第三章采煤方法

采煤方法3.1设计采区概况3.1.1采区位置一采区F33断层东部，煤层赋存条件好，地质构造和开采技术条件简单，可采储量丰富（为3758万t）服务年限为21a，能保证接替采区的正常接替。3.1.2采区边界、范围一采区东部以F33断层为界，浅部以煤层露头为界，深部以+1450为界。3.1.3可采煤层一采区内有四层可采煤层（27、29-1、29-2、32）总厚度10.31m含煤系数13.3％，全区可采，煤层特征见表1.3.3。3.1.4煤质煤的风化与氧化：根据测定结果，本井田风、氧化带深度确定为50m。3.1.5采区储量1.采区的可控制的资源量:Q=cosMS式中:S—煤层投影面积㎡；M—煤层厚度m；γ—煤容重工业t/m3；α—煤层平均倾角（°）。2.采区的推断的资源量：Q=cosSMk式中S—煤层投影面积㎡；M—煤层厚度m；γ—煤容重工业t/m3；α—煤层平均倾角（°）k—可信度系数，取0.7～0.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，k值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定的矿井，本矿k值取0.8。由于在矿井的底板等高线图上，采区内北部和南部有一条F13和F13断层，留设50m的距离作为断层保护煤柱；采区的东部边界留设30m的煤柱作为采区保护煤柱。表3.1.2采区储量计算表3.1.6采区生产能力及服务年限1.采区生产能力该矿井的设计年生产能力为120万t，结合矿井内的地质构造情况和煤层的赋存条件等多种因素，在确定出矿井工作面的长度后，可以计算出矿井只需要一个工作面生产即可保产。所以在此采区内只需布置一个采区生产即可。采区的生产能力的基础是采煤工作面的生产能力，而采煤工作面的产量取决于煤层的厚度、工作面长度及推进度。一个采煤工作面的产量AO＝LV0MγC0式中L—采煤工作面长度，m；该工作面的长度取为200mV0—工作面推进度，m/a；该工作面每年生产时间为330天；每天割煤刀数为6刀，采煤机的截深为0.80m;所以工作面年推进度为2112m。M—煤层厚度或采高，m；取2.41。γ—煤的密度，t/m3；取1.5。C0—采煤工作面采出率，一般取0.93～0.97，薄煤层取高限，厚煤层取低限。取0.96。所以该采煤工作面的年产量为A0＝200×2.41×1.5×1584×0.96＝110万t，因此一个采煤工作面的年生产能力能够满足矿井的设计生产能力。因此，采区的生产能力即为矿井的生产能力120万t/a。2.采区服务年限按下式计算矿井的服务年限：)/(KAZTK式中：ZK——矿井（或水平）可采储量；万tT——矿井（或水平）服务年限；aA——矿井（或水平）年生产能力；万t／aK——储量备用系数；一般取1.2～1.5由此确定出矿井的设计生产能力和服务年限：T＝3758/（120×1.5）=20.7a；取21a。3.2采区巷道布置及生产系统3.2.1采区布置方案采区的布置方法也就是确定采煤方法和上山(下山)的布置；为集中上山和分组集中从本矿井的煤层赋存情况来看，由于煤层的倾角16°；符合走向长壁开采的条件的。又因为本矿井是属于煤与瓦斯突出矿井，为了能够使该矿井安全生产，需要布置一条回风上山在最底层煤层底板。从矿井的总体情况来看，集中布置的形式还是比较优越，所以将运输大巷布置在最底层的砂岩中。1.采区走向长度的确定根据本矿的具体情况，由于受断层的影响一采区走向长不均匀，走向长1450m-2780m之间。2.确定区段斜长及区段数目由于设计的采区的走向长不均匀，倾斜也不均匀出现三角壮，工作面走向长度和倾斜长度受到一定的影响。结合实际情况工作面长度定为200m，巷道的掘进采用单巷掘进，所有区段的斜长为600m。将划分为2个区段进行回采。3.煤柱尺寸由于采区内区段间的开采顺序采用下行式；煤层间的开采顺序也采用下行式。主要开拓巷道均布置在17号煤层的底板中，除了采区北部断层留50m，南部留50m，东部留30m外，其他均不留煤柱。