平巷断面形状特征表
围岩类别
断面/m2
掘进尺/mm
喷射
厚度
/mm
锚杆(mm)
净周长/m
净
掘
宽
高
型式
外露长度
排列方式
间排
距
锚深
规格
L*φ
煤巷
12.4
12.6
4591
2916
100
树脂
100
菱形
800
1500
1500
×20
14.0
区段运输平巷断面
区段运输平巷是布置在煤层中的梯形煤巷,支护方式采用锚网+喷射混凝土支护,其中布置胶带运输机,采用液压、凿岩台车机械化作业线施工,月进度为120m/月。
图4-6区段运输平巷断面示意图
表4-4运输平巷断面形状特征表
围岩类别
断面/m2
掘进尺/m
喷射
厚度
/mm
锚杆(mm)
净周长/m
净
掘
宽
高
型式
外露长度
排列方式
间排
距
锚深
规格
L*φ
煤巷
12.4
12.6
4723
3116
100
帮木锚杆
顶金属加锚索两根
100
菱形
800
1500
1500×20
14.0
⑵掘进方法
带区内巷道主要有两种:
岩巷、煤巷。
掘进带区车场时,采用钻爆法施工,挂腰线掘进;掘进煤巷时,采用配套综掘设备进行落、装煤岩,通过桥式胶带转载机和可伸缩带式输送机运输煤岩。
本设计所选用的配套综掘设备主要为:
EBZ―90型掘进机,QZP―160A型转载机,SSJ800/2×40
型带式输送机。
各设备技术特征见表4-5、表4-6。
表4-5综掘设备技术特征表
(一)
掘进机
转载机
型号
EBZ-90
型号
QZP―160A
生产能力(m3/h)
100
输送能力(t/h)
160
掘进断面积(m2)
4.7~16
输送长度(m)
16
切割高度(m)
4
带速(m/s)
1.6
切割硬度系数
f≤7
输送带
类型
橡胶阻燃带
适应坡度(°)
±16.0
宽度(mm)
650
质量(t)
26.0
驱动滚筒
直径(mm)
400
截割部
切割头型式
横轴式
型号
BYD75—160—6540
电动机功率(kW)
90
功率(kW)
7.5
转速(r/min)
56.48
电压(V)
380/660
截齿类型
镐形齿
数量
1
装运部
刮板机速度(m/s)
0.9
托辊直径(mm)
89
铲板宽度(m)
2.5(可选2或3)
机头可转角度
水平30°,上下15°
行走部
电机功率(kW)
15.5×2
与掘进机搭接形式
铰支座
行走速度(m/s)
0.083
搭接行程(m)
12.5
电气系统
电机总功率(kW)
150
质量(t)
2.9
电压(V)
660
外形尺寸
(长×宽×高mm)
17500×922×654
制造厂家
内蒙古北方重工业集团有限公司
制造厂家
淮南煤机厂一分厂
表4-6综掘设备技术特征表
(二)
可伸缩带式输送机
型号
SSJ800/2×40
输送带
类型
阻燃那输送带
输送能力(t/h)
250
宽度(mm)
800
输送长度(m)
1000
机头外形尺寸
(长×宽×高mm)
5710×1961×142
带速(m/s)
2
机尾外形尺寸
(长×宽×高mm)
16292×1394×655
传动滚筒直径(mm)
500
质量(t)
50.234
托辊直径(mm)
108
电动机
型号
JDSB—40
贮带长度(m)
100
功率(kW)
40
机尾搭接长度(m)
12
电压(V)
380/660
机尾搭接处轨距(mm)
1100
制造厂家
淮南煤机厂
⑶巷道掘进速度
根据邻近矿井或条件类似矿井所达到的巷道掘进速度和施工队伍的技术管理水平分析研究确定巷道掘进速度。
不同机械化程度的巷道掘进速度不宜低于《煤炭工业矿井设计规范》规定。
如表4-7所示。
表4-7平巷掘进速度
掘进机械化程度
巷道煤岩类别
月进度/m
综合机械化掘进机组
煤
400
半煤岩
250
钻爆法
煤
200
半煤岩
150
液压、凿岩台车机械化作业线
岩
120
3.5开采顺序
在同一煤层内,沿倾斜煤层的开采顺序,可分为上行式和下行式开采。
