143工作面采煤设计.docx

143工作面采煤设计.docx

《143工作面采煤设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《143工作面采煤设计.docx（51页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

143工作面采煤设计

工作面采煤设计

东沟煤矿生产技术部

2015年11月30日

参加编制人员

姓名

职务

签名

会审意见审批栏

单位

意见

签名

日期

生产技术室

安全检查室

机电运输室

通风防突办

调度室

水文地质副总

通风副总

机电副矿长

生产副矿长

安全副矿长

总工程师

矿长

第十一章安全37

前言

一、基本情况

东沟煤炭有限责任公司煤矿始建于1987年建矿，1988年投产，年产量3万吨，是当时呼图壁县重点乡镇企业之一；1999年改制成为有限责任公司，2004年列入新疆煤炭工业“十五”规划矿井，规模9万吨/年，2005年10月开始实施90kt/a矿井技术改造工作，2008年10月通过验收，正式投入生产，由新疆煤炭设计研究院设计。

2009年开始90万吨/年改扩建建设，2016年1月底完成了矿井改扩建工程。

二、设计依据：

1）新疆地质矿产局第九地质大队提供的《新疆准南煤田呼图壁县石梯子东沟煤矿煤矿勘探报告》；

2）新疆煤炭设计研究院设计的《呼图壁县东沟煤炭有限责任公司初步设计安全专篇》；

3）煤炭工业出版社《煤矿矿井采矿设计手册》、《煤矿安全规程》；

4）《141工作面地质说明书》；

5）《141工作面设计》、《呼图壁县东沟煤矿采掘工程平面图》；

6）矿井现有的综合机械化综采设备；

7）矿井现有井巷实测资料及其它相关资料；

8）呼图壁县东沟煤炭有限责任公司相关规定；

三、设计指导思想

１、认真贯彻执行相关规程、规范；

２、在矿井现有工程和设施的基础上，依靠科技进步，尽量采用先进工艺先进设备，提高资源回收率。

四、设计的主要特点

1、矿井设计规模：

90万吨/年；

2、矿井开拓方式：

斜井开拓方式

3、矿井通风方式：

中央并列式

4、采煤方法：

单一走向长壁一次采全高

5、采煤工艺：

综合机械化采煤工艺

五、采煤工作面投产时主要经济指标

1、回采试验工作面，连续三个月月产达到生产计划目标；

2、回采率达到93%以上；（《煤炭工业矿井设计规范》规定）

3、提高矿井安全条件，生产期间无死亡事故。

第一章井田概况及地质特征

第一节井田概况

一、交通位置

新疆呼图壁县石梯子东沟煤矿位于呼图壁县城南56km处的天山北麓，石梯子小西沟呼图壁林场一带，行政区划属呼图壁县石梯子乡管辖。

井田位于省道S101线以南，由矿部沿矿区简易公路北行5km至省道S101，省道S101向东经硫磺沟至乌鲁木齐85km；向西20km后再向北50km经雀尔沟镇在大丰镇与乌奎高速公路、国道G312和北疆铁路相连，外部通行条件尚可。

交通位置详见图1-1-1。

矿井中心地理坐标：

东经：

86°42′00″，北纬：

43°44′25″。

图1-1-1交通位置图

二、地形地貌

井田位于天山北麓的中低山区，南北向岭谷相间分布，海拔标高+1653m～1975m，高差322m，地势南高北低，向北西方向倾斜，属侵蚀剥蚀中山地貌，植被发育，草木丰盛。

三、地面河流、水系

井田南部的东沟河是一条常年性流水的河流，该河流发源与南侧山区，由东南向西北流经井田南部，与西沟河汇合后最终流入呼图壁河，该河的水流量一般为0.12～0.15m3/s，是较好的矿井水源。