3.2.2采区巷道布置1.采区上（下）山的布置由于本矿采用片盘斜井开拓，采区采用走向长壁后退式采煤法开采，直接由工作面顺槽和石门与主（副、回风）斜井相连直接运到地面，形成通风、生产、运输、排水等系统。所以不需要布置上山，片盘斜井走向长壁后退式开采，下山在延深时候才掘进，三条按煤层平均倾角间隔30m平行布置。2.区段平巷布置方式有单巷布置和双巷布置两种方式，结合采区实际情况和开采顺序，所以采用单巷布置。3.联络巷道的布置区段运输和回风顺槽分别采用石门连接，运输石门通过溜煤眼与主斜井相连接，回风石门与回风井相连接。1)采区的巷道布置在一采区内只布置开切眼、工作面运输顺槽、工作面回风顺槽、通过运输石门和回风石门与主（回风、副）斜井相连接，主要开拓巷道布置在17号煤层的底板中，开切眼和工作面运输、回风顺槽布置在9号煤层中，运输和回风石门贯穿其他两个煤层。2)采区车场形式选择由于第一水平采用片盘斜井开拓，采煤方法采用走向长壁采煤法，运输用胶带和皮带运输。直接通过运输石门与主斜井相连接运输到地表，不在采区设车场。只考虑开拓延深时矿车的通行方便在+1300m标高处设了一个顶板绕道与机轨大巷连接，用于运输材料。3)采区硐室采区硐室包括采区煤仓、采区绞车房和采区变电所。采区内直接在运输顺槽和运输石门中布置皮带，采区内的煤直接通过皮带运输到主斜井再经皮带运输到地面，不需要布置采区煤仓。材料由副斜井通过矿车运输到工作面回风和运输顺槽，在采区内不需要布置绞车房，只需要在副斜井井口处布置供矸石的提升等用。本矿采用集中供电，变电所布置在回风井和副斜井之间，（回风井和副斜井平行布置）。4)采区生产系统(1)运煤：从采煤工作面破落下来的煤炭（刮板运输机、转载机）→91101运输顺槽（皮带运输机）→区段运输石门（皮带运输机）→区段溜煤眼→主斜井（皮带运输机）→地面工业广场。(2)运料(或排矸)：材料从副井（矿车）→区段回风石门（区段运输石门）→91101工作面回风顺槽（工作面运输顺槽）→采煤工作面。排矸线路正好与运料线路相反。(3)通风系统：（新鲜风流）从主副井→区段运输石门→91101工作面运输顺槽→91101工作面→（污风）→区段回风顺槽→回风石门→回风井→引风道→地面。(4)排水系统：91101工作面→区段石门一侧的水沟（自流）3.3采煤方法及工艺设计3.3.1设计工作面概况所设计的首采工作面在一采区，该采区内可采煤层为四层，分别为27、29-1、29-2、32设计煤层，首采煤层为27，其厚度为2.41m，煤层容重为1.5t/m3，采煤工作面长度为200m，，矿井的相对瓦斯涌出量15.95m3/t。矿区范围内可采煤层均具有煤尘爆炸危险性,同一煤层瓦斯含量向深部略有增高的趋势，今后在采掘过程中，随着开采深度增加或通风不畅时，瓦斯将会增加或聚集，从而易产生爆炸。煤层没有自然发火性和爆炸性，回采范围内矿井正常涌水量480m3/h，最大涌水量1086m3/h，地质构造已查明。煤层具体情况见表3.3.1。表3.3.1可采煤层情况煤层煤层厚度(m)倾角视密度煤层可煤层牌号编号最大最小平均(°)(t/m3)采性272.82.212.4126～331.5全部可采JM～SM29-12.452.272.3223～321.45全部可采JM～SM29-23.252.872.8824～321.45全部可采JM～SM322.942.672.7124～331.45全部可采JM～SM3.3.2采煤方法及工艺选择在本矿的设计中，由于本矿的储量较大，煤层赋存条件较好，并且该设计矿井的煤层都属于中厚煤层，为了使矿井的生产能力与矿井的服务年限相适应，再结合采矿技术的发展，所以结合本矿的实际情况后确定采用的采煤方法是：走向长壁后退式采煤法，回采工业为：综合机械化。3.3.3工作面回采工艺设计回采工业主要包括落煤、装煤、运煤。1.落煤对采煤机械的基本要求是高效、经济、安全。