除近水平煤层外,对于缓倾斜、倾斜和急倾斜煤层,根据其采动影响关系,一般只采用下行式开采顺序。
本矿属于近水平煤层,沿煤层倾斜方向上采用下行式开采顺序。
为了保证生产能力,在带区布置俩个综采工作面进行回采。
同采工作面数为2,考虑施工接替等影响因素,本区内最大生产能力按俩个回采工作面进行设计,以一个工作面保证矿井0.9Mt/a的设计生产能力。
3.6带区车场与硐室
带区主要硐室包括带区煤仓、带区变电所等。
⑴带区煤仓
煤仓的形式及参数
井巷式煤仓按煤仓的中轴与水平面的夹角分为垂直煤仓和倾斜煤仓两种。
垂直煤仓一般为圆形断面,圆形断面利用率高,不易形成死角,便于维护,施工方便,施工速度快。
本矿带区煤仓都选用垂直煤仓。
煤仓的断面直径取5m,煤仓高度取20m。
煤仓容量
合理的煤仓容量应在保证正常生产和运输的前提下,工程量最省。
按采煤机连续割煤的产量计算:
Q=Q0+LMbγC0kt(4-1)
式中Q—带区煤仓容量,t
Q0—防空仓漏风留煤量,一般取5~10t
L—工作面长度,m
M—采高,m
b—进刀深度,m
γ—煤的容重,t/m3
C0—工作面采出率;
kt—同时生产的工作面系数,综采时,kt=1
则Q=10+200×2.8×0.6×1.3×95%×2≈840t
则:
选带区煤仓容量为840t。
带区煤仓的支护
本带区煤仓采用砌碹支护,壁厚350mm,为避免堵仓,煤仓下口采用双曲线型,煤仓上口设置铁篦子,防止大块煤及矸石进入煤仓。
煤仓内采取预埋钢丝绳等措施,处理万一堵仓事故。
4采煤方法选择
1、采煤方法选择
根据煤层的开采条件:
如倾角、厚度、顶底板岩性、地质构造以及技术设备条件和发展趋势等进行分析论证,提出技术、经济上合理可行的采煤方法,并确定主要回采工艺。
可以对采煤方法进行技术对比,比如用走向和倾斜长壁。
2、回采工艺
根据采(盘)区或带区选用的主要回采工艺,进行工作面采煤工艺设计。
以机采或综采为主,选择工作面配套的机械设备型号并计算生产能力。
一、破煤与装煤:
选择采煤机型号,确定截深、进刀方式、割煤方式等。
二、运煤:
选择刮板输送机型号,确定铺设和移置方法。
三、支架:
确定采场支护方式、支架材料或型号规格、支护密度、移架方式。
四、顶板管理:
确定顶板管理方法、最大控顶距、最小控顶距等。
五、绘制工作面布置大图(或采煤方法图)。
3、正规循环作业图表
一、选择工作面作业方式、劳动组织形式,进行劳动定员计算,确定工作面循环方式。
二、绘制正规循环作业图、劳动组织表和技术经济指标表。
4、回采巷道超前支护
选择确定区段巷道超前支护段支护方式,并绘制巷道支护示意图。
4.1采煤方法选择
对于缓斜、倾斜、薄及中厚煤层,一般使用单一走向长壁采煤法;倾角小于14°时,则应考虑用倾斜长壁采煤法的可能性。
采用走向长壁采煤法,一般采用全部跨落法处理采空区。
但直接顶为坚硬难跨落的岩层、或受其他条件限制(如“三下”采煤或近距离煤层开采的需要)时,可以考虑采用充填法或刀柱法处理采空区。
对于大型矿井的缓倾斜、中厚煤层,煤层赋存稳定、顶底板较好的走向长壁式工作面,一般应采用综合机械化回采工艺方式即综采;对中型矿井的煤层赋存比较稳定、地质构造不太复杂的工作面,以及不适应综采的大型矿井工作面,可采用高档普采或普通机械化开采的回采工艺方式;对于小型矿井,或受其他条件限制不适于机采的工作面,可采用打眼爆破落煤,单体金属支架的回采工艺方式(简称炮采)。
《设计规范》中规定:
综采工作面的长度,一般应为150~200m,年进度一般为900~1200m;普采工作面长度,一般为120~150m,年进度一般不小于700m;炮采工作面长度,一般为80~120m,年进度一般为420~540m。
对于缓倾斜、倾斜、厚煤层,一般采用倾斜分层下行跨落走向长壁采煤法,分层厚度为1.6~2.5m。
煤层厚度大、分层数目多、工作面推进速度慢、单产低时,可采用分层同采的开采顺序;煤层厚度不太大(如只有两分层),顶板岩石性质有利于形成再生顶板、工作面推进速度快、单产高的综采工作面,可采用分层分采的开采顺序。
