采煤方法设计教案(陕西榆树湾矿)

煤炭工业某煤矿设计研究院1陕西省榆树湾矿井初步设计——采煤方法榆树湾矿井是国家计委以计基础(2000)1841号文批准的《陕西省榆神矿区一期规划区总体规划》中的特大型矿井之一，井田位于矿区中南部，面积88.9km2，资源储量1804.58Mt，规划能力初期8.00Mt/a，后期（与曹家滩井田合并）20.00Mt/a，矿井的服务年限约106年。榆树湾井田位于榆神矿区南部，是榆神矿区一期建设的重点煤矿，行政区划隶属榆林市。井田内可采煤层4层，自上而下为2-2、3-1、4-3、5-3上煤层，其中2-2煤层为全井田主要可采煤层，3-1、4-3、5-3上为大部可采的次要可采煤层，各煤层倾角均不足1°。2-2煤层为井田内主要可采煤层，位于延安组第四段顶部，全井田可采，厚度为10.83～12.41m，平均11.62m，一般底部含一层夹矸，厚0.07～0.27m，岩性为泥岩或炭质泥岩。该煤层属特厚煤层、厚度变化小、结构简单，赋存稳定。一、采煤方法选择本井田含煤地层产状近似水平，沿走向、倾向的产状变化不大，无较大的波状起伏、褶皱。经地震勘探，推断有8条断距为5～10m的高角度正断层，断层走向多与煤层走向一致。无岩浆侵入，地质构造简单。井下首采盘区开采2-2煤层，煤层最大厚度12.41m，最小厚度10.83m，平均11.62m。2-2煤层顶板为细粒砂岩、粉砂岩，属2类中等稳定顶板。煤层埋藏深度小于300m。根据2-2煤层赋存条件，矿井提出了一次采全高综合机械化放顶煤采煤法、倾斜分层金属网（或塑料网）假顶综合机械化采煤法、倾斜分层大采高复合假顶综合机械化采煤法等几种采煤方法进行比较，并推荐倾斜分层大采高复合假顶综合机械化采煤法。本井田2－2煤的顶分层一个工作面实现8.00Mt/a的生产能力是完全可能的。至于2－2煤的底分层，在开采15年后才开采，届时再生顶板早已形成，同时采煤技术、机械化自动化水平也将大大提高，因此设计认为15年2后底分层用一个工作面保证矿井8.00Mt/a生产能力也是可能的。矿井装备一个生产单元，即一套全引进的综采设备，一套连续采煤机采煤设备，一套连续采煤机掘进设备。同时为了保证采煤设备大修期间（4～6个月）不影响矿井产量及效益，设计备用一套全引进的采煤设备，用于大修期间设备的周转替换。二、工作面参数确定1.工作面长度工作面长度是决定其产量和效率的主要因素，适当加大工作面长度，不仅可以减少工作面的准备工程量，提高回采率，而且可以减少工作面端头进刀等辅助作业的时间，有利于提高工作面产量和效率。同时，工作面长度与开采条件、采煤设备能力、技术水平、管理水平等因素有关，因此，必须综合考虑，合理选择。根据近年来国内外高产高效综采工作面的生产经验，工作面的合理长度在200～300m之间。本矿井生产规模为8.00Mt/a，装备一套全部引进综采设备，设计借鉴国内外先进经验，并结合本矿实际情况，工作面长度取250m。2.工作面采高矿井首采工作面2－2煤层平均厚度11.60m，根据目前国内大采高工作面开采的经验，考虑到支架稳定性与煤壁片帮等因素，结合本井田开采煤层的具体条件，初期上分层工作面采高按5.0m左右考虑，生产实践过程中在保证生产安全的前提下，可根据实际情况调整工作面采高，以达到最佳的效率和效益。3.工作面推进长度近年来，为了减少工作面搬家次数，充分发挥设备的生产能力，工作面推进长度不断加大。据资料统计，美国最长的已达5364m；我国神东矿区大柳塔矿井和补连塔矿井工作面的推进长度已达3000～6000m。鉴于本井田2－2煤层赋存十分稳定，倾角小，构造简单，具有布置长距离推进的长壁工作面的资源条件，本矿井工作面推进长度定为4～6km，初煤炭工业某煤矿设计研究院3期201盘区工作面推进长度6.0km。三、主要采煤设备选型(一)选型原则本矿井为现代化高产高效矿井，工作面生产能力大，生产高度集中。