垭关煤矿机械化开采可行性研究报告副本Word格式.docx
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水文地质条件为中等;
瓦斯条件在+1816水平以上三层可采煤层经鉴定为无突出危险性;
煤层自燃发火倾向性为不易自燃;
煤尘无爆炸性;
矿井开拓方式为平硐,二采区为下山布置;
通风方式为中央分列式;
一、地质构造
垭关煤矿位于长春堡向斜北西翼,矿区地层走向北东东,倾向南南东,倾角一般15—25°
,断层附近地层倾角有所增大,次一级波状起伏不明显,为简单单斜构造。
矿区内见断层6条,落差大于30米的为F1、F3两条,20~30米的为F4一条,10~20米的为F#-4一条,其余的小于10米。
F1正断层:
出露于矿区东部边缘,为原详查勘探区东部边界断层,本矿区内延伸250米,倾向南东,倾角70—80°
,地层断距大于150米。
F3正断层:
位于矿区东南角,区内延伸长度550米,呈北东东向延伸,在矿区东部边缘与F1相交,倾向南东,倾角66°
,最大落差70米左右。
F#-4逆断层:
位于矿区北部东端,在F4正断层的东盘(上盘),掘回风井及切眼时见此断层,向西与F4呈80°
角度相交,走向北东东,倾向南,倾角32°
,落差19米,沿断层面倾向上煤层重叠长达36米。
F4正断层:
位于矿区东北角,走向105~135°
,区内延长1.2公里,在矿区东南角与F1断层相交,倾向南西,倾角50°
左右,落差10~12米。
F2正断层:
位于矿区东北角,走向北北东,延长约400米,倾向南东东,倾角60°
,落差10米左右。
F5正断层:
位于矿区西部3号勘探线附近,走向北25°
东,延伸长度150米左右,倾向北西,倾角64°
,落差小于10米。
综上所述,本区为较简单的单斜构造形态,次级波状起伏不发育,但断层较发育,构造复杂程度为二类。
二、煤层
龙潭组(P21)为矿区唯一的含煤地层,属海陆交互相沉积。
龙潭组(P21)厚200m左右,含煤12层左右,煤层总厚11.27m,含煤率5.6%,含可采煤层3层(K1、K2、K3),均为全区可采煤层,集中分布于含煤地层的上段。
K1煤层:
为最上一层可采煤层,全区可采,厚1.04~2.3lm,一般l.8m,以中厚煤层为主,一般为简单结构,顶板为粉砂岩或砂质泥岩,底板为泥岩或细砂岩。
K2煤层:
全区可采,厚1.06~3.22m,一般2.00m,以中厚煤层为主,含夹石0~3层,多数单一,为较简单结构煤层。
直接顶板为K1煤层底板,底板为泥岩、铝土质泥岩。
K3煤层:
为最下一层可采煤层,全区可釆,厚1.11~4.38m,一般2.00m,以中厚煤层为主,含夹石0~3层,一般0~1层,为较简单结构煤层。
直接顶板为K2煤层底板,一般为伪顶,直接底板为铝土质泥岩,老底为细砂岩。
垭关煤矿可采煤层特征表
煤层编号
煤层厚度
最小—最大
平均
(m)
煤层平均
间距(m)
煤层
结构
稳定性
顶底板岩性
视密度
(t/m3)
倾角(°
)
顶板
底板
Kl
1.04—2.31
1.80
4.2
结构简单,无夹矸
稳定
粉砂岩、泥岩
泥岩、细砂岩
1.43
19-21
K2
1.06—3.22
2.00
含夹矸0~3
泥岩、铝土质泥岩
1.54
2.1
K3
1.11—4.38
较稳定
铝土质泥岩
1.57
三、资源可靠性和煤层稳定性
垭关煤矿矿界范围内共有6个钻孔控制,分别为ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、101、302,在矿界外有2个钻孔102(东南方向,距矿井边界176米)、501(距西边界410米),皆为1974年113地质队施工的勘探钻孔。
根据本矿一采区开采情况和钻孔资料分析,资源可靠性强,煤层稳定性较好,其中K1、K2为稳定煤层,K3为较稳定煤层,各煤层对比可靠。
四、煤质
1、物理性质
