煤矿综采方案.doc
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1、川煤集团广旺能源公司石洞沟煤矿综采方案四川华蓥山广能集团嘉华机械有限责任公司二一四年四月目录第一章 工作面基本地质条件11.1 煤层地质情况11.1.1 地层11.1.2 构造21.2工作面基本情况:31.2.1 煤层31.2.2 煤质31.2.3 K13煤层4第二章 综采可行性分析52.1 我国大倾角煤层综采简况52.1.1 大倾角煤层综采的突破52.1.2 第二代大倾角煤层综采62.1.3 第三代大倾角煤层综采82.2石洞沟煤矿上综采成功的可能性152.2.1、上综采的主要难点152.2.2、石洞沟煤矿能否克服上述难点的分析162.2.3 、 石洞沟煤矿上大倾角大采高综采的有利因素172.
2、2.4、 成功的可能性结论17第三章 设备配套选型情况183.1 方案配套原则183.2 采煤机的选型183.2.1 工作面日进尺按如下公式计算183.2.2 采煤机的日切割总长度核算193.2.3 采煤机切割速度的选择和开机率193.2.4 采煤机小时生产能力核算203.2.5 采煤机割煤功率计算203.2.6 采煤机选型213.2.7 采煤机主要技术参数213.2.8 采煤机主要特点223.3 刮板输送机选型233.4 转载机选型243.5 破碎机选型263.6胶带输送机及其参数27第四章 支架方案284.1 液压支架工作阻力的计算284.1.1 液压支架高度284.1.2 支架支护强度计
3、算284.1.3 支架工作阻力的确定304.2 液压支架技术参数304.3 支架的结构特点324.4 端头支架334.5 工作面主要配套设备及预算表364.6相关图纸374.7 本配套的主要特点394.8 电液控系统394.8.1 电液控整体介绍394.8.2产品指标414.8.3 电液控系统主要功能454.8.4本套电液控484.8.5使用电液控的要求48第五章 综采技术服务方式50第六章 急倾斜综采工作面产量预计51第七章 效益分析52第八章 结论53第一章 工作面基本地质条件1.1 煤层地质情况1.1.1 地层区内出露地层由老到新为:三叠系上统须家河组第六、七段(T3xj6、T3xj7)
4、,侏罗系下统白田坝组(J1b),侏罗系中统千佛岩组(J2q)及下沙溪庙组(J2xs)。地层走向北75东左右,倾向南东,倾角3159,煤层均含于须家河组第七段中。现将区内地层由新到老分述如下: 第四系(Q)厚010m为地表岩石风化后形成的坡积、残积碎石、砂土、亚砂土等。主要分布于山间冲沟两侧及地势低洼处。 侏罗系中统下沙溪庙组(J2xs)岩性为灰色厚层状细至中粒砂岩、紫红色泥岩夹灰绿色中厚层状粗粉砂岩及灰色中厚层状细粒砂岩。 侏罗系中统千佛岩组(J2q)厚277m灰色薄至中厚层状粗粉砂岩,夹细粒砂岩及泥岩,顶部夹紫红色泥岩和灰绿色粗粉砂岩,底部为一层灰白色中厚层状石英细粒砂岩。 侏罗系下统白田坝
5、组(J1b)厚357m为含菱铁矿地层,按岩性不同分为四段,分述如下:第四段(J1b4):灰色、暗灰色薄层至中厚层状粗粉砂岩夹细粒砂岩和泥岩。下部泥岩含煤及煤透镜体,底部为一层灰色厚层状细至中粒石英砂岩,平均厚274m。第三段(J1b3):浅灰色厚层状砾岩,砾石成分主要为石英和少许燧石,硅质胶结,砂质充填,半滚圆状,平均厚20m。第二段(J1b2):灰色薄至中厚层状粗粉砂岩夹泥岩及中至厚层状细至中粗砂岩,含菱铁矿层及菱铁矿结核115层,底部23层较稳定,平均厚20m。第一段(J1b1):浅灰色厚层状砾岩,砾石成分主要为石英和少许燧石,硅质胶结,砂质充填,半棱角状至半滚圆状,平均厚43m。 三叠系
6、上统须家河组(T3xj)为含煤地层,岩性主要是砂岩、页岩、砂质页岩及砾岩,含煤、菱铁矿。按岩性不同分为七段,矿区出露第六、七段分述如下:第七段(T3xj7):灰色薄至中厚层状钙质粗粉砂岩、深灰色中至厚层状细至中粗砂岩、浅灰色粗砂岩夹细砂岩,含煤六层(K5、K9、K10、K11、K12、K13),顶部夹12层透镜状菱铁矿,平均厚149m。第六段(T3xj6):浅灰色、灰色厚层状中至粗粒砂岩,中下部含细砾岩,含黑色矿物及白云母片,平均厚度40m。1.1.2 构造 褶曲井田位于大两会背斜南翼,为简单单斜构造。井田内沿走向和倾向都有一定程度的舒缓波状起伏变化。在冯家塘37勘探线以西,地层倾角浅部为51
