矿井大型化高强度

矿井大型化与高强度开采的因果分析内容一、我国矿井大型化与高强度开采的现状及原因二、大型化高强度开采的巷道布置特点与井巷施工技术三、大范围、高强度开采的采掘装备及辅助运输装备四、大范围、高强度开采引发的采动损害一、我国矿井大型化与高强度开采的现状及原因2008年16家生产规模3000万吨以上的大型煤矿企业近年来,随着结构调整、资产重组的深入发展,世界煤炭工业和我国煤炭工业都正在出现矿井大型化、企业集团化、产业链条化的趋势,尤其是在国内排名靠前的大企业中,这种现象更为突出。年份全国煤炭产量/亿t全国煤矿数量/万个年产1000万t以上的煤炭企业年产3000万t以上的煤炭企业年产5000万t以上的煤炭企业全国前10家煤炭企业生产集中度/%数量/个产量/亿t占总产量/%数量/个产量/亿t占总产量/%数量/个产量/亿t占总产量/%199512.92152.1416.610.312.40---13.1420009.99172.102120.686.81---21.04200214.152.8224.834.741.9613.8510.745.221.31200521.512.5317.8436.494.6121.4343.3915.7626.14200623.253210.2844.2127.1730.8454.7920.6028.21200725.233311.3245138.183265.762329.18200827.931.73613.7149.11610.5237.777.2125.830.22200929.734317.2858.11712.5742.399.1330.732.39201032.351.54721.1265.32116.5451.11514.264435.86201135.21.15024.7270.22620.9259.431617.0548.438.071995~2011年我国煤炭企业煤炭产量情况及行业集中度近年来我国原煤产量情况大型基地建设取得成效。2010年13个大基地产量达28亿吨，占全国煤炭产量的87.5%内蒙古、山西、河南、贵州、山东、安徽、河北、新疆等八省区的年煤炭产量超过亿吨，总产量23.5亿吨，占全国的72.53%在我国西北地区形成了千万吨级矿井群2010年我国主要产煤省份煤炭产量我国矿井之所以大型化高强度开采的原因主要包括以下几个方面：1.建设高产高效矿井早在80年代,发达采煤国家纷纷致力于以大功率、高可靠性、长壁综采生产技术为核心的一矿一面高产高效矿井建设。矿井大型化、生产集中化、、设备重型化、自动化以及管理科学化,代表着世界煤炭工业的发展方向。2.国家经济发展的需要60.0%65.0%70.0%75.0%80.0%1990199520002001200220032004200520062007200820102011原煤占一次能源生产总量比重原煤占一次能源消费总量比重长期以来，我国煤炭资源消费比重稳定在65%以上，并呈现逐年提高趋势2012年，我国一次能源消费总量已达到36.2亿吨标煤，比2011年增长4%。3.提高资源的回收率建设大型矿井，留大煤柱开采，长距离推进，待采过后，利用短壁综采技术回收煤柱，提高了资源的回收率4.方便矿井生产管理随着一井一面或一井两面高产高效矿井建设，在工作面接替，通风以及供电等方面都便于管理。5.采煤工艺技术创新取得成效厚煤层开采取得了重大突破。厚及特厚煤层的综采放顶煤工艺,在不同地质条件下得到推广应用，以及大采高技术的发展为提高煤炭产量做出重大贡献。案例：神华神东补连塔煤矿煤层平均厚7.55m，近水平工作面长301m，推进距离4971m，设计采高6.80m，最高日产5万t，平均月产煤107.3万t6.