高产高效矿井发展趋势要求加大工作面长度，加大工作面采煤机截割深度和截割功率，加快采煤机的牵引速度和移架速度，配备大运量的重型可弯曲刮板输送机，采用长距离、大运量的可伸缩胶带输送机。针对这种发展趋势，在工作面主要设备选型时，设计考虑了以下原则：(1)技术先进、操作简单、维修方便、运行可靠、生产能力大。(2)各设备间相互适应、能力匹配、运输畅通，不出现“卡脖子”现象。(3)从保证矿井产量及效益的角度出发，以先进可靠的进口设备为主。(二)综采工作面生产设备选型本矿井以一个大采高综采工作面和两套连续采煤机掘进作业线保证全矿8.00Mt/a的生产能力，其中综采面产量7.0Mt/a，连采、连掘面产量1.0Mt/a。全年按300天生产计算，综采工作面平均日产量不应低于2.33万t，为留有一定的富裕能力，设计按采高5.0m，日产量2.5万t选择综采设备。根据目前国内外综采三机发展现状，设计选择的工作面主要设备如下：(1)采煤机根据神东矿区的生产实践，无论是成套引进的综采工作面，还是半引进的综采工作面，其采煤机组的平均开机率均在75%以上，设计暂按70%开机率计算选取采煤机。按产量要求，可求得采煤机平均割煤速度为:v=｛25000÷(L·H·B·r×0.93)×(L+I)｝÷(2·T×70%×60)式中，V——采煤机平均割煤速度，m/s；L——工作面长度m，取250m；H——采高m，取5.0m；4B——截割深度m，取0.8m；R——煤层容重t/m3，取1.31t/m3；T——每班工作时间h，取8h；I——采煤机开缺口行程m，取30m；70%——采煤机组开机率；0.93——工作面煤炭回收率。代入上式得：v=｛25000÷(250×5.0×0.8×1.31×0.93)×(250+30)｝÷(2×8×70%×60)=8.55m/min因工作面产量不均衡，采煤机的实际牵引速度应达到9～12m/min左右，空载时，要求其速度不小于15m/min，以减少辅助工作时间。采煤机理论生产率Q=60HBvrC=60×5.0×0.8×8.55×1.31×0.93=2500t/h式中，Q——采煤机理论生产率，t/h。采煤机所需装机功率P=Q×Hw=2500×0.7=1750kw式中，P——装机功率，kw；Hw——比能耗，kW·h/t，根据美国、日本等国开采硬煤层的经验，此处取0.7kW·h/t。本区煤层硬度大，工作面产量高，采煤机是整个生产系统的核心，因此采煤机的可靠性必须保证，设计选用久益公司生产的7LS6型电牵引双滚筒采煤机，其主要技术参数如下：总装机功率：1815kW采高：2.7～5.5m截深：930mm滚筒直径：2600mm牵引方式：电牵引牵引速度：0～15m/min电压：3300V煤炭工业某煤矿设计研究院5生产能力：4000t/h(2)工作面刮板输送机工作面刮板输送机能力应与采煤机的生产能力相适应，根据本矿工作面生产能力，建议选用DBT公司生产的PF5/1142型可弯曲刮板板输送机，其主要参数如下：装机功率：2×700kW输送能力：2500t/h设计长度：250m供电电压：3300V链速：1.28m/s(3)转载机与工作面刮板输送机相配套，转载机选用PF4/1332型，其主要参数如下：装机功率：315kW输送能力：2750t/h设计长度：27.5m（链轮中对中）(4)破碎机工作面选用SB0916U型冲击锤式破碎机，其主要参数为：功率：315kW破碎能力：3500t/h破碎粒度：－300mm(5)工作面运输巷胶带输送机可伸缩胶带输送机型号为BLT1400－3.5/3×375型，其主要参数为：功率：3×375kW带宽：1400mm带速：V=4m/s铺设长度：3000m6输送能力：3000t/h(6)支护设备本矿井初期开采的2－2煤层，上分层采高5.00m，节理、裂隙不发育，顶板多为粉砂岩、细粒砂岩，直接顶厚度0～8.33m，属2类中等稳定顶板，基本顶厚度3.66～53.22m，初次来压当量970～1000kN/m2，属Ⅲ级压力显现强烈顶板。2－2煤层底板多为泥质粉砂岩和粉砂质泥岩组成，允许底板单向抗压强度25.95MPa，属Ⅳ类中硬底板。