7、左右,深部变缓至45左右,37勘探线以东、地层倾角浅部47左右,深部变陡至59左右。此外,由西向东,还分别在二平井西煤巷16至18石门、6至7石门、石洞沟东坡地表、二平井煤东巷900m处,见到次一级小型褶曲,并依次向南东10、35、56方向倾伏。 断层井田内仅发现如下四条断层:F4断层:位于文城寨北,地表延伸方向北21东,长490m,东盘南移,西盘北移,具右旋性质,断层面走向北52东,倾向南东,倾角55。水平地层断距60310m。F3断层:位于石洞沟西坡,地表延伸方向北66西,长320m,东盘北移,西盘南移,具左旋性质,断层面走向北68西,倾向南西,倾角5666。水平地层断距30m。F2断层:
8、位于石洞沟东坡,地表延伸方向北80东,长210m,东盘南移,西盘北移,具右旋性质,断层走向北50东,倾向南东,倾角60左右。水平地层断距12m。F1断层:位于碗厂沟西坡,地表延伸方向北69东,长140m,东盘南移,西盘北移,具右旋性质,断层面走向北37东,倾向南东,倾角67。水平地层断距20m。上述断层都分布在煤系顶部的千佛岩统第一层内,且均为正性平移断层。从小型褶曲和平移断层的分布位置来看,它们之间存在着一定的内部联系,两者在空间位置上几乎相伴而生,不过小型褶曲形成于塑性岩石的须家河统第七层地层内,平移断层则形成于脆性岩石的千佛岩统第一层地层内,显示出塑性岩石和脆性岩石在同一应力作用下产生不
9、同性质构造变动的特点。从井田开采的角度看,本区虽存在一些小型褶曲和平移断层,但规模很小,且断层仅破坏了煤层上部的菱铁矿,不影响煤层开采,故本井田地质构造简单。1.2工作面基本情况:1.2.1 煤层井田内主要含煤地层为三叠系上统须家河组第七段,含可采煤层K10、K11、K12、K13四层,其中K13为主要可采煤层。各可采煤层情况由上至下,简述如下:K10煤层(俗称大夹炭),下距K11煤层0.53.5m,矿区西界至38线间可采。一般含夹矸03层,夹石厚度0.00.26m,煤层厚度一般0.440.59m,平均厚度0.5m,属局部可采薄煤层,煤层倾角4556,平均倾角45。煤层顶板岩性为泥岩、粉砂岩,
10、底板岩性为泥岩、钙质粉砂岩。K11煤层(俗称小夹炭),下距K12煤层1118m,矿区西界至38线间可采。一般含夹矸12层,夹石厚度0.100.20m,煤层厚度一般0.801.40m,平均厚度1.0m,属局部可采薄煤层,煤层倾角4556,平均倾角52。煤层顶板岩性为泥岩、炭质泥岩、钙质粉砂岩,底板岩性为泥岩、粉砂岩。K12煤层(俗称夹炭),下距K13煤层1.02.3m,矿区西界至38线间可采。一般含夹矸23层,夹石厚度0.130.25m,煤层厚度一般0.770.89m,平均厚度0.8m,属局部可采薄煤层;煤层倾角4556,平均倾角45。煤层顶板岩性为泥岩、炭质泥岩、粉砂岩,底板岩性为泥岩、粉砂岩
11、。K13煤层(俗称七连子),全区可采。一般含夹矸310层,夹石厚度0.401.50m,煤层厚度一般1.774.78m,平均厚度2.1m,属中厚煤层;煤层倾角4558,平均倾角53。煤层顶板岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩,底板岩性为泥岩、粉砂岩。1.2.2 煤质灰份:原煤灰份一般为14%25%,少数大于30%;精煤灰份一般为5%8%,属中高灰份煤。灰份熔点一般在12501500之间,属高熔点灰份。硫份:精煤和原煤全硫含量一般低于1%,在0.45%0.60%之间,属低硫煤。磷分:原煤含磷一般为0.02%0.06%,最高0.09%属中磷煤。煤质牌号:属瘦煤牌号,精煤挥发份一般为14%16%;Y值一般为08
