第四章 井下开采.docx
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第四章井下开采
第四章井下开采
第一节采区巷道布置
一、采区巷道布置
根据确定的六采区巷道布置方案，延伸已有的三条南翼大巷至六采区可采边界作为六采区巷道，分别为六采区带式输送机巷、六采区轨道运输巷及六采区回风巷，轨道运输巷位于西侧，回风巷位于东侧，带式输送机巷位于中间，巷道间距30m，回采六采区巷道以西区域的煤层，工作面由采区可采边界向六采区巷道方向推进。
另外沿原四采区与六采区边界，布置一组六采区东翼巷道，东翼巷道西侧与六采区巷道连接，东侧至采区可采边界，轨道运输巷位于北侧，回风巷位于南侧，带式输送机巷位于中间，巷道间距30m，用于回采六采区巷道以东区域的煤层，回采工作面由采区可采边界或采空区边界向六采区东翼巷道推进。
六采区巷道均沿煤层底板布置，采用锚杆+金属网支护。
六采区巷道布置及机械配备见图4-1-1、图4-1-2。
二、回采工作面布置
根据六采区煤层赋存特征、考虑利用现有采区回采设备及采区巷道布置方案情况，结合设计委托的原则，设计六采区共布置两个回采工作面搭配开采，即在六采区两翼分别布置一个工作面达到矿井设计生产能力。
西翼首采工作面布置在靠近采区可采边界的第三个工作面，即603工作面，煤层平均开采厚度1.5m。
东翼首采工作面布置于靠近南翼大巷附近，即611工作面，煤层平均开采厚度2.5m。
每个工作面长度为150m，根据采区内煤层厚度分布情况，设计603回采工作面生产能力0.45Mt/a，611回采工作面生产能力0.75Mt/a。
回采工作面巷道采用三巷布置，即一条回风巷、一条带式输送机巷及一条轨道运输巷。
其中轨道运输巷与带式输送机运输巷平行布置于工作面一侧，并用联络巷进行联络，一条回风巷平行布置于另外一侧。
上一个工作面的轨道运输巷兼作下一个工作面的回风巷，即接续工作面亦布置三条巷道：
一条回风巷，一条带式输送机运输巷和一条轨
图4-1-1六采区巷道布置及机械配备平面图
图4-1-2六采区巷道布置及机械配备剖面图
道运输巷。
六采区西翼各工作面间采用由北向南顺序开采，两条运输巷间距25m（即留有净宽度20m的煤柱），采区东翼由西向东顺序开采。
第二节采煤方法及工艺
一、采煤方法及采煤工艺
煤层开采条件
1.六采区煤层赋存特征
六采区东西走向长约3.0m南北倾斜宽约1.2~3.1km，采区面积约7.44km2，其中可采面积4.79km2。
采区内仅赋存2煤层，煤层厚度0.70~3.08m，平均厚度1.54m，为中厚煤层，煤层厚度变化较大。
煤层分布由东到西逐渐变薄，靠近四采区煤层厚度最厚，至采区边界变薄。
2.其它开采技术条件
六采区构造以宽缓的褶皱构造为主，地层产状变化不大，褶皱比较发育。
没有断裂构造的存在，无岩浆岩的侵入。
2煤层瓦斯含量较低，属易自然煤层，煤尘有爆炸危险性。
煤层顶底板稳定性较好。
水文地质类型极复杂型。
采煤方法
本矿井四采区目前采用长壁式一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶板，六采区为四采区的接续采区，根据六采区煤层赋存特征及开采条件，六采区仍采用长壁式一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶板。
采煤工艺
结合目前矿井开采水平，采用综合机械化采煤工艺。
采煤机落煤、装煤、刮板输送机运煤、液压支架支护顶板，端头采用端头支架支护。
采煤工艺系统为：
采煤机落煤装煤—刮板输送机运煤—破碎机—转载机转载—带式输送机运送。
工作面循环作业方式：
割煤→推溜→移架。
1.进刀及割煤方式
采煤机在工作面的进刀方式，将直接影响工作面的工时利用以及采煤机效能的发挥。
根据我国综采工作面的实际情况，设计采用端部斜切进刀，双向割煤方式。
2.移架
工作面实行追机作业，顺序移架。
移架滞后采煤机5m左右进行。
移架时，先收护帮板，同时降立柱，操作移架千斤顶，以刮板输送机为支点向前移架。
移动一个步距后，立即升柱，打出护帮板。
3.推移刮板输送机
在采煤机割煤、移架后推移刮板输送机。
推移刮板输送机滞后采煤机20～25m左右进行，推移刮板输送机时以支架为支点操作手把，并应保证至少有2～3个推溜千斤顶同时动作。
二、工作面参数的确定
1.工作面采高