井田东北部的干沟河为季节性河流，每年5～11月份河沟内有水流，12月～次年4月河沟干涸，作为矿井水源不可靠。

四、矿井开采历史及现状

根据地质报告提供资料，原9万吨/年矿井有1个主斜井、1个行人回风斜井。

井田范围内有B1、B2、B3、B41、B42等五层编号煤层，采动煤层有B2、B3、B42煤层。

目前及9万吨矿井先期开采地段都在主斜井以上开采上山煤。

以主斜井为界分东、西两翼开采，开采方式为房柱式，采区布置后退式；采区运输为轨道运输。

目前，矿井东、西两翼同时开采，东翼开采现状为：

B42煤层已掘进至695米，开采水平为+1586。

西翼开采现状为：

B42煤层已采动625米，开采水平为+1586，B2煤层已掘进至1450米，开采最低水平为水平为B2煤层的+1573。

9万吨矿井基本技术参数

名称

呼图壁县石梯子东沟煤矿生产井

主井（井口位置）

纵坐标

4844340.270

横坐标

29475789.921

标高

1724.389

构造

单斜

开采煤层

B42B2

井型

斜井斜上山

井深

400米

主巷长度

650米

支护情况

水泥发旋锚杆支护

建井日期

1987年10月

开采情况

东翼开采至695米;西翼开采至1450米

开采方式

防柱仓储式

产量（万吨）

9万吨/年

产状

10°-25°∠10°-15°

煤层厚度（米）

B42煤层厚度2.5-5.2米：

B2煤层3.5-7.0米

瓦斯

低瓦斯矿井

水文简况

井下出水

开采范围

倾向

13°

走向

100°-200°

照明

矿灯

通风

机械式通风

事故情况

无

其他

现正准备技改

2013年6月，东沟煤矿9万吨/矿井根据上级文件精神和矿井基本现状，截止目前一直处于停产。

全力以赴进行90万吨/年改扩建，开采深度为145m，

1890煤矿时间于2003年10月开工建设，于2006年10月投产，目前主要143采掘工作面布置在B42煤层，现回采工作面为141工作面。

五、现有水源及电源情况

东沟河是矿区主要的供水水源。

双回路已全部覆盖东沟煤矿矿区，供电状况良好；取自矿区外界石梯子乡哈穆斯特改造升级后变电供电。

第二节地质特征

一、地层

143工作面位于B42西南布置，井田内出露的地层为下侏罗统三工河组（J1s）、中侏罗统西山窑组（J2x）、头屯河组（J2t）和第四系上更新统-全新统洪冲积层（Q3-4pal）、第四系全新统坡积层（Q4dl）。

143工作面位于西山窑组下段（J2x1），该段地层厚114.55～188.78m，平均厚136.76m。

二、煤层

143工作面煤层厚度平均3.1m。

一般含有1～2层夹矸，夹矸厚度0.1m-0.2m，总体结构较简单，煤层赋存稳定。

三、构造

该工作面总体构造形态为向西南倾斜的单斜构造。

煤层倾角为12°～15°,平均角度14°,矿区大地构造位置归属准噶尔盆地南缘乌鲁木齐山前拗陷西段的中部，位于三屯河～宁家河单斜构造带上。

中新生代地层由南向北，从老至新依次排列，倾向为北北东向单斜，倾角10°～60°。

F6断层使单斜带重复，其南盘（下降盘）单斜倾向没有大变化，倾向为北北东向，倾角10°～33°。

F6断层北盘（上升盘）受断层控制西段倾向北东，东段转为北北东，倾角西段25°～60°，东段倾角为15°～38°。

其中，南部及北部地层倾角略陡，中间地带（含煤地层西山窑组分布区）地层倾角略缓，矿区西南部和东南部见有小型褶曲，对矿区构造无影响，矿区没有其它褶皱。

四、煤质

1、物理性质：

（1）、区内各煤层的物理性质基本相同，各煤层为沥青光泽，黑色，条痕黑褐色。

节理较发育，断口以参差状为主，局部呈贝壳状和平整状，煤层呈条带状结构，层状构造，煤的质地较硬，但较脆，易破碎；主要为31号不黏煤。

区内编号煤层为B42、B41、B3、B2、B1，它们的平均视相对密度分别为1.27、1.34、1.29、1.30、1.30吨/立方米，变异系数分别为2.36%、1.42%、2.70%、2.08%、2.66%，全区煤层的平均视相对密度为1.30吨/立方米，标准差为0.03,变异系数为1.96%（表4-1）。