黑色、沥青一玻璃光泽,碎块状为主,以半亮型煤为主,成分为亮煤夹少量镜煤和丝炭,条带状结构,质较硬,具阶梯状断口,含少量黄铁矿结核。
平均容重为1.43t/m3。
黑色、沥青光泽,碎块及粉粒状,以亮煤为主,夹少量暗条带及镜煤和丝炭,条带状结构,裂隙发育,性脆,下分层夹透镜状丝炭及含黄铁矿结核较多,半亮型。
平均容重为1.54t/m3。
黑色、沥青光泽,碎块及粉粒状,少量碎块状,以亮煤为主,夹少量镜煤和丝炭,条带状结构,内生裂隙发育,性脆,其中充填较多方解石脉,下分层以均一状为主,煤质松软,半亮型。
平均容重为1.57t/m3。
2、化学性质
(1)工业分析
煤质工业分析表
项目
水分
(Mad%)
灰分
(Ad%)
挥发分
(Vadf%)
固定碳
(Fcd%)
硫分
(Std%)
发热量
(Qbdaf%)
(MJ/kg)
K1
极值
0.44-1.35
13.82-25.79
7.40-11.23
72.17
1.32-2.54
34.24-35.36
0.8
20.20
8.85
1.83
34.80
0.61-2.08
16.99-37.98
8.47-12.61
66.44
1.22-4.14
33.23-34.79
1.16
25.31
10.04
2.20
34.13
0.86-2.82
17.47-30.46
6.88-13.31
67.80
0.34-2.87
33.75-34.92
1.35
24.36
8.92
0.99
34.42
煤类
K1为中灰中硫煤;
K2为中灰中高硫煤;
K3为中灰中硫煤。
(2)煤种
根据煤炭分类国家标准(GB/T15224.1—2010、GB/T15224.2—2010、GB/T15224.3—2010),矿区内可采煤层为中灰、中~高硫、高热值无烟煤。
一、井田开拓
垭关煤矿为生产矿井,设计生产能力30万t/a,矿井采用平硐开拓。
利用主平硐(已建成)作进风及原煤运输用;
利用副平硐(已建成)作人员出入、进风、运料用;
利用回风平硐(已建成)作专用回风用。
该矿在开采二采区时仍保持原有主平硐、副平硐及回风平硐的主要功能。
主平硐(X=3013619.422,Y=35510946.583,Z=+1823,α=299.323°
,β=0°
)井口标高+1823m,沿K3煤层底板以119.323°
方位,0°
的坡度穿层掘进至431.5m里程位置,按相同的方位、-5.5°
的坡度继续掘进至527里程处停掘,在其431.5m里程为中开口,以62.784°
的方位角、+3‰的坡度布置有皮带运输大巷(位于K3煤层底板岩层中)至292m里程位置。
副平硐(X=3013586.670,Y=35510922.690,Z=+1816,α=299.323°
)井口标高+1816m,沿K3煤层底板以119.359°
方位、0°
的坡度穿层掘进至525m里程停掘,在其483m里程处开口,以61.522°
的方位角、+3‰的坡度布置有轨道运输大巷(位于K3煤层底板岩层中)至265m里程位置,布置联络斜巷与皮带运输大巷联通。
回风平硐(X=3013595.839,Y=35511392.364,Z=+1868,α=303.231°
)井口标高+1868m,沿K3煤层底板以123.231°
的坡度掘进至38m里程处后在K3煤层底板岩层中布置总回风上山与皮带运输大巷联通,形成矿井开拓通风系统。
垭关煤矿的二采区,于2013年9月请毕节地方煤矿设计队编制了《毕节市垭关煤矿采区优化方案设计》,2013年10月取得批复(毕节市工能委),2013年12月取得安全设施设计批复(毕节市安监局)。
开拓方式及采掘布置:
主副井在+1816水平形成联络巷,施工上山和回风井平硐相透形成系统后,三条下山同方位(煤层倾斜方向)布置在K3煤层底板法线距离25米的稳定岩层中,按21°
负坡施工至+1705水平形成系统,布置采区变电所和水泵房;
工作面分两翼布置,底板抽放巷上错平均20米,布置在K3底板25米岩层中,一次预抽三层煤的条带瓦斯,煤层开采顺序由上至下。