本矿井的设计主采煤层8#煤为近水平中厚煤层,厚度为2.8m,煤层的倾角为2°,且顶板条件较好,所以采用走向长壁综合机械化采煤法,采用全部垮落法处理采空区。
⑴确定回采工作面长度及工作面推进度
确定走向长壁式采煤法的工作面长度及推进度,参照《设计规范》的规定和矿井的实际生产经验进行。
综采工作面的长度一般为150~220m,如条件允许可达150~300m。
影响综采工作面连续推进度的主要经济因素是搬家费和巷道掘进费。
在我国当前设备条件下,工作面连续推进方向长度以小于1000~1200m为宜,高产高效矿井推进度可取1000~3000m。
综合考虑,根据矿井的实际情况,开采803带区时将工作面长度定为200m,工作面年推进长度为1188m。
日推进度为3.6m,日进6刀。
⑵确定开采方向
沿煤层倾向开采顺序
合理的开采顺序要能够保证开采水平,带区,采煤工作面的正常接替,以保证稳产高产,符合煤层采动影响关系,合理集中生产,尽量降低掘进率等。
矿井采用双翼开采,有利于矿井的均衡生产和合理配采,有利于矿井通风,运输等生产系统的管理。
对于803带区,采用带区前进式和区内后退式开采,以减少初期工程量和基建投资。
4.2回采工艺
根据采(盘)区或带区选用的主要回采工艺,进行工作面采煤工艺设计。
以机采或综采为主,选择工作面配套的机械设备型号并计算生产能力。
一、破煤与装煤:
选择采煤机型号,确定截深、进刀方式、割煤方式等。
二、运煤:
选择刮板输送机型号,确定铺设和移置方法。
三、支架:
确定采场支护方式、支架材料或型号规格、支护密度、移架方式。
四、顶板管理:
确定顶板管理方法、最大控顶距、最小控顶距等。
五、绘制工作面布置大图(或采煤方法图)。
㈠综采工作面的设备选型及配套
⑴采煤机的选用
用于长壁工作面的采煤机械有采煤机和刨煤机。
综采工作面由于效率较高,一般都采用大功率的双滚筒采煤机。
采煤机的牵引方式有锚链式,适应于倾角0°~35°的回采工作面;无链齿销式,应用于倾角0°~55°的回采工作面。
根据回采工作面的倾角大小,采煤机的牵引方式选为无链电牵引。
采煤机装机功率根据工作面煤质硬度,采高及生产率等要求,参考同类型采煤机的使用条件来选定,类比见表5-1。
表5-1采煤机的使用条件
采高(m)
采煤机功率(kw)
单滚筒
双滚筒
0.6~0.9
0~50
0~100
0.9~1.3
50~100
100~200
1.3~2.0
100~150
200~400
2.0~4.5
150~200
400~1000(注)
因此采煤机选用MG300W型采煤机,其技术参数如表5-2所示。
表5-2MG300W型采煤机主要技术参数
项目
参数
单位
型号
MG300W
——
采高
最低
2.11
m
最高
4.60
m
卧底量
316
mm
截割机构
滚筒直径
1.6,1.8,2.0
m
滚筒数量
2
个
截深
630
mm
牵引机构
牵引方式
无链
牵引力
404
KN
牵引速度
0-6
m/min
电动机
型号
YSKBC-300/300
——
总功率
300
Kw
电压
1140
V
重量
40
t
机面高度
1600
生产厂家
鸡西煤矿机械厂
⑵工作面刮板输送机
刮板机的输送能力必须与采煤机的生产能力相匹配。
选用型号为:
SGZ—730/320型刮板输送机,其技术参数如5-3所示。
表5-3刮板输送机技术参数表
型号
SGZ-730/320
设计长度(m)
200
出厂长度(m)
200
输送量(t/h)
700
刮板链速(m/s)
0.93
链条型式
中双链
电动机
型号
YSB-16
功率(kW)
2×160
电压等级(V)
1140/660
转速(r/min)
1475
刮板链
链规格
26×92—C
破断拉力(kN)
850
中心距(m
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