装备的进步为大型矿井建设创造了条件开发研制的厚及特厚煤层放顶煤开采技术装备系列、以及厚煤层一次采全高的成套综采设备都取得进展，尤其是大功率、高可靠性采煤机以及大阻力电液控制液压支架的发展为大型矿井建设提供了条件随着大型化高强度开采的发展，巷道布置方式也发生了新的变化，主要表现在以下几个方面：1.开拓巷道向煤巷发展原因：①煤巷掘进效率高、费用低、便于机械化②与岩巷相比，初期工程量少、投产工期缩短③掘进中可探明煤层变化及地质构造④减少联络巷的工程量及费用，特别是岩石联络巷⑤西部浅埋煤层围岩变质程度不高，岩石强度低二、大型化高强度开采的巷道布置特点与井巷施工技术2.开拓巷道多大巷布置原因：①专业化分工，可满足矿井进、回风的需要或主、辅运输分离的要求②提高系统的可靠性与安全性3.回采巷道无煤柱护巷：沿空掘巷、沿空留巷优点：①提高煤炭采出率②减少自然发火，有利于矿井安全生产并提高技术经济效益4.回采巷道单变多（留大煤柱）原因：①风量及通风方式的需要综采工作面产量的增大,工作面风量也随之增加。尤其一些瓦斯相对涌出量比较低的矿井，当生产能力大了以后，绝对瓦斯涌出量增大，单巷布置不能满足高产高效综采工作面供风及安全要求。多巷布置为工作面通风方式的选择、通风能力的提高和工作面上隅角的治理带来很多便利三进两回偏Y型通风系统②设备布置及辅助运输需要高强度综采工作面需配备大功率、大生产能力的采运设备设备体积相应增大，工作面下顺槽不仅宽度要增大,而且需要1条专门布置带式输送机、移动变电站和泵站等设备的巷道。单巷布置不能满足设备布置和运输要求,需采用双巷或多巷布置。③长距离掘进需要高强度开采综采工作面推进度加快,工作面走向长度大，采用单巷掘进,独头距离长,通风困难，安全隐患大;而采用双巷或多巷掘进,巷道独头距离短,通风容易，安全隐患小,作业环境好单巷、多巷掘进通风系统④有利于短壁综采的应用多巷布置时，可以适当增加煤柱之间的距离，留大煤柱护巷，不仅有利于工作面的支护，而且有利于运用短壁综采对大煤柱回收。提高资源的回收率。随着高强度开采矿井的发展，巷道尤其是煤巷的掘进速度成为了矿井高产高效，高强度生产的一个制约因素，因此随着高强度开采的发展，必然出现新的掘进设备和巷道支护方式。巷道施工技术1.连续采煤机的应用连采机是集截割、装载、行走、喷雾降尘于一身的综合化采煤设备，具有巷道掘进速度快、成型好、掘进工艺简单、设备故障率低等特点。对连采机的要求：大功率、高强度连采机优点：1）巷道掘进速度快，缓解了采掘接替紧张的局面。2）减轻了工人劳动强度3）提高了掘进工效，降低了巷道掘进的人工费用2.综掘机的应用对掘进机的要求：重型化、大功率、高强度、高可靠性优点：①提高了煤矿井下作业的安全性②降低了工程成本,提高了经济效益国内重型掘进机主要有EBZ255、EBZ260、EBZ300、EBZ318型等机型机重约从60t发展到125t装机总功率290~624kW在f=6~8岩巷掘进中,一般月进尺达50~100m,在岩石风化大、节理发育好的情况下,月进尺可达100~150m,较好的可达200m以上我国一些典型掘进机的性能连采机与综掘机存在的共同问题：1）快速掘进与良好支护之间的平衡2）硬岩中的快速掘进3.锚杆锚索支护高预应力、强力锚杆支护技术的应用大幅度减少了巷道围岩变形与破坏，在保证支护效果的前提下，显著提高了巷道掘进速度与工效。锚杆支护已经成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式表部分锚杆杆体物理力学性能锚杆锚索支护方式深刻地改变了矿井的开拓部署与巷道布置方式，对我国高产高效矿井建设、煤炭产量与效益的大幅度提高及安全状况的改善起到不可替代的重要作用。锚杆锚索支护状况三、大范围、高强度开采的采掘装备及辅助运输装备05000010000015000020000025000030000035000040000019901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012年份全国煤炭总产量（单位：万吨）近年来，我国煤炭总产量逐年提高。