具体工程量见下表
二、开采现状
目前垭关煤矿东翼K1煤已基本采完,西翼剩余少量K1煤,K2、K3因地质条件在上部偏复杂,剩余可采量不多,一采区剩余资源可采量约45万吨,地质构造、层间距近及底板存在底鼓等问题制约了一采区的生产能力,所以矿井的重点工作是加快回收一采区剩余煤量,尽快开拓二采区形成大面上综采提高产能。
三、矿井其他系统建设情况
1、供电系统
矿井主供电源引自110kV撒拉溪变10kV溪垭001开关,距离约9km,供电线路LGJ-120;
备用电源引自35kV百家哨变10kV白垭线006开关,距离约3km,供电线路LGJ-120;
另一备用电源引自35kV百家哨变10kV白茶线溪垭002开关,距离约3km,供电线路LGJ-120,形成矿井三回路供电电源,矿方已与供电部门签定了供电协议,供电电源安全可靠。
2、水源条件
(1)生活用水
生活用水取自矿区外东南部的自凿深水井,该水井正常涌水量约15m3/h,水质较好,矿方应取水化验并经处理达到饮用水标准后方可作为生活用水水源。
在主井工业场地的东部设一座150m3地面生活水池,其池底标高+1865m,可安装取水泵将泉水泵入矿井工业场地生活水池后,静压向工业场地供水,可满足生活用水的需要。
(2)生产用水
矿井正常涌水量约为24m³
/h,最大涌水量36m3/h。
在主井工业场地的东部设一座300m3地面生活水池,其池底标高+1865m,井下水经处理后,用水泵打入生产消防用水水池,供井上、下消防用水和防尘洒水用水、地面绿化用水等用。
当生产消防用水水池水量不足时由生活用水水池补充。
综上所述,该矿生活、生产水源充足,可满足矿井生活、生产用水需要。
3、通风系统
矿井现有主扇风机为轴流对旋风机,功率75KW*2,最大风量为3700m3/min,二采区系统形成后,风量可以达到3500m3/min左右,满足矿井需要。
4、运输系统
主井采用800mm皮带运输,二采区开拓后下山采用强力皮带,二采区主系统二部皮带,工作面两部皮带,运煤系统较简单;
副井平硐采用电瓶车牵引矿车运输,二采区建设专门绞车提升,但副井平硐局部断面小需扩断面。
5、其他瓦斯抽放系统、监控系统、压风自救系统、人员定位系统、紧急避难系统、供水施救系统皆完善且运行正常。
第二章综合机械化开采的可行性和配套工程
第一节推广机械化开采的可行性
一、推广可行性
随着综合机械化开采技术的发展和日趋成熟,综采已由大、中型矿井向小型矿井推广,特别在贵州省政府推行“采掘机械化、煤矿管理集团化、安全质量标准化”以后,在小型煤矿推广机械化开采已势在必行。
而煤矿行业发展趋势也决定了提高机械化开采的必要性,煤矿黄金时代已成历史,利润回归理性,“以量补价,以质提效”是煤矿发展的唯一出路,而质量原始质量占主要部分,所以机械化程度决定了煤矿的长远效益。
垭关煤矿可采煤层煤厚皆在2米左右,属中厚煤层,稳定性较好,进入深部后地质条件相对简单,矿井走向长度为2.9Km,两翼开采工作面交替回采,单翼走向长度平均1000米,适合上机械化,顶底板条件稍差,也正是上综采才能解决的关键。
第2节综合机械化开采的特点
综合机械化开采的特点是产量大,对供电、运输、通风、供水等系统要求很高,同时对整个矿井系统有很大提升和改观。
垭关煤矿一采区已剩部分分块的煤量,不适合上综采,但二采区马上开拓,已编制开采优化设计并经过专家评审通过,全部使用机械化开采,方案可行,部分系统经过改造和新建可以满足要求。
第三节综采相关配套工程
一、系统改造
原副平硐断面小,无法下综采综掘等大型设备,重新把局部断面小的地方进行刷帮扩断面;
二采区开拓主要三条下山断面施工净断面为11m2,总回风直接从1816联络巷施工上山与现总回相透,透点距离主扇风机很近的大断面处,大大改善了矿井的通风系统,满足二采区综合机械化开采所需风量。
二、运输系统改造
