内蒙古蒙兴投资集团子洲县永兴煤矿矿井开采初步方案文档格式.docx
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该公司的罗伯特煤矿,刨煤机综采工作面,煤厚1~,工作面长308m,平均日产原煤13500t。
英国Long-公司、美国Joy公司研究开发了具有自动化的滚筒式采煤机综采工作面计算机控制系统,取得了较好成绩。
如美国煤钢联BW50#煤矿,煤厚,工作面长度330m,采用滚筒式采煤机综采创下日产原煤22310t的记录。
澳大利亚正在研究程控制全自动无人长壁工作面开采技术。
为适应“一矿一面”的高度集中化生产和煤矿生产集团化管理模式,先进采煤国家研发了矿井自动化监测控制系统,主要生产环节已基本实现自动化检测监控,实现了对综采工作面井运输、通风、排水等设备和矿井瓦斯、煤尘全参数的全自动化监测和控制。
1999年全美约27个薄和较薄煤层工作面,平均日产量达5~7Kt。
目前,世界各国主要采煤国家相继研制成功且先进的薄煤层滚筒式采煤机有:
德国Eickhoff的EDW-170LN,EDW-300LN滚筒采煤机,英国An-rson公司的AM420滚筒采煤机,AS270薄煤层电牵引采煤、美国JOY公司研制了4LS滚筒采煤机和日本三井三池的MCLE300-7575M等滚筒采煤机采煤机,基本上满足了采高~薄煤层。
（二）国内长壁式薄煤层综合机械化采煤技术
目前国内薄煤层综合机械化开采,主要采用如下几种方式:
滚筒采煤机配液压支架综合机械化开采方法;
刨煤机配液压支架综合机械化开采方法。
1.滚筒采煤机配液压支架综合机械化开采方法
1985年我国引进前苏联K103型电磁调速外牵引采煤机，5套薄煤层综采设备,在徐州、开滦、鸡西、双鸭山、七台河等局、矿使用,后由辽源煤矿机械厂仿制2台,虽然最后成套设备试验未获预期效果。
但薄煤层滚筒采煤机在我国研制已有30年历史,开发出多种机型,从液压驱动、钢丝绳或链牵引发展到目前电牵引采煤机。
现在国产薄煤层滚筒采煤机基本可以满足煤层厚度~,煤质中硬以下的缓倾斜薄煤层开采需求。
薄煤层滚筒采煤机基本可分为骑溜式和爬底板式两种。
前者具有结构简单,牵引阻力低及空顶面积小等特点,但因采煤机骑溜运行,故通过空间和过顶空间大,需要有较高的空间。
后者具有结构紧凑、机械强度高、滚筒拆卸方便、装煤效果好、易于制造和维修方便等特点,但因采煤机爬底板运行,故控顶距离较大。
当采高在以下时宜
采用爬底式采煤机;
如采高在以上时,宜采用骑溜式采煤机。
为实现无切口采煤,最好选用短机身双滚筒采煤机。
2.刨煤机配液压支架综合机械化开采方法
刨煤机是一种十分成功的薄煤层开采装备,能极大提高煤炭生产效率。
刨煤机的切割速度可达到3m/s,切割功率超过2×
200kW。
根据煤的硬度,每刀截深可达到250mm。
目前,工作面输送机和刨煤机均可采用智能驱动系统,加上可靠的支架控制系统,可使采煤工作面实现全部自动化。
薄煤层刨煤机综采的优点是驱动装置设于工面端部的巷道中，仅刨头在工作面内运行，刨头结构简单、外形尺寸小、没有复杂的液压元件和液压系统，可开采厚度较小的煤层且易于维护；
采用刨煤机刨煤、装煤，采出原煤块率高、块度大，粉尘少、粉尘浓度低、外在灰分混入少、原煤灰分降低，煤质和价格大大提高且减少了粉尘治理环节；
采用小截深、多循环的方式紧贴着煤壁快速割煤，利用矿压仅需刨落煤壁压酥区表层，破煤能耗少、对顶板的振动小，割煤后顶板暴露的面积小、时间短、所需液压支架梁端距小、顶板压力小、有利于顶板管理和减少因漏顶而混进煤中的顶板岩石量，使原煤的质量大大提高且可适应破碎顶板；
刨头外形尺寸小对工作面通风断面影响甚微，静力刨煤、装煤极少产生火星，原煤块率高、块度大则释放瓦斯均匀，因此刨煤机可在高瓦斯煤层中使用；
全自动化刨煤机同样具有电液控制系统的液压支架配套后可采用定量推进替代传统的定压推进，保证了以固定刨深随时刨煤随时推进，实现了连续循环作业，工作时间利用率高、效率高、产量高；