各煤层密度统计表表4-1

煤层号

B42

B41

B3

B2

B1

全区

平均值

标准差

变异系数（%）

视相对密度

（ARD）

1.24-1.32

1.32-1.37

1.26-1.36

1.25-1.32

1.28-1.36

1.27-1.34

0.03

1.96

1.27（6）

1.34（6）

1.29（6）

1.30（5）

1.30（5）

1.30（5）

标准差

0.03

0.02

0.03

0.03

0.03

变异系数（%）

2.36

1.42

2.70

2.08

2.66

注：

（2）、区内编号煤层为B42、B41、B3、B2、B1，它们的平均视相对密度分别为1.27、1.34、1.29、1.30、1.30吨/立方米，变异系数分别为2.36%、1.42%、2.70%、2.08%、2.66%，全区煤层的平均视相对密度为1.30吨/立方米，标准差为0.03,变异系数为1.96%（表4-1）。

各煤层密度统计表表4-1

煤层号

B42

B41

B3

B2

B1

全区

平均值

标准差

变异系数（%）

视相对密度

（ARD）

1.24-1.32

1.32-1.37

1.26-1.36

1.25-1.32

1.28-1.36

1.27-1.34

0.03

1.96

1.27（6）

1.34（6）

1.29（6）

1.30（5）

1.30（5）

1.30（5）

标准差

0.03

0.02

0.03

0.03

0.03

变异系数（%）

2.36

1.42

2.70

2.08

2.66

注：

2、煤的化学性质：

1、水份（Mad）

区内B42、B41、B3、B2、B1各煤层的原煤水份（Mad）平均含量分别为4.77%、4.15%、4.34%、4.36%、4.06%，标准差分别为1.09、0.91、1.05、1.20、1.01，变异系数分别22.80%、22.02%、24.20%、27.58%、24.85%，全区5层煤的原煤水份（Mad）含量平均值4.34%，标准差为0.27，变异系数6.31%；B42、B41、B3、B2、B1各煤层的浮煤水份（Mad）含量平均分别为3.85%、3.65%、3.57%、3.58%、3.50%，标准差分别为0.37、0.36、0.34、0.25、0.23，变异系数分别9.54%、9.98%、9.53%、7.01%、6.57%，5层煤的浮煤水份平均值4.18%，标准差为1.25，变异系数29.86%（表4-3），全区各煤层之间的水份（Mad）含量变化幅度不大，均属低-中水分煤。

2、灰份（Ad）

全区5层煤的原煤灰分（Ad）产率介于6.44-13.88%之间，一般为6.44%-9.24%，平均为9.71%，标准差为2.68，变异系数27.58%；浮煤灰分（Ad）产率全区5层煤介于2.37-3.79之间，平均为3.30%，标准差为0.55，变异系数16.54%（表4-3），各层煤间的灰分（Ad）产率变化幅度不大。

按照GB/T15224.1-2004动力煤的灰分分级国家标准，全区5层煤灰分（Ad）属特低灰-低灰煤（SLA-LA）。

现将各煤层煤的灰分（Ad）变化叙述如下：

（1）B42煤层：

原煤灰分（Ad）产率共测试12个样点，最低2.39%，最高14.76%，一般为4.11%-5.42%，平均产率6.44%，标准差为4.00，变异系数62.12%；浮煤灰分（Ad）产率共测试12个样点，最低1.68%，最高3.88%，平均产率2.37%，标准差为0.60，变异系数25.33%（表4-3），比照GB/T15224.1-2004国家标准划分，属特低灰-低灰煤（SLA-LA）。