进入二采区后,运输系统简化,两部皮带机到工作面外口,一部主皮带和二部主皮带更换为1米皮带,工作面使用800mm皮带满足综采需要。
三、供电系统
二采区专门设计了采区变电所,从地面变电所高压下至变电所,满足采煤机和掘进机1140V供电需要。
四、掘进配套工程
综合机械化采煤,不只是综采工作面,必须有相关的综掘做保障,不然存在接续问题,因二采区为没有经过瓦斯突出危险性鉴定,开拓系统形成后,需两翼施工底板瓦斯抽放巷(距离K3底板25米处的岩石中),一次抽放三层煤瓦斯(因层间距近),我们准备上岩巷综掘机(260型),煤巷采用煤巷综掘机(130型),加快掘进速度,煤巷掘进进尺正常为350米/月,而综采推进度为2500/(140*2*1.45)=6米/日,月进度6*25=150米,采掘进度比为1:
2.3,满足接续要求。
五、选煤系统
二采区开始投产前,地面优化建设分选筛选系统乃至风选系统,规模和产量配套,确实把煤炭质量提升起来。
第4节垭关煤矿推广综采需注意的问题
一、煤层厚度变化
根据钻孔资料分析,K1煤层在1.5~2.0米变化,K2煤层在1.8~3.0米,K3煤层在1~4.5米,但因K3煤层稳定性稍差,所以在机械选型时重点考虑上部两层煤。
二、地质条件
一采区地质条件相对复杂,小构造较多,进入二采区后许多走向方向断层不影响二采区,但少量倾斜方向断层二采区方面时需考虑过断层措施。
三、底板岩石
根据垭关煤矿生产现状分析,K2、K3底板属泥岩,遇水易膨胀,在矿山压力下易变形,综采机械选型时,支架的选型特别重要,需选轻小型易推进防滑的支架。
至于层间距小,下两层顶板破碎,综采可以解决,只是两翼交替避开岩石移动影响期就可以。
第三章综采工作面生产能力及设备选型
第1节综采面生产能力
一、二采区综采工作面主要参数
根据二采区优化设计方案,工作面主要技术参数为
走向长两翼平均1000米
面长三层煤平均150米
煤厚平均2.0米
容重1.4吨/米3
二、生产能力计算
按年产60万吨计算,月生产天数25天,年生产天数为300天
日生产能力:
60/300=2000吨
每天实行“三。
八”制,两班生产,一班检修
班生产能力为:
1000吨
工作面割一刀产量为:
150*2*1.4*0.8=336吨(截深暂按0.8米计算)
每班走刀数为:
1000/336=3刀每刀用时140min
按60%开机率计算,每刀用时为84min
采煤机牵引速度为150/84=1.786m/min
以上可以作为采煤机选型的基础。
第二节综采设备选型
一、依据
垭关煤矿煤层特点,皆为中厚煤层,两层煤层稳定,K1煤层顶底板条件较好,K2、K3底板易底鼓,煤层层间距较小,进入二采区后,根据钻孔地质资料分析,层间距分别为6米和3米,地质构造方面东翼有斜交断层(F5)落差为5米左右。
鉴于以上条件,在综采设备中液压支架选型是重点。
二、设备选型
综采液压支架是关键,根据实际情况选型。
采煤机选型因K3煤层属于较稳定煤层,主要考虑K1、K2煤层厚度及支架型号进行选型。
液压支架选型
(1)支护强度(工作阻力)计算
式中:
------液压支架的支护强度,〔
〕;
------采高,〔m〕;
------顶板岩石容量,一般取2.3
------顶板岩石破碎膨胀系数,一般取1.2~1.5;
------工作面倾角,〔度〕;
------附加阻力系数,二排立柱支架
取1.6,单排立柱支架
取1.2;
------顶板周期来压动载系数。
=
,
值可按以下情况选取:
周期来压不明显顶板:
取1.1;
周期来压明显顶板:
取1.3;
周期来压强烈顶板:
取1.5~1.7。
本矿q=2*2.3*1.2*1.2/(1.4-1)*cos20=17.623T/m3
(2)初撑力
目前在坚硬、中硬和破碎的顶板条件下,多趋向于采用较高的初撑力。
现在支架的设计中初撑力,已高达工作阻力(支护强度)的90%以上。
根据有关资料介绍,初撑力与支护强度的比例关系,即=初撑力强度/支护强度,以顶板的的稳定性不同,一般在60~85%区内选取为宜。
