第五章采煤方法及工艺

河南理工大学成人高等教育毕业设计第五章采煤方法及工艺41第五章采煤方法及工艺5.1采煤方法5.1.1采煤方法（一）煤层赋存及开采技术条件本矿井主采煤层二1煤，煤厚0～21.75m，平均5.50m，倾角＜12°，为“三软”煤层，煤的硬度f=0.7左右，含夹矸1～2层，全井田可采。直接顶板为易冒落泥岩、砂质泥岩，厚度0～28.3m，随采随落。老顶为中粒砂岩，厚度2～35m，一般15m，能冒落，但周期来压不明显。直接底板以泥岩、砂质泥岩为主，厚度0.75～17.19m，平均3.10m，层理普遍发育，遇水易膨胀。本矿井属低瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险，煤层不易自燃。（二）采煤方法的选择根据开拓布置，设计对二1煤论证其采煤方法。本矿井主采煤层二1煤，煤厚0～21.75m，平均5.50m，厚度变化较大。根据国内外厚煤层开采技术发展现状，结合井田开采技术条件，设计认为二1煤可供选择的采煤方法主要有：一次采全高综采放顶煤、一次采全高大采高综采和分层综采。大采高综采适应煤层厚度在4～6m，经过在各种地质条件下的探索和实践，大采高综采工艺在技术上已趋成熟。大采高综采可以实现高产高效，相对一般分层综采，具有以下优点：（1）简化了回采巷道，降低了巷道掘进率和巷道维护工作量；（2）避免了分层时做大量勘探煤厚的工作量及严格控制分层采高的困难，减少了工作面搬家次数及费用；（3）大采高采场过风断面大，为稀释瓦斯创造了有利条件。大采高综采的缺点是适应煤层厚度变化能力较差，对煤层及顶底板要求较高。本矿井二1煤煤厚0～21.75m，厚度变化较大，煤层及顶底板较软，属“三软”煤层。大采高综采采高大，支架重量大，由于采高大，采场矿压显现强烈，如煤层及顶底板松软，工作面容易片帮，支架容易下陷，推进困难，也难以实现高产高效。河南理工大学成人高等教育毕业设计第五章采煤方法及工艺42根据矿区内生产矿井以往的实践经验来看，三软煤层分层综采单产也较低，仅为350~500kt/a的水平。机械化分层开采工作面单产较低的原因，分析主要有以下两个方面：（1）矿井煤层及顶底板较软，回采上分层时，设备和支架是以松软的煤层作底板，液压支架易下沉或前倾，前探梁不能充分起到支撑顶板作用，容易引起片帮及冒顶，常导致机道阻塞，甚至压埋采煤机组，清理机道、处理冒顶占用时间较多，致使开机率低、产量低、效率低、效益差。（2）由于煤层厚度变化大，煤层底板起伏不平，且规律不明显，因此开采下分层时，对机械化开采更不利，底板隆起之处煤层薄，另外，开采上分层时因煤层软，难以保持上分层底板的平整，造成下分层顶部起伏不平。当开采下分层时，分层厚度变化大，常常难以构成适宜机采的回采面，推进困难，回采率低，效率低。而矿区实践证明，综采放顶煤单产高，效率高，成本低，巷道掘进量小，可减少综采设备的搬家次数，节省采面的安装和搬迁费用，对不稳定厚煤层有较好的适应性；其存在的主要问题是：煤炭回收率相对稍低，原煤灰分相对较高，要求管理水平高。由于“三软”煤层大采高综采及分层综采存在较多的问题，再加上经过十几年的探索，综采放顶煤技术研究解决了“三软”不稳定厚煤层放顶煤一次采全高的工艺问题。结合郑州矿区新密煤田矿井生产情况，根据本矿井煤层赋存特点，对二1煤的开采设计采用综采放顶煤采煤法。5.1.2回采工作面参数的确定1、工作面长度及推进方向长度工作面长度与地质因素和机械设备能力、顶板管理等技术因素关系密切，直接影响生产效益，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，而且也相对减少了端头进刀等辅助作业时间，保证工作面高产高效。而提高工作面推进方向长度，可以减少搬家倒面次数，为工作面连续稳产高产高效创造条件。参照国内矿井放顶煤工作面长度，综合邻近井的实践经验，设计认为本矿井二1煤放顶煤综采工作面长度150~180m左右，推进方向长度2000m左右较为适宜。