操作和监控系统设置在回采巷道内，工作面无人化、工人无需跟机作业、劳动条件好、劳动强度小、事故少、人员少、便于生产管理、有利于安全生产和降低用人成本；
开采薄煤层时对长工作面有较强的适应性，相对减少了巷道掘进量，这对于薄煤层开采尤其重要。
缺点是刨煤机铸件单一化、形状复杂、精度较高、自动化程度高，要求工作人员具备较高的知识水平；
对工作面地质条件要求较高、适应性不如滚筒采煤机，不能随时调整刨头的高度、顶板起伏时要留顶底煤或通过困难，不能随时大量提高刨头起底量、底板起伏不平和调向装置灵敏度不够时会造成“飘刀”或“啃底”，底板松软或煤粘顶时移架困难会影响自动化程度，静力刨煤遇到煤层夹矸或煤质太硬（普氏系数f≥4）时会降低生产率。
（三）滚筒采煤机配液压支架综合机械化开采方法的实践效果
我国一些省区薄煤层储量比重很大，如安徽占72%、四川占60%、山东占54%、黑龙江占51%、贵州占37%，其它产煤省份如山西、内蒙、河北、吉林等也有丰富的薄煤层资源，他们积累了丰富的薄煤层综合机械化采煤法经验。
1.山西大同同家梁煤矿408盘区8#层8805工作面
（1）8805工作面地质条件。
煤层埋藏深度211~273m，平均242m.单一煤层，结构较简单，煤厚~，平均。
伪顶为粉砂岩，厚度~，坚硬、致密;
直接顶为细砂岩，厚度~，结构松散;
老顶为粉细砂岩，厚度大于10m，层理较发育;
直接底为粉砂岩。
瓦斯涌出量为3m3/t。
工作面走向推进长度800m，工作面长度128m，采高~。
（2）设备配套。
8805工作而采用ZYB4400/18型掩护式支架，支撑高度为850~11800mm，初撑力3837KN，工作阻力4400KN;
采煤机为SMG200一B型双滚筒采煤机，生产能力300t/h，适应采高~，卧底量100mm，功率200kw;
工作而输送机为SGB一630/220W型刮板运输机，运输能力为450t/h;
转载机为40型，运输能力500t/h;
顺槽皮带机为SJ一80型，运输能力为700t/h。
（3）取得的效益
①8805工作而为首采面，自3月8日投产至5月底共生产原煤102233t。
3~5月分别生产原煤26646t、40198t和35389t.回采工作面工效分别达到、和工。
最高日产达2554t，采用四.六制最高班产达1649t。
②工作而回采率达到98%以上。
③安全状况良好，3~5月未出现工伤。
2.山西焦煤汾西矿业集团贺西煤矿的二采4#煤层2404工作面
（1）2404工作面地质概况。
2404工作面采二叠系山西组4#煤层,为中灰特低硫主焦煤,容重为m3,倾角2~9°
煤层厚度~,底板较硬,工作面构造较复杂,材料巷及运输巷掘进时揭露多条小断层。
煤层老顶粉砂岩坚硬、块状。
直接顶泥岩块状、较硬。
直接底砂质泥岩较硬、固块状。
（2）2404工作面主要设备配备。
基本架选用ZY4000/08/18L型。
高度、宽度~、中心距、初撑力2616kN、工作阻力4000kN，支护强度（m2）、对地比压平均、移溜行程700mm、操作方式邻架、泵站压力。
过渡支架选用ZYG5000/11/26L型。
高度~、宽度~、中心距、初撑力3200KN、工作阻力5000KN、支护强度、对底比压平均、移溜行程700mm、操作方式本架、泵站压力。
选用了MG250/560WD型采煤机,滚筒选用山西海德拉太矿国际采矿刀具设备有限公司d1400刀形齿滚筒。
装机总功率560Kw，采高范围~，适应倾角16°
，机面高度870mm，截深630、800mm。
选取山西煤机厂改进的SGZ-764/630型刮板输送机。
刮板输送机主要技术参数，设计长度200m、出厂长度200m。
输送量1200t/h、刮板链速s。
（3）2404工作面试采效果。
①2404工作面从2009年12月开始初采,截至2010年7月底,共生产原煤209980t,平均月推进90m。
②工作面在正常回采期间日产量在1200~1900t,最大日产量达2230t。