具体要求为：采煤机械的生产率应能满足采煤工作面的产量要求；工作机构能在所给煤层力学特性（硬度、切割阻抗）条件下正常切割；装煤效果好；落煤块度大、煤尘少、能耗少；能调节采高，适应工作面煤层厚度变化；能自开缺口；有足够的牵引力和良好的防滑、自动装置，能在所给煤层倾角下安全生产；牵引速度能随工作条件变化而调节，其大小能满足工作要求；有可靠的喷雾降尘装置和完善的安全保护装置，电气设备必须能够防爆。采煤机械是机采工作的关键设备，它的维护费用在吨煤成本中所占比例相当大。因此，要求采煤机械的性能必须可靠，维护正常工作所必需的各种消耗（动力、截齿、液压轴、易损件等）应较低，经济效益好。回采面的落煤工序采用的是MG300/730-WD型的采煤机，MG300/730-WD型采煤机的特征参数见表3.3.2。表3.3.2MG300/730-WD型采煤机的特征参数采煤机型号MG300/730-WD采高（m）2.1～3.8截深（m）0.63;0.8适应倾角电牵引≤15°（35°）滚筒直径（m）1.6;1.8;2.0滚筒转数（r/min）：42;40;35;29摇臂长度（mm）：2160摇臂摆动中心距（mm）：6220牵引力（KN）550;450牵引速度（m/min）：电牵引0～7.1;0～8.7牵引型式：电液互换无链销轨机面高度（mm）：1460卧底量（mm）：264;364;464灭尘方式：内外喷雾装机功率（KW）：2×300+2×45+20+55电压（V）：1140输送机：SGZ730/500SGZ764/400SGZ830/630机重（T）：45计算采煤机的生产能力：KMBVQ采采＝60式中M—采高为2.41m；B—采煤机的截深为0.8m；V采—采煤机的牵引速度为8m/min；γ—煤的容重为1.5t/m3；K—时间利用系数，本矿取0.4，所以采煤机的生产能力为Q采＝60×2.41×0.8×8×1.5×0.4＝555.26t/h。2.装、运煤一般的采煤机在设计时，落煤和装煤是同时考虑的，所以在这里装煤工艺不用过多的考虑。运煤的中心问题是采面刮板运输机的选型问题，在选择运输机的问题上应考虑刮板运输机的能力应略大于采煤机的生产能力；同时还应考虑其结构形式应与采煤机的结构形式相配套。因此选用型号为SGZ764∕400，此种刮板运输机的参数为：设计长度200m；出厂长度180m；输送能力1000t/h；刮板链速1.07m/s；中部槽尺寸1500×764×222mm；功率400kw；电压660/1140V；质量21t；运输能力Q=1000t/h。3.工作面的支护该采煤工作面所采用的采煤工艺是综采，选用支撑掩护式的液压支架进行支护。型号为ZZY4800∕18-38，工作阻力为4800KN，支撑高度1.8～3.8m。3.3.4工作面生产能力工作面长200m，回采率为0.95，煤厚2.41m。根据工作面的参数可用下列公式计算首采工作面的生产能力：CLlMA采式中：采A—采面设计生产能力，万t/a；M—采面采高，m；l—采面长，m；L—采面年推进度，m/a，该工作面每年生产时间为330天，每天割刀数为8，采煤机截深0.8m，故年推进度取1584m；—煤容重，t/m3；C—采面回采率，本矿取0.95。CLlMA采=2.4120015841.50.95=127万t/a采区工作面年生产能力为127万t，因此，工作面设计生产能力确定为120万吨/年，较为合理。3.3.5顶板管理结合本矿井的顶板情况以及国内对采空区的处理情况，确定顶板的管理即对采空区的处理采用全部垮落法。3.3.6回采工艺设备选择该采区的回采工艺综采，设计为一个工作面保产，工作面的长度为200m，9厚度煤层为2.41m，煤层平均倾角为26°，顶板稳定，采用全部垮落法处理采空区，工作面采用的设备如下表3.3.1。表3.3.1工作面采用的主要设备序号设备名称型号规格单位数量单价（万元/台）总价（万元）备注一采煤机MG300∕730-WD台1250250二刮板输送机SGZ764∕400台1150150三胶带输送机STD800∕2ⅹ40S台16