空间分布上，全区以特低灰煤为主，在东部及ZK502周围分布小范围的低灰煤（图4-1）。

3、煤的有害杂质-硫、磷、氯、砷

B42煤层：

原煤全硫（St.d）含量共测试12个样点，最低0.15%，最高0.72%，一般为0.15%-0.33%，平均0.29%，标准差为0.16，54.84%；浮煤全硫（St.d）含量共测试10个样点，最低0.09%，最高0.26%，平均0.16%，，标准差为0.06，变异系数38.84%（表4-6），比照GB/T15224.1-2004国家标准划分，属特低硫-低硫煤（SLS-LS）。

空间分布上，全区以特低硫煤为主，在中部ZK202附近分布小范围的低硫煤。

煤的灰份：

5#煤层为低灰份煤，硫分均小于0.6%，属特低硫。

磷一般为低磷到中磷。

煤的可选性分易选、中等易选和难选。

五、瓦斯、煤尘和煤的自燃性

1、瓦斯：

根据新疆维吾尔自治区煤矿矿用安全产品检验中心鉴定结果，矿井瓦斯最大绝对涌出量为0.42m3/min，二氧化碳最大绝对涌出量为0.53m³/min，矿井瓦斯最大相对涌出量为2.16m3/t，二氧化碳最大相对涌出量为m3/t，瓦斯等级鉴定为瓦斯矿井。

2、煤尘：

煤尘爆炸试验火焰长度均均在300～400mm之间，各煤层均有爆炸性危险。

3、煤的自燃：

根据勘探地质报告测试着火温度，各煤层均属易自燃煤层，自燃等级为Ⅱ类自燃。

六、水文地质

1、水文地质概况

15111工作面水文地质较简单，一般为顶板淋水。

另外工作面回采期间，受两条季节性冲沟影响，开采后地表及沟底形成塌陷裂隙，因此地表水为该工作面的主要补给水源。

其它含水层与该工作面补给无直接关系，15111工作面主要水害为顶板裂隙水及地表渗水。

2、开采区域附近工作面情况

15111工作面位于副井井筒保护煤柱以南5#煤层内，临近煤层均未采动。

3、涌水量

根据地质报告资料，预计该工作面涌水量为25m3／h。

第二章开采境界、储量及煤层顶底板岩性

第一节开采境界及储量

一、开采境界

143工作面布置在井田西南B42煤层中，上部以5#煤层露头为界，下部以1760m水平为界。

工作面走向及倾向长度分三段（由开切眼方向向主副井筒划分）合计，一段走向平均长度580m，倾向平均长度138m；二段走向平均长度462m，倾向平均长度60m；三段走向平均长度334m，倾向平均长度123m。

二、储量

1、工业储量：

根据5#煤层底板等高线及煤层柱状图和15111工作面平面布置图，可知15111工作面倾向长度变化较大，分成三段进行计算，15111工作面工业储量计算如下：

工作面工业储量：

Q工=S·L1·H·R-Q损

=334.53×123×3.9×1.35+462.37×60.5×4.2×1.35+47.61×118.63/2×1.35×4.2+580.41×138.5×4.5×1.35+（86.51×70.54）/2×4.5×1.35+23.7×70.54×4.5×1.35-109427.85