③工作面采用综采配套设备后装煤效果明显改善,移刮板输送机后浮煤厚度不足50mm。
④工作面投用至今基本没有出现因设备事故影响生产的情况,安全可靠。
3.河北峰峰集团黄沙矿112上89薄煤层工作面综采工艺试采
（1）112上89工作面条件。
黄沙矿112上89薄煤综采工作面走向推进长度302m,工作面长度仅50m,煤层倾角21~26°
，平均为23°
采高,。
工作面煤层厚度最大,最小,平均，煤层厚度较稳定。
工作面揭露断层8条,落差~,均为正断层,其中落差H=断层位于运料巷上帮,H=断层位于运输巷下帮,均对回采造成不同程度的影响。
煤层直接顶板为~浅灰色粉砂岩,含少量植物根化石,硬度系数f为左右;
底板为~灰色粉砂岩,含大量植物根化石。
（2）112上89工作面三机配套设备。
三机配套设备使用了MG200/360-WD变频电牵引采煤机,可远程遥控;
SGZ-630/220型刮板输送机配合SGB-40T型刮板输送机和DSJ80/40/80型带式输送机连续运煤;
ZY3300/07/13两柱掩护式整体顶梁液压支架,高度~,PM32电液操作。
（3）112上89工作面试验效果。
平均日产原煤720t,平均月产量21600t;
最高日推进度17m,最高日产可达到1224t,最高月产36720t,具备年产40万t的生产能力;
比同等机采工作面新增产值18144万元/a，净增利润10912·
3万元/a；
无工伤事故安全可靠。
综上分析，炮采、机采工作面虽技术简单、投资小，但安全条件差，劳动强度大，工作面单产低，劳动效率低；
螺旋钻采煤机仅适于开采极薄煤层和回收边角；
煤滚筒采煤机配液压支架综合机械化开采方法、刨煤机配液压支架综合机械化开采方法相比，薄煤层滚筒式采煤机综采比刨煤机对煤层赋存的地质条件适应性较强、过断层能力高，破煤能力较高、机械化程度高、可有效控制和易于管理顶板、减少了安全隐患、改善了工人劳动条件和减轻了劳动强度，工作面推进速度快、生产效率高、产量高、效益好。
最大缺点是最小采高受到一定限制，“小机身、大功率”问题很难有效解决，造成薄煤层综采一般只用于厚度大于的薄煤层。
薄煤层滚筒式采煤机综采采煤法为近年来在大中型矿井中普遍采用的一种采煤方法。
我省焦家沟煤矿采用薄煤层滚筒式采煤机综采采煤法也取得了成功，经济安全效果俱佳。
该采煤方法技术先进，机械化程度高，管理集中，单产较高，采用液压支架支撑顶板，生产安全，人员少，劳动强度低，工作面推进速度快，有利于回采巷道维护和煤炭自燃的防治。
但本矿VII上煤层厚度相对较小，平均只有，不利于综合机械化采煤工艺的充分发挥，另外，工作面整体投资相对较高。
从提高机械化程度，减少工人劳动强度，提高矿井生产安全性角度考虑，设计推荐VII上煤层采用方案Ⅳ长壁式滚筒式采煤机综合机械化采煤工艺采煤法。
此采煤方法也符合我国目前煤炭工业的方针政策，提高矿井安全装备水平、改进落后采煤工艺、提高劳动效率、降低劳动强度。
二、VII中煤层采煤方法选择
VII中煤层属于薄煤层，可采厚度～，平均，根据上述VII中煤层的具体条件、该矿的生产规模、技术管理水平，结合我省目前厚煤层开采技术经验、机械化发展水平及生产管理水平，从提高矿井生产安全可靠、经济、高产、高效和有利于综合机械化设备选型角度考虑，设计推荐VII中煤层采用方案Ⅲ螺旋钻采煤法的最大特点是不需回采工作面,及不需回撤工作面内的采煤机、输送机和支护设备,仅在巷道中用螺旋钻采煤机就可将两侧各50~70m范围内的煤采出。
此采煤方法符合该矿设计生产规模、生产技术管理水平和VII中煤层的具体赋存条件。
第二章采煤工艺
第一节概述
VII一盘区东西长约2291m；
南北宽约540m。
有2层可采煤层，自上而下为VII上、VII中煤层。
VII上煤层为区内的主采煤层，基本全区可采，几何形状分布规则，根据钻孔资料，可采煤层厚度～，平均约，结构简单；
VII中煤层为局部可采煤层，几何形状分布极不规则，可采煤层厚～，平均，结构简单。