12、mm,粘结性为45。可燃体发热量为29308.0J/kg,是较好的炼焦配煤和动力用煤。1.2.3 K13煤层根据石洞沟矿计划,首采工作面煤层为K13煤层,其的基本情况如下:煤层厚度:最小1.11m,最大4.73m,通过对现场的资料统计,见煤点有64个,其中4m以上的有6个点,占总量的9.375%;3-4m的有19个点,占总量的29.68%;2m以下有8个点,占总量的12.5%;其余为2-3m点数为31个点,占总量的48.445%。煤的硬度f=23;首采面工作面长度(m):140米;走向长度(m):2200米;工作面倾角(度):地质资料煤层倾角4558,平均53;现场巷道测量48-52,平均50
13、。采煤工艺:走向长壁采煤法,一次采全高;涌水量:正常涌水量为113m3/h,雨季最大涌水量为208m3/h。瓦斯情况:相对瓦斯涌出量为5.74m3/t、绝对瓦斯涌出量为3.74m3/min。该矿属瓦斯矿井。煤自燃发火期:K13为三类不易自燃煤层。工作面其它影响回采因素情况:断层构造有一定的影响。顶底板情况:K13号煤层:煤层顶板岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩;底板岩性为泥岩、粉砂岩。第二章 综采可行性分析2.1 我国大倾角煤层综采简况2.1.1 大倾角煤层综采的突破综采是目前世界上最先进的采煤方法,它用人少、产量高、顶板安全好、工人劳动强度低、煤炭回收率高、万吨掘进率低。但综采自上世纪问世以来,很多
14、年内都只能用于25度以下的缓倾斜煤层。由于综采的优点十分突出,而倾角越大的煤层用传统采法开采时又越困难,因而综采在缓倾斜煤层开采成功后不久层,不少国家就开始了将综采用于25度以上的大倾角煤层的探索试验,但都未取得好效果。尤其是在倾角大于35度的煤层。上世纪80年代我国第一次从国外引进大倾角煤层综采设备,那次引进了波兰、苏联等国家的大倾角综采成套设备,让一些矿务局应用,结果没有一家成功。比如引进的波兰大倾角综采成套设备,设计适应最大倾角55度,南桐矿务局在近40度倾角的工作面试验就失败了,支架滑到了机巷里。攀枝花矿务局引进两套,在不到40度倾角的工作面试验只推进几十米就宣告失败。新汶矿务局则把它
15、改用于缓倾斜煤层。攀枝花矿务局从苏联引进的急倾斜薄煤层综采设备也没试用成功。1985年我国煤炭部曾立项研制大倾角煤层综采成套设备。那次研制历经八年,1993年才在沈阳矿务局红菱煤矿进行工业性试验。由于试验效果不理想等原因,尽管1994年煤炭部评了科技进步三等奖,试验面完后该矿就没再使用。四川华蓥山矿务局绿水洞煤矿开采平均2.8m厚的中厚煤层,井下煤层为背斜构造,越往背斜两翼煤层倾角越大。1981年投产时开采背斜轴附近,煤层倾角较小,用走向长壁机采或炮采。进入90年代后,煤层倾角已超过30度,走向长壁炮采或高档普采越来越困难,到1993年开采6112工作面时,其困难到了难以克服的程度:该面最大倾
16、角40度,平均倾角37度,工作面长约60m,高档普采,第一、二个月平均月产仅5800吨,第三个月又发生了一起罕见的顶板事故,一块7.51.50.8m的顶板岩石从上隅角切顶线外侧冒落下来窜进工作面,推倒工作面沿途单体支柱一直窜到了工作面下口,打死一人。这时,下一步矿井用什么方法采煤这一严峻问题不仅摆在了全矿职工面前,也摆在了矿务局面前(该矿当时是全局最大的矿)。经全国考察也没找到好采法,但认识到只有综采成功了才能同时解决产量低、安全差、职工劳动强度大、煤炭回收率低这四个问题。因而,他们一边暂改用刀柱法采煤,一边请求四川省煤管局将攀枝花矿务局因未试验成功而闲置多年的波兰综采成套设备借给他们试验。1
17、994年初到1995年下半年,他们在33度倾角的5631工作面试验一年半仅采出3.2万吨煤,试验遭到了惨重的失败。1995年波兰综采试验失败后,矿务局内部对还要不要机械化的斗争异常激烈,由于有一批长期积累了经验,并确信下次定能成功的技术人员坚持和局长支持,因而最终决定矿务局自己牵头重搞国产大倾角综采。1996年作方案,1997年设备订货和加工制造,1998年下井试验,1999年成功后获四川省科技进步一等奖,其技术水平的专家鉴定结论是“国内领先,国际先进”。项目成功后,工作面年产量逐年提高,第一年约20万吨,第二年30万吨,过后40万吨、50万吨。绿水洞煤矿大倾角综采成功后,通过中央电视台等媒体