在确定出撑力时,可按以下原则考虑:
对于不稳定和中等稳定顶板,为了维护机道上方的顶板,应取较高的初撑力,约为工作作阻力的80%;
对于稳定顶板,初撑力不易过大,一般不低于工作阻力的60%,对于周期来压强烈的顶板,为了避免大面积垮落对工作面的动载威胁,应取较高的初撑力,约为工作阻力的75%。
垭关煤矿K1、K2煤层顶板属于稳定型,K3属于极不稳定顶板,所以初撑力主要考虑上两层顶板可以考虑为工作阻力的70%。
(3)移架阻力及推溜力
移架力中厚煤层支架为150~300
推溜力一般为100~150
。
(4)支架高度
支架的最大和最小支撑高度,应根据煤层厚度的变化合理选择,片面地认为调高范围越大越好,过大地加大调高范围将增加设备重量及制造成本。
支架高度可由下式计算:
-
+0.2
—
------支架最大结构高度,〔m〕;
------支架最小结构高度,〔m〕;
------煤层最大采高,〔m〕;
------煤层最小采高,〔m〕;
------支架前柱上方顶板下沉量,一般取0.1m;
------支架后柱上方顶板下沉量,一般取0.2m;
------支架前移时可缩余量,一般取不小于0.05m;
------支架与顶底板间的浮煤,破矸厚度一般取0.1m。
跟据此公式同时考虑三层煤通用减少投资,支架高度应为
Hmax=3.0-0.1+0.2=3.1m
Hmin=1.5-0.2-0.05-0.1=1.15m
(5)顶梁长度
直接撑定掩护式支架,如图4-1所示。
------铲煤板铲尖到煤臂的距离,取100~200mm(具体大小也可计算);
=F+G+J+V
F------铲煤板宽度,一般取150~240mm;
G------中部槽宽(查特征表);
J------导向槽宽度,无链牵引时尚有齿轨部分宽度;
V------电缆槽宽。
参数查不到时可估算V=350~450mm;
------超前移架时取>截深;
滞后移架时可取零;
e------人行道宽度,不小于0.6m,高度不小于采高的70%;
H------采高,〔m〕;
------立柱倾角;
------梁端距,取250~350mm。
顶梁全长:
经计算顶梁长度为l=1.8米
所以根据垭关煤矿的具体情况,综采工作面具体各机械选型见附表:
一、实施步骤
根据开采设计(二采区)要求,步骤如下:
上综掘设备
二采区开拓系统安装施工底板抽放巷瓦斯抽放2101工作面方面采购综采设备安装回采(投产)
2、综采工程实施时间表
序号
工程名称
工程量
完成时间
负责人
备注
1
2014年3月
矿长
2
二采区开拓
1466米
2014年12月
3
系统安装
抽放系统、压风系统、排水系统、供电系统等
2015年4月
机电矿长
4
施工底板抽放巷
4438米
2015年6月
5
瓦斯抽放
20个钻场
2015年9月
矿长、工程师
上下巷各20个钻场400个孔,施工一个抽一个随打随抽
6
2101方面
1500米
7
采购综采设备
采煤机、刮板机、液压支架、机电配套设备等
8
综采面安装运行
2015年11月
第2节综采综掘设备配备
设备配置一览表
设备名称
型号
单位
数量
单价(万元)
总金额(万元)
掘进机
260、135
台
600、300
900
采煤机
MG200-W
150
液压支架
ZY3600/11/28
架
110
15
1650
刮板机
SGB630/150
转载刮板机
SZB730/40
30
变压器
KBSG-500/10/0.69
20
40
KBSGZY-500/10/1.2
25
绞车
JKB-2.0×
1.5
80
9
胶带运输机
大倾角强力1米皮带
部
200
350米
10
猴车
RJHY22-12/450
35
11
主排水泵
D46-50×
12
36
其他设备
500
轨道、管路、开关、电缆、液压泵等
合计
一、顶底板管理措施
因三层煤的层间距近,K1回采顶板正常管理,顶底板皆稳