=216636.717+174619.385+517037.772-109427.85

=908293.874吨

式中：

S―工作面走向长度,m；

L―倾向长度,m；

H―煤层平均厚度,m；

R―容重，1.35t/m3。

Q损―设计损失煤量

2、可采储量

Q采＝Q工×η

＝216636.717×0.94+174619.385×0.93+517037.772×0.87

＝815857.4036吨

η―工作面回采率

第二节煤层顶底板岩性

一、顶板：

直接顶为灰色粉砂岩，粉砂质结构，参差状断口，泥质胶结，具滑面，厚度为1.14米。

老顶为浅灰色粗砂岩，以长石和石英为主，分选性中等，层理，厚度为9.36米。

二、底板：

直接底为黑色碳质泥岩，含碳量较高，硬度小，易碎厚度为1.39米。

老底为灰色粉砂岩，粉砂质结构，参差状断口，泥质胶结，具滑面厚度为4.61米。

第三章采煤方法

第一节采煤方法的确定

根据煤层赋存及矿井开采历史，选择长壁垮落采煤法，根据煤层厚度（平均厚度为3.1米）制定以下方案：

方案：

走向长壁综合机械化一次采全高采煤法：

工作面煤层平均厚度为3.1m，工作面支护采用ZZ5800/22/43型支撑掩护式液压支架支护，MG400/920型无链电牵引采煤机割煤，配备1台SGZ800/800可弯曲刮板输送机运煤。

采煤方法的方案技术经济比较表

方案

优点

缺点

设备投资

Ⅰ

1、工作面，运输、回风巷与工作面衔接方便，上下端头支护容易。

1、分层开采工作面采高小，不利于矿井增产。

2、现有设备不适用，需要重新购置设备

设备需要重新购置

Ⅱ

1、有利于矿井增产。

2、可以使用现有设备，减少设备购置费用。

工作面采高大，易片帮，回采期间粉尘大。

工作面大部分设备已购置

2、方案的确定:

经过以上两种采煤方法的技术经济比较，且该工作面所在煤层厚度多在3.8米，分层开采无明显优势，采用综合机械化一次采全高采煤法开采较为理想。

因此，经综合考虑，推荐回采工艺简单的方案Ⅱ。

采用的采煤方法：

走向长壁后退式综合机械化一次采全高采煤法。

第二节、三机设备的选型

一、设备选型的基本原则

①生产上适用―所选购的设备应与本企业扩大生产规模或开发新产品等需求相适应。

②技术上先进―在满足生产需要的前提下，要求其性能指标保持先进水平，以利提高产品质量和延长其技术寿命。

③经济上合理―一即要求设备价格合理，在使用过程中能耗、维护费用低，并且回收期较短。

二、液压支架的选型

1、影响支架选择因素

工作面顶板管理方式采用全部陷落法。

由于井田内煤层顶板岩性多为砂岩、砂砾岩，根据邻近矿井开采经验，采空区顶板难以自然冒落，设计采取对煤层顶板进行超前预爆破措施，在工作面回风巷和运输巷超前于回采工作面布置钻孔预爆破顶板，选用的顶板预爆破深孔钻机型号为SKZ-120B。