18、的传播,在国内引起了轰动,1999-2010年来参观学习和培训人员的单位已有20个省市的100多个国内煤矿及越南、加拿大、乌滋别克斯坦、格鲁吉亚等的国外煤矿。通过参观学习和培训人员,甘肃省的靖远矿务局、华亭矿务局;新疆焦煤集团;四川省的攀枝花矿务局等都先后推广成功。2.1.2 第二代大倾角煤层综采2.1.2.1 第二代大倾角煤层综采需解决的主要问题2006年前,国内推广的大倾角煤层综采都是绿水洞煤矿1999年成功的第一代技术,应用的煤层倾角较小,平均倾角小于40度。多年的生产实践告诉他们,第一代大倾角综采技术用于倾角小于煤炭自溜角度(约40度)的工作面尚可,当工作面倾角超过煤炭自溜角度,即工作
19、面运输机不开动煤炭也会自溜时,工作面安全问题严峻,产量锐减。急需解决以下问题:(1) 工作面煤矸下滚下窜伤人问题。当工作面倾角超过煤炭自溜角度时,采煤机割下的煤、工作面片帮冒顶垮下的煤矸、移架时液压支架顶梁上漏出的煤矸等,都会加速向下飞窜,飞窜的一部分会进入工作面伤人。(2) 下出口安全问题。大倾角煤层综采的端头支架过去没有使用成功,工作面下出口只好用单体柱支护。当工作面倾角超过煤炭自溜角度时,采煤机割下的煤等加速下窜,到达工作面下出口时的冲击力很大,无法确保下出口通过人员和作业人员安全,无法确保通风安全。倾角越大,下出口支护和安全防护工作的难度越大。(3) 工作面运输机可靠防滑问题。过去工作
20、面运输机可靠防滑问题一直未解决好,只好将工作面布置成伪仰斜,让前移运输机时产生的向上分量来抵消每循环的下滑量。伪仰斜却带来煤壁片帮加重、液压支架挤架、在工作面液压支架间排列呈锯齿状、伪仰斜的度难掌握好等等一系列问题。因此,随着工作面倾角的进一步增大,解决工作面运输机可靠防滑问题越来越急迫。(4) 液压支架可靠防倒防滑问题。液压支架防倒防滑是靠顶梁侧护板千斤顶、掩护梁侧护板千斤顶、底座调架梁千斤顶。实践表明,将这5-6根千斤顶推出再降架移架时,支架就移不动(因与上下支架间的夹持力太大);不推出这些千斤顶降架移架时,移架过程中支架就有少量下滑下倒,而支架下滑下倒在上方产生的间隙却立即被涌入的煤矸所
21、占据,支架移到位后再用这5-6根千斤顶企图将支架抵上来恢复到理想位置后再升紧立柱的目标就不能实现。这样一来就产生支架下滑下倒量的累积,于是每隔一段时间就出现工作面中下部支架被挤紧移不动。2.1.2.2 解决问题的途径1997年绿水洞煤矿上大倾角煤层综采时,矿务局没有综采设备制造能力,综采设备靠外购。生产实践中,我们不断发现上述第一代大倾角综采设备需改进和完善的地方,特别是随着煤层倾角的不断增大,第一代产品的局限性和不足逐渐暴露出来,但由于设备是外单位的,矿上发现的问题设备单位并不知道,叫设备单位来人他们又常常不空,有时即使来了也就下一次井,甚至地面看一下又走了,了解得很不深刻,不少时候双方达不
22、成共识。有时又因改动工作量大,设备单位也不愿意改。大倾角综采需要改进最多的是工作面液压支架和端头支架,由于上述原因,加上支架使用寿命一般8年左右,即使设备单位同意改也要待第二套定货时才能改。如此等等,使我们深刻体会到,新生的大倾角综采需要设备使用、设计、制造一体化,使用、设计、制造单位再长期分离很可能导致新生的大倾角综采夭折。于是2005年华蓥山广能集团(华蓥山矿务局改制后的名称)决定由自己的嘉华机械公司利用绿水洞煤矿多年大倾角综采的经验研制新一代大倾角煤层综采的液压支架和端头支架。2006年嘉华公司设计制造出了我国首套能适用到60度煤层倾角、具有多项专利的液压支架和端头支架(ZJ系列,国内唯
23、一),通过了我国法定检测机构检测认证,2008年获四川省政府科技进步一等奖。原煤炭部总工程师尚海涛、西安科技大学伍永平院长对此给予了很高的书面评价。2.1.2.3 推广情况嘉华机械公司2006年研制的综采液压支架和端头支架由于使用效果好,加上我们有为用户在井下培训人员,协助用户作开采方案、设备配套方案、安装回撤方案、派人指导安装和试生产等确保成功的优势,因而推广速度很快。除销售到广能集团自己的煤矿外,还销到了攀枝花煤业集团、达竹煤业集团、广旺煤业集团、鑫福煤业集团、黑龙江省双鸭山煤业集团、七台河煤业集团、重庆能投公司、新疆建设兵团、北京昊华集团、山西焦煤集团、贵州湘能公司、湖南湘煤集团、安徽淮
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