河南理工大学成人高等教育毕业设计第五章采煤方法及工艺432、工作面采高二1煤为厚煤层，井田内煤层平均厚度5.50m，首采区平均厚度5.81m，设计采用综采放顶煤开采，割煤高度取2.6m，放煤高度3.21m，采放比1：1.23。3、采煤机截深目前我国综采工作面的截深一般为600～800mm，考虑到本矿井煤层及顶底板均较软的实际情况，为减少煤壁片帮，设计采煤机截深取600mm。5.1.3工作面设备选型1、设备选型原则和装备标准目前采煤机朝大功率、大截深、高速电牵引方向发展；运输设备朝大运量、大功率、重型化、高强度、多点驱动、高自动化方向发展；液压支架朝简单实用、高工作阻力、高强度、高可靠性方向发展，采用电液控制系统，提高移架速度和安全性能。针对这种发展趋势，结合本井田“三软”煤层实际情况，在工作面主要设备选型时考虑以下原则：（1）机械设备的选择首先满足技术先进、生产可靠、提高综采设备的开机率，达到高产高效。同时设备间相互配套，保证运输畅通，并增加运输环节的缓冲能力，以期达到采运平衡，最大限度地发挥综采优势。（2）为综采工作面创造快速连续开采的条件，加大工作面推进方向长度，减少搬家次数，并保证快速搬家。同时做到采、准工作快，适当增大巷道断面特别是顺槽断面。（3）对辅助运输系统，要求系统简单、环节少，工作人员能快速方便地到达工作地点。赵家寨矿井作为大型矿井，依照高技术、高质量、高效率、高效益的开发建设原则，其工作面装备需充分依靠科技进步，立足国内选择先进的高产高效、性价比高、安全可靠的采、掘、运、支设备。2、二1煤综放工作面设备选型（1）采煤机a、采煤机应具有的生产能力采煤机应具有的最小生产能力由下式计算：河南理工大学成人高等教育毕业设计第五章采煤方法及工艺44Qh=Qy×f/[D×（N-M）×t×K]式中：Qh——工作面设备所需最小生产能力，t/h；Qy——要求的工作面年产量，1.5×106t/a；D——年生产天数，按330d计算；f——能力富裕系数，1.4；N——日作业班数，4班；M——每日检修班数，1班；t——每班工作时数，6h；K——开机率，0.6。则Qh=1.5×106×1.4/[330×（4-1）×6×0.6]=589t/hb、采煤机装机功率装机功率包括截割电动机、牵引电动机、破碎电动机、液压泵电动机、机载增压喷雾泵电动机等电动机功率总和。装机功率由下式估算：P＝Q×Hw＝589×0.7＝413kW式中：P——装机功率，kW；Q——采煤机生产率，589t/h；Hw——比能耗，一般0.6～0.7，取0.7。c、采煤机所需牵引力据经验统计，采煤机牵引力一般为其装机功率数值的0.5～1倍。d、确定滚筒直径滚筒直径一般按最大采高的0.6倍考虑，滚筒直径取1.8m。根据煤层的开采技术条件、煤的硬度及采高，参照矿区内工作面装备情况，考虑到矿区内设备的互换性，工作面采煤机实际订货资料为国产MG250/600-WD型无链电牵引采煤机。采煤机技术参数见表4-1-1。（2）工作面可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机河南理工大学成人高等教育毕业设计第五章采煤方法及工艺45工作面刮板输送机生产能力的选择原则是保证采煤机采落的煤被全部运出，并留有一定的备用能力。工作面刮板输送机的运输能力应满足：Qc＝Kc×Km×Ky×Qm＝1.1×1.05×1.05×589＝714t式中：Qc——刮板输送机应具有的运输能力，t/h；Kc——采煤机截割速度不均衡系数，1.1；Qm——采煤机平均落煤能力，589t/h；Km——采煤机与刮板输送机同向运动时修正系数，1.05；Ky——运输方向及倾角系数，1.05。项目单位参数备注采煤机型号MG250/600-WD电牵引采煤机总装机功率kW600截割功率kW250×2采高M2.0～3.3截深Mm600滚筒直径M1.8驱动方式交流电牵引牵引力kN450牵引速度m/min0～14供电电压V1140重量T41表5.1采煤机技术参数表经计算工作面刮板输送机的运输能力应大于714t/h。