该煤层普遍含一层夹矸，厚度～，大步地段，岩性以砂质泥岩、泥岩为主。
两层煤层间距约～，一般4～6m。
煤层埋深约～。
总体趋势为由西北向东南逐渐变厚，并在此基础上发育了幅度不大的波状起伏，地质构造较简单。
低瓦斯，煤尘具有爆炸性，煤层属易自燃，水文地质较简单。
煤层直接顶底板多为砂纸泥岩、细粒砂岩、粉砂岩及砂质泥岩。
该盘区设计推荐采用走向长壁采煤法，工作面顺槽沿东西方向布置。
工作面切眼长度净宽140m，顺槽走向全长2291m。
第二节VII上煤采煤工艺
本盘区VII上煤层为全区可采煤层，分布较稳定，可采煤层厚～，平均，结构简单。
下距VII中煤层间距平均约5m。
总体趋势为由西北向东南部逐渐变厚，倾角0～5°
左右的宽缓单斜，并在此基础上发育了幅度不大的波状起伏，地质构造较简单。
根据盘区开采顺序安排，VII一盘区首采VII上煤层，首采工作面安排在VII上煤层7103区段，即7103工作面。
一、工作面参数确定
1.工作面长度：
VII上煤层可采煤层厚～，平均，结构简单。
结合盘区生产规模，既考虑综采工作面推进度合理，又要使综采工作面长度较合理，设计确定工作面长度为150m（净宽140m）。
2.采高：
根据盘区内钻孔资料推测，7103工作面内VII上煤层厚度为~，平均厚度取，设计确定采高为。
3.工作面推进长度：
根据划分的盘区几何尺寸7103工作面推进长度为2260m。
4.工作面年推进长度：
年工作日按330天计，工作面采用“三.八”工作制，采用“两采一准”作业形式，循环方式为每天10个循环，循环进尺,日进度为6m，正规循环率取，则年推进长度：
年推进长度=330×
6×
=1782m
5.工作面年产量
工作面循环产量=工作面长度×
采高×
循环进尺×
容重×
回采率
=140×
×
=。
VII上煤层容重为m3,薄煤层工作面回采率取。
工作面日产量=循环产量×
日循环数
=×
10
工作面平均年产量=工作面日产量×
年工作日×
正规循环率
330×
=a。
6.工作面可采储量及可采期：
根据7103工作面几何尺寸、采高及VII上煤层视密度m3，工作面回采率按计，经计算工作面可采储量,可采期约为个月。
二、7103综采工作面回采巷道布置
7103综采工作面沿北南布置，由东向西推进。
其西部为矿井主要大巷，南部与7105工作面相邻，北部为工业广场保护煤柱，东为井田边界。
工作面布置三条平行巷道，即首采面运输顺槽、辅运顺槽及回风顺槽，掘至井田东部距边界线20m位置开切眼布置工作面，构成7103工作面生产系统，安装设备进行回采。
7103综采工作面回采巷道布置见盘区巷道布置图所示。
三、采煤系统
1.运煤：
7103工作面→7103运输巷→溜煤眼→辅运大巷→主斜井皮带上山→地面。
2.运料：
地面→主斜井→主运大巷→7103辅助运输巷→7103工作面。
3.通风：
主副斜井→主运大巷/辅运大巷（新风）→7103运输巷/辅助运输巷→7103工作面（污风）→7103回风巷→回风大巷→回风井→地面。
4.供电：
由中央变电所向采煤工作面移动变电站供电。
5.排水：
7103工作面→7103运输巷/回风巷（自流，低洼处利用小水泵排）→矿井主副水仓。
三、采煤工艺
设计确定采用综合机械化采煤工艺，主要工艺为，滚筒式采煤机割煤和装煤，可弯曲刮板输送机运煤，掩护式液压支架支护顶板，全部垮落法处理采空区。
1.采煤机工作方式：
割煤方式采用双向割煤，进刀方式采用斜切式割三角煤进刀。
如图2—2—2所示。
图2—2—2斜切式进刀示意图
2.运煤：
采用可弯曲刮板输送机运煤，滞后采煤机一个弯曲段长度推移刮板输送机，与液压支架共用一个千斤顶互为支点。
3.工作面工艺流程为：
割煤准备→斜切进刀→（反向）移直输送机→（调头）割三角煤→（调头）空行→割煤→移架→推溜。
4.支护：
采用掩护式液压支架支护顶板，支护方式采用及时支护，移架方式采用单架依次顺序移架，支架工作方式采用擦顶带压移架。
5.采空区处理：