2012中国煤炭产量达到36.6亿吨，目前全国有年产千万吨级的大型现代化煤矿58处,产能约为8亿吨，如此大范围、高强度的开采势必对采掘装备及辅助运输装备提出新的要求1990-2012年中国煤炭产量变化对采煤机的要求：①中厚煤层采煤机：大功率、大采高、电牵引、高可靠性②薄煤层采煤机：小机身、大功率③薄煤层刨煤机：小机身、高强度刨刀采掘装备典型采煤机的主要参数型号MG1000/2500-WD采高/m3.2～7.0装机功率/kW2500截割功率/kW2×1000牵引功率/kW2×150滚筒直径/mm3200牵引速度/(m·min-1)12/24适用煤层普氏系数≦6适用煤层厚煤层大采高综采目前我国自主研发了割煤高度0.8～7.0m、总装机功率238～2500kW、适应倾角0～60°的系列电牵引采煤机，牵引速度超过20m/min，最大落煤能力达6000t/h，并装备了以微处理技术为基础的智能监测、监控、保护系统，采用先进的信息处理技术和传感技术，实现了机电一体化国内外大功率电牵引采煤机技术比较如下表所示：对液压支架的要求：①中厚煤层支架：大阻力、高强度、高支撑、高寿命、电液控制②薄煤层支架：小采高、大阻力、高强度、高寿命、自动化控制我国一些典型液压支架达到的指标•支护高度0.5～8.0m，工作阻力2000～18800kN•支架宽度1.25、1.50、1.75和2.05m•支架的平均支护强度达到1.47MPa•立柱缸径达600mm，适应倾角0～60°•支架的整体寿命超过50000次工作循环支架高度/m支架中心距/m工作阻力/kN用途ZY18800/36/80D3.6~8.02.0518800大采高综采ZF15000/28/522.8~5.21.7515000综放开采辅助运输装备辅助运输系统的构成和设备的选用，依据地质条件、开采方式和采掘机械化程度的不同，分为轨道运输和无轨运输两大类型随着我国各个大型现代化矿区的机械化进程的推进，煤矿井下新型无轨辅助运输技术开始成为我国的一项新兴技术，是煤矿井下辅助运输中最先进的运输方式之一。无轨辅助运输设备在我国矿井的使用情况无轨辅助运输设备主要包括：无轨胶轮车和单轨吊无轨胶轮车的优点：1.辅助运输的连续化2.适应性强,机动灵活,车型多,应用范围广,可实现一机多用3.载重能力大,运输成本低,无轨胶轮车的缺点：1）巷道底板需硬化处理2）高瓦斯矿井柴油发动机的防爆和排气污染问题3）斜井运输时要求巷道大断面及其爬坡能力的限制4）立井运输时对于井筒断面及提升能力的要求5)要建有错车硐室单轨吊的优点：不受底板变形影响,有效利用巷道断面空间机动灵活,运行阻力较小,效率高初期投资少,运行维护费用较低在掘进巷道时使用,能迅速延伸轨道单轨吊的缺点：1）对顶板和巷道施工技术要求高，顶板要稳定，巷道变形要小2）柴油机驱动的防爆和排气污染问题大型矿井供电要求：1.高压供电2.软启动原因：1.大功率装备要求电压高2.大型矿井的开采范围大，通电线路长，高压供电可以减少电力损耗，减少压降3.软启动有利于设备维护，延长使用寿命矿井供电及监测系统矿井监测系统主要包括以下几个方面：矿山压力监测（包括顶底板移近量、侧帮的移近量、支架工作阻力等）瓦斯监测水文水质监测（包括水位、水压、流量、涌水突变、水温等）粉尘监测自燃火灾监测风速、温度监测由于矿井大范围、高强度开采使得采动影响范围扩大，势必会加剧一些采动影响所造成的损害，使得原来某些并不突出的影响凸显出来，主要包括以下几个方面：1.地表沉降（西部地区尤为突出）西部煤层埋藏较浅，高强度开采对覆岩的破坏增加，覆岩不存在“三带”，工作面发生台阶下沉四、大范围、高强度开采引发的采动损害地表沉降带来的环境问题：（1）地面积水，导致农田毁坏（2）引起房屋、路桥和堤坝等损害、倒塌（3）大面积采动产生的大量裂隙导致地下水渗漏和渗流，对原始地下水资源和生