六采区煤层厚度0.7～3.08m，平均厚度1.54m，结合六采区工作面布置情况，611工作面利用现有四采区回采工作面设备，确定工作面采高2.5m，603工作面开采煤层厚度相对较薄，设计重新配备回采设备，确定回采工作面采高1.5m。
2.工作面长度
根据回采工作面生产能力，确定611工作面及603工作面长度均为150m。
3.工作面推进长度
六采区西翼工作面由西向东推进，东翼工作面由南向北或由北向南推进，结合六采区巷道布置及采区形状，工作面推进长度为800～1800m/a左右。
4.采煤机截深
根据采煤机特征，采煤机截割深度为0.8m。
三、主要采煤设备选型
根据六采区煤层厚度变化大（0.7~3.08m）的特点，采用一套设备不能兼顾薄-中厚煤层开采情况，为合理开采六采区，并结合现有四采区回采设备使用情况，设计将六采区按照煤层厚度划分为两大开采区域，煤层厚度2~3.08m区域采用已有的设备开采，生产能力确定为0.75Mt/a；煤层厚度0.8~2m区域新选一套回采设备进行开采，生产能力0.45Mt/a。
六采区开采时，两个区域各布置一个回采工作面保证矿井设计生产能力。
六采区开采厚煤层区利用现有四采区回采工作面主要设备，薄煤层区新选一套回采设备。
四采区回采工作面（六采区611工作面）已有主要设备参数如下：
1.采煤机
型号：
MG400/930-WD
功率：
930kw
采高：
1.8~3.6m
截深：
800mm
滚筒直径：
1800mm
牵引方式：
电牵引
供电电压：
1140v
机面高度：
1589mm
牵引速度：
0~8.6~12.5m/min
整机重量：
约85t
2.液压支架
型号：
ZZ6000/18/38
架型：
支撑式
控制系统：
手动控制
支撑高度：
1.8～3.6m
支护强度：
0.85Mpa
底板比压：
3.4~4.5MPa
初撑力：
6416kN
工作阻力：
6000kN
支架中心距：
1500mm
泵站压力：
31.5MPa
重量：
约28.6t
3.工作面可弯曲刮板输送机
型号：
SGZ764/2×200
订货长度：
160m
输送能力：
800t/h
电机功率：
2×200kW
供电电压：
1140V
刮板链型式：
中双链
链速：
1.4m/s
中部槽宽度：
1000mm
牵引方式：
齿轮-销轨
4.转载机
型号：
SZZ764/160
长度：
36.5m
输送能力：
1000t/h
功率：
160kW
电压等级：
1140v
链速：
1.87m/s
5.破碎机
型号：
PCM110
破碎能力：
1000t/h
功率：
110kW
电压等级：
1140v
最大入料粒度（宽×高）：
724×950mm（长度不限）
排料粒度：
300/250/200/150mm
破碎锤头数量：
8个
6.工作面可伸缩带式输送机
型号：
STJ1000/2×110
功率：
2×110kW；
电压等级：
1140v
运输能力：
800t/h；
运输距离：
1000m
带宽：
1000mm
带速：
3.15m/s
带强：
PVG1250S
驱动装置：
变频电机+减速器
7.乳化液泵站
型号：
GRB-315/31.5
泵站流量：
315L/min
压力：
31.5MP:
功率：
200kW。
8.其他主要设备
除上述主要设备外，还配备有BPW360/16W型喷雾泵站、JH-20型回柱绞车、TXU-150型探水钻机等设备。
主要采煤设备（原四采区）特征见表4-2-1。
表4-2-1主要采煤设备（原四采区）特征表
序号
设备
名称
型号
及规格
单位
主要技术参数
自重
（t）
数量
备注
使用
备用
小计
1
采煤机
MG400/930-WD
台
采高：
1.8~3.6m截深：
800mm；滚筒直径：
1800mm
1
1
2
可弯曲刮板输送机
SGZ764/2×200
台
输送能力：
800t/h；电机功率：
2×200kW；长度：
160m
1
1
3
液压支架
ZZ6000/18/38
架
支撑高度：
1.8～3.8m；支护强度：
0.85MPa；工作阻力：
6000KN；初撑力：
6416KN：
中心距1500mm
100
10
110
4
端头支架
与ZZ6000/18/38配套
组
2
2
每组3架
5
可伸缩带式输送机
DSJ1000/2×110
台
功率：
2×110kW；运输能力：
800t/h；带强：
1250N/mm；带宽：
1000mm；
带速：
2.5m/s.
2
2
6
转载机
SZZ1000/400
台
出厂长度：
50m；输送能力：
2000t/h；功率：
400kW；
刮板链型式：
中双链；链速：
1.87m/s
1
1
7
破碎机
PCM110
台
功率：
110kW；破碎能力：
1000t/h
1
1
8
乳化液泵站
GRB-315/31.5
套
泵站流量315L/min，压力31.5MPa，功率200kW
1
1
三泵两箱
9
喷雾泵站
BPW360/16
套
公称流量360L/min，公称压力16MPa，功率125kW
1
1
两泵一箱
10
小水泵
80WGF
台
电机功率11Kw
2
1
3
11
探水钻机
TXU-150
台
钻孔深度150~200m，开孔直径89mm，终孔直径50mm，功率：
5.5kW
1
1
2
12
单体液压支柱
DZ25-20/100Q
根
支撑高度2000~2500mm，伸缩行程800mm，额定工作阻力200kN，初撑力185.22KN,直径100mm
320
32
352
13
金属钢梁
HDJB
根
160
16
176
薄煤层区回采工作面（六采区603工作面）主要设备选型如下：
开采区域煤层厚度0.8~2.0m，设计按照回采工作面生产能力0.45Mt/a进行设备选型。
1.采煤机
①工作面循环产量：
Q1=B×H×L×γ×C
式中：
B—采煤机截深，0.8m；
H—工作面煤层平均厚度，取1.5m；
L—工作面长度，取150m；
γ—煤层容重，2煤容重1.3t/m3；
C—工作面采出率，取95％。
Q1=B×H×L×γ×C＝0.8×1.5×150×1.3×0.95＝222.3t.
日循环个数：
为满足工作面日生产能力的要求，工作面日循环个数：
N≥
式中：
N—日循环个数
Q—日产量
按照年产量0.45Mt计算，N=6.1则每日循环个数取6，即每日割6刀。
采煤机平均割煤速度：
Vc=n（L-L1）/（CT-NT1）×60
式中：
Vc—采煤机平均割煤速度，m/min；
N—日进刀数，n=6；
L—工作面长度，150m；
L1—采煤机斜切进刀长度，取25m；
C—开机率％，取60％；
T—日工作时间，三班共取（18-4）h；
T1—滚筒换向、斜切进刀时间，取值40min；
代入数据，则
Vc=N（L-L1）/（CT-NT1）=6×（150-25）/[0.60×（18-4）×60-6×40]=2.84m/min
采煤机最大割煤速度：
Vmax=Kc×Vc
式中：
Kc——采煤机割煤速度不均衡系数，在工作面采煤过程中，采煤机的实际割煤速度是不均衡的，根据现场实测，其服从正态分布规律，用概率统计理论确定的Kc取值一般为1.35。
则采煤机的最大割煤速度为
Vmax=Kc×Vc
=1.35×2.84=3.83m/min
②采煤机理论最大生产率
采煤机理论最大生产率为：
Q＝60×B×Hg×Vmax×γ×c
＝60×0.8×1.5×3.83×1.3×0.95=340.6t/h
式中：
Q—采煤机理论最大生产率，t/h。
Hg—采煤机割煤高度m，取1.5m；
B—采煤机截深m，取0.8m；
Vmax—采煤机最大割煤速度，m/min；
γ—煤层容重t/m3，1.3t/m3；
c—工作面回采率，取0.95；
③采煤机装机功率
采煤机装机功率取决于煤层硬度、采高、截深、割煤速度。
设计根据能耗系数法估算采煤机装机功率，用下式估算：
P=Q×Hw＝340.6×0.9＝306.5kW
式中：
N——采煤机装机功率，kW；
Hw——比能耗值，开采硬煤层时取0.9kW·h/t。
考虑本区域煤层厚度变化情况及煤质硬度情况，设计推荐选用MG2×100/460-WD型电牵引双滚筒采煤机，其主要技术参数如下：
总装机功率：
460kW
采高：
0.9～2.3m
截深：
800mm
滚筒直径：
1250mm
牵引方式：
电牵引无链销轨
牵引速度：
0-9.01m/min
供电电压：
1140V
机面高度：
745mm
最大不可拆卸件尺寸：
3900mm×1550mm×510mm
整机重量：
19t
2.液压支架
液压支架是综采工作面主要设备之一，也是工作面装备中投资最多的设备，应把液压支架的可靠性放在首位。
液压支架的选型既要考虑设备先进性，又要考虑性能稳定可靠、经久耐用。
设计液压支架选型基于国内比较成熟的液压支架。
①支护高度
根据划分后的开采煤层厚度情况，回采工作面支架的最大支撑高度为2.0m左右，最小支撑高度0.8m左右。
②支护强度
a.按经验公式计算
P＝（6～8）·m·γ
式中:
P——支护强度，t/m2；
m——机采高度，取2.0m；
γ——顶板岩石容重，为2.5t/m3。
P＝（6～8）·m·γ
＝（6～8）×2.0×2.5
＝30.0～40.0（t/m2）＝0.30～0.40MPa。
b.根据《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》（MT554-1996）计算
煤层在局部范围内有伪顶存在，厚度0.5m左右，岩性为泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩，较松软。
直接顶厚3.5～38m，一般厚度20m左右，层位稳定，以粉砂岩、细砂岩为主，局部为泥岩或砂质