转载机、破碎机能力应不小于刮板输送机能力。河南理工大学成人高等教育毕业设计第五章采煤方法及工艺46根据采煤机生产能力、放煤能力及工作面长度，并考虑各环节的能力配套及煤层生产能力潜力，实际订货情况为：前部刮板选用SGZ764/500型刮板输送机、后部刮板选用SGZ630/320型刮板输送机、SZZ764/200转载机及PLM1000破碎机。主要技术特征见表4-1-2。（3）可伸缩带式输送机顺槽可伸缩带式输送机应与工作面推进长度相适应，小时运量与工作面生产能力相匹配。由于二1煤工作面顺槽中部有拐弯段，需由两条搭接，经计算，选用带宽1200mm的可伸缩带式输送机。技术参数详见表5.3名称前部刮板输送机后部刮板输送机转载机破碎机型号SGZ764/500SGZ630/320SZZ764/200PLM1000设备能力（t/h）76463010001000装机功率（kW）500320200200电压（V）1140114011401140表5.2刮板输送机、转载机及破碎机主要技术特征项目单位11206、12202工作面参数（共4条）型号DTL120/130/2×200输送能力t/h850带宽mm1200带速m/s2.5设计长度m1200顺槽倾角度0～4装机功率kW2×200供电电压V1140表5.3工作面运输顺槽带式输送机基本参数表河南理工大学成人高等教育毕业设计第五章采煤方法及工艺47（4）液压支架根据工作面顶底板分类标准（MT554-1996、MT553-1996），本矿井主要可采煤层顶板主要为2类，底板主要为II～III类。支架支护强度以下式估算：P＝（6～8）×9.8×M×γ×Cosα×10-3＝（6～8）×9.8×M×γ×Cosα×10-3＝（6～8）×9.8×2.6×2.5×Cos0°×10-3＝0.382～0.510MPa式中M为采高M=2.6mγ为顶板岩石容重γ=2.5t/m3α为煤层倾角αmin=0°根据支护强度的计算，结合本矿井煤层及顶底板情况和煤层赋存条件，二1煤综采放顶煤支架已订货型号为ZFS3600/19/28型液压支架（配套相应的端头支架、过渡支架），该支架主要技术特征如下：支撑高度1.9m～2.8m，工作阻力3600kN，移架步距0.6m，支架中心距1.5m，初撑力3196kN，对底板比压（前端/平均）为0.73～1.1Mpa，自重16t。采用整体顶梁及抽屉式伸缩梁结构，带有侧护板，对顶板封闭性能好，梁端承载能力大。（5）乳化液泵站乳化液泵站选用国产GRB315/31.5型乳化液泵站，三泵一箱，其技术参数如下：流量：315L/min压力：31.5MPa单机功率：200kW电压：1140V5.2回采工艺及工序安排5.2.1放煤步距放煤步距是放顶煤开采的一个重要参数，放煤步距太大或太小都不利于顶煤回收，工作面放煤步距应是采煤机截深的整数倍，可根据以下经验公式计算放煤步距。河南理工大学成人高等教育毕业设计第五章采煤方法及工艺48d=(0.15～0.2)h式中d—放煤步距，m；h—放煤高度，可近似取顶煤高度，2.9m。则d=(0.15～0.2)×2.9=0.44～0.58m本井田内煤层厚度不大，设计采用“一采一放”，即步距为0.6m，采煤机割1刀，放1次顶煤。5.2.2工作面循环及作业方式综采工作面以移架为标志，沿工作面每割一刀，工作面向前推进一个截深的距离，随即完成移架、清理浮煤、修整工作面和推移输送机等工作。工作面采用一采一放作业，采煤机每割一刀煤，放一次顶煤既完成一个循环。5.2.3工序安排采煤机采用工作面端部斜切进刀，双向割煤方式。以采煤机割煤为中心，使采煤机割煤、移输送机、移架三个主要工序合理配合。根据顶板及煤壁情况，采煤机割煤后，先移支架，再移输送机，采煤工艺过程为割煤→移前输送机→移架→放煤。