2、液压支架初撑力的确定

qh=72.3M＋4.5Lp＋78.9Ls－10.24N-62.1

式中

qh—额定支护强度，kN/m2；

M—工作面采高，3.7m；

Lp—周期来压步距，21m；

Ls—控顶宽度，4.5m；

N—直接顶厚度与采高比，投产工作面5号煤层直接顶以粗砂岩为主，厚度9.36m，直接顶厚度与采高比值为2.6。

qh=72.3×3.7＋4.5×21＋78.9×4.5－10.24×2.6－62.1

=628.3kN/m2

3、综采工作面支护阻力验算

液压支架所需的工作阻力为：

Qh=qh×Ls×B0×Ks

式中qh—额定支护强度，621.1kN/m2

Ls—控顶宽度，4.5m；

B0—液压支架中心距，1.5m：

Ks—支撑效率，0.95

Qh=628.3×4.5×1.5×0.95kN

=4028.97kN

15111综采工作面采用ZZ5800/22/43型支撑掩护式液压支架支护其工作阻力为5800KN，大于4028.97kN，满足顶板压力要求。

工作面第三段长度比其他两段长度长，第一段倾向平均长度为138米，需要92个液压支架。

ZZ5800/22/43型支架主要技术参数如下：

ZZ5800/22/43型支架技术参数表

支架高度

2.2-4.3米

采煤范围

2.6-4.1米

支架宽度

1.4-1.6米

中心距

1.5米

支架强度

0.84MPa

支架初撑力

5235KN

支架对底板比压

2.3MPa

支架工作阻力

5800KN

推溜力

361KN

移架力

633KN

操作方式

邻架操作

支架推移步距

0.6米

泵站压力

31.5MPa

支架重量

22.5t

三、工作面配套设备的选型

1、总体配套

15111综采工作面采用MG400/920型无链电牵引采煤机，SGZ800/800型刮板输送机，SZZ730/110中双链刮板转载机。

2、采煤机：

MG400/920—QWD系列交流电牵引采煤机是采用电动机横向布置、机载变频调速装置的大功率采煤机。

本机适用于煤层倾斜角小于35度、煤质硬或中硬的走向长壁综采工作面，尤其适合高产高效综合机械化开采。

其主要技术参数如下：

MG400/920—QWD电牵引采煤机技术参数表

截割高度

2.0～4.0m

煤层倾角

0～35°

煤质硬度

硬或中硬

装机总功率

920KW

截深

630mm

适应采高（mm）

2.0-4.5米

滚筒转速

32.554r/min

滚筒直径

2240mm

牵引力

700/420KN

整机重量

46吨

卧底量

636mm

牵引速度

7.35-12.26m/min

3、刮板输送机

SGZ800/800型输送机技术参数表

设计长度

250m

出厂长度

150m

中部槽内宽

800mm

装机功率

2×800KW

输送量

1500t/h

刮板链速

1.31m/s

圆环链规格

2×φ34×126mm

最小破断负荷

1450KN

刮板间距

1008mm

中部槽

结构形式铸焊式封

中部槽规格

1500×800×310mm

联接方式

哑铃销联接

紧链方式

闸盘紧链

垂直弯曲

±2°

水平弯曲

±1°

4、刮板转载机

SZZ730/110中双链刮板转载机技术参数表

出厂长度

37米

输送量

1000吨/小时

中部槽内宽

730mm

装机功率

110KW

圆环链规格

2×φ26×92mm

刮板链链速

1.4米/秒

刮板间距

763mm

紧链型式

减速器-轴闸盘紧链

与皮带机有效搭接长度

12.675米

爬坡角度

12度

5、其它设备选型配套

（1）、胶带输送机选型

选用DSJ1200/2×90（60s）型带式输送机

DSJ1200/2×90（60s）型带式输送机主要技术特征参数表

输送量

400t/h

带速

2m/s

输送长度

1400米（两条皮带）

储带长度

50m

电动机型号

功率

90KW

（2）、破碎机选型

选用PLM1000锤式破碎机

PLM1000轮式破碎机主要技术特征参数

破碎能力（原煤含矸量≦5%）

1000吨/小时

出口粒度：

150-300毫米

最大入口断面

700×700毫米

破碎轴转速

466rpm

刀齿顶圆线速度

22.6米/秒

传动速比

1：

3.15

喷雾水压

＜6MPa

电动机

型号KBY550-110A

功率110千瓦

转速1475转/分

电压：

660、1140V

手压泵

工作压力9.4Mpa，给油量4ml，循环压力油型号20#机械油

（3）、乳化液泵选型

乳化液泵选择WRB200/31.5A型

VRB250/31.5型乳化液泵主要技术参数表

进水压力

常压

公称压力

31.5MPa

公称流量

250L/min

曲轴转速

567r/min

柱塞直径

40mm

柱塞行程

74mm

柱塞数目

5

电机功率

160kW

外形尺寸（长宽高）

2695×966×1245

总重量

3000Kg

安全阀出厂调定压力

34.7-36.8MPa

卸载阀出厂调定压力

31.5MPa

卸载阀恢复工作压力

卸载阀调定压力的80﹪-90﹪

润滑油泵工作压力

0.1——0.4MPa

工作液

3～5﹪乳化液

配套液箱

R×250/20

乳化液泵箱选择RX200/1