为满足工作面的正常运行，实现快速移架，设计选用引进的两柱掩护式支架。支架所需支护强度:按经验公式P=n×r×H=(6～8)×2.59×5.0=77.70～103.6t/m2≈0.777～1.036MPa：P——支架支护强度，MPa；n——计算参数，原苏联取6～8，英国取5～7，我国多取4～6，此处，按6～8计算；r——岩石容重，t/m3；H——采高，m。参照开采技术条件相似的榆家梁、大柳塔煤矿，综采工作面支架选择型号为DBT2.5/5.5，该支架主要参数如下：支撑高度：2500－5500mm支护强度：1.02～1.04MPa支架额定工作阻力：8636kN支架中心距：1750mm支架重量：27t(7)乳化液泵站与所选支架相适应，工作面配备S300型乳化液泵站，由三台S300乳化液泵和一个乳化液箱组成，工作压力37.5MPa，泵站流量300l/min，功率3×220kW。(8)其他主要设备煤炭工业某煤矿设计研究院7除上述主要设备外，还配备有S200型喷雾泵站、5D－2/150型煤层注水泵、TXU－75型探水钻机、WJ－24型阻化剂发射泵、小水泵、调度绞车等设备。四、工作面生产能力及回采工艺1.循环进度及产量循环进度决定于采煤机截深大小和综采面回采工艺，考虑到本区煤质坚硬，为实现快速割煤，设计确定采煤机截深为0.8m。即采煤机一循环进度0.8m，工作面平均采高5.0m，工作面回采率为0.93，则循环产量(2-2煤)为：Q=5.0×0.80×250×1.31×0.93=1218t/循环2.日循环数及产量大采高工作面主要靠采煤机的快速割煤来达到设计产量，依据本区设计生产能力确定日循环数20个(三八制，两班生产，每班进10刀)则工作面日进度：20×0.8=16.0m工作面日产量：1218×20=24360t3.工作面年推进度及产量工作面年进度：16.0×300=4800m工作面月进度：4800÷12=400m工作面年产量：24360×300=7308000t=7.30Mt工作面月产量：7308000÷12=609000t4.回采工艺双向割煤具有辅助工序少，采煤速度快，工序紧凑，工时利用率高及生产能力大的特点，因此工作面采用双向割煤方式。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。为减少工作面人员工作量、提高工效，结合我国综采工作面的实际情况，设计采用端部斜切进刀方式，双向割煤。5.开机率及采煤机牵引速度8所选采煤机生产能力大，牵引速度高(0～15m/min)，为和工作面设计能力相匹配，选取采煤机平均割煤速度8.5m/min，工作面长250m，斜切进刀长度30m，端头割煤时间15min，则每刀采煤机正常割煤长度为：250-30=220m。据此计算工作面循环作业时间为：每刀正常割煤时间：T割=220÷8.5=25.9min斜切进刀时间：T进=15min循环作业时间：T=T割+T进=25.9+15=40.9min工作面每天20个循环，两班生产，每班10个循环，8小时生产，则工作面开机率为：（40.9×10）÷(60×8）=85.2%，上述计算正常割煤取的是采煤机的中间速度，根据国内外高产高效矿井生产经验，实际生产中采煤机的速度和开机率还可提高，如：大柳塔采煤机平均割煤速度为9m/min，开机率最高达95%，美国、日本等国平均割煤速度为8～9m/min，最高达13m/min，对本矿井来说，这意味着工作面产量还有增大的余地。6.工作面工序安排工作面主要作业工序为：采煤机由机头斜切进刀→移端头溜子→采煤机反向割机头煤→移过渡架和端头架→采煤机反向空驶→采煤机割第一刀煤→移架→推溜→采煤机由机尾斜切进刀进行下一循环。矿井生产能力见表1。表1生产能力表盘区编号工作面编号工作面装备回采煤层工作面长度(m)采高(m)年推进度(m/a)生产能力(Mt)年月20120102上综采2-22505.048007.310.609掘进连续采煤机0.800.