采用全部垮落法处理采空区，最大控顶距为m,最小控顶距为m（视支架型号确定）。
6.端头支护：
该工作面采高（）不大，工作面日推进度6m，推进速度不太快，矿山压力不太大等因素，设计确定端头采用单体液压支柱配4m长钢梁对梁支护，一梁3柱，交错迈步前移。
7.超前支护：
工作面两顺槽超前20m采用单体液压支柱配1m长金属铰接顶梁支护
五、7103综采工作面设备选型
7103采煤工作面主要设备布置图见设计图。
1.采煤机：
考虑VII上煤层厚度为，煤层当中含有一层夹矸，且为预防工作面煤层厚度出现变化，工作面条件将不可避免出现局部破岩情况，这将要求采煤机有较大的截割能力（功率）。
根据工作面劳动组织，综采工作面采用“三.八”工作制度，每天2个班生产，每班5个循环1个班准备。
。
平均循环运行时间60min，开机率60％，循环平均连续运行时间48min，采煤机的有效牵引速度不得小于min，此牵引速度下的小时产量为：
Ｑh＝60×
＝h。
采煤机功率的确定：
AX——被截割煤的截割阻抗，考虑切割顶底板岩石（预计f=5），取450N/mm
A——标准煤的截割阻抗，200N/mm
HW——比能耗值，min速度下取——后滚筒比能耗
H’WX＝×
＝——功率利用系数，
K2——功率水平系数，
＝×
+×
/
＝
按30％的富裕量考虑，则采煤机的装机功率应达到
N＝
以上分析计算得出采煤机选型的基本参数要求如下：
生产能力：
>
220t/h；
装机功率:
550kW；
有效牵引速度：
min；
采高：
～；
机面高度：
<
850mm；
设计推荐选用MG300/700-WD型交流电牵引采煤机，该采煤机是一种多电机驱动，电机横向布置，全机载交流变频调速无链双驱动电牵引采煤机。
MG300/700-WD型交流电牵引采煤机技术参数见表5—1。
表2-2-1MG300/700-WD型交流电牵引采煤机技术参数
序号
项目
参数
单位
MG300/700-WD
1
最大计算生产能力
t/h
2
采高
～
m
3
装机功率
kW
4
供电电压
1140
v
5
滚筒直径
φ1200
mm
6.
截深
630
7
牵引力
kN
8
牵引速度
m/min
9
灭尘方式
内外喷雾
拖电缆方式
自动拖缆
11
主机外形尺寸
12
主机重量
t
13
配套运输机
SGZ730/220，SZB—730/75
该机型能实现0～min的截割牵引速度，大于生产要求min。
采煤机有效的最大牵引速度为理论最大牵引速度的70％，即×
min＝min，此牵引速度下，采煤机的有效最大割煤能力为
60×
大于要求的221t/h.。
2.可弯曲刮板输送机：
设计推荐选用SGZ730/220型
根据工作面的生产能力和MG300/700-WD型交流电牵引采煤机的配套，选用SGZ730系列刮板输送机，与支架的中心距相配套采用1500mm的节距。
输送能力计算：
式中
F——中部槽装载断面积，
γ——散煤的松散密度，1t/m3
φ——装满系数，
V——链速，s
＝3600×
1×
＝h
与采煤机的生产能力相匹配，大于的生产率要求。
电机功率的计算
＝m，
式中：
N——载货每米重量Kg/m
q0——刮板链每米重量，30Kg/m
β——工作面倾角，0°
ω——货载与中部槽间运行阻力系数，
ω’——刮板链与中部槽间运行阻力系数，
L——输送机铺设长度，130mm
η——传动效率，
K——电机备用功率系数，
K1——链轮附加阻力系数，
K2——水平弯曲时链与槽帮间的附加阻力系数，
g——s2
N=×
1+0）+2×
30×
130×
1000/
考虑满载启动和负载不均衡因素，选取2×
110KW的双电机机驱动，总的功率备用系数2×
110/＝
圆环链的确定：
最大运行阻力W
W＝
120×
链条最大张力
Smax＝
＝2/
圆环链材料强度按700MPa考虑
D＝
＝（2×
4×
（700×
10^6）/^
＝，选取C级链D＝26mm
SGZ730/2×
110型刮板输送机，其主要技术参数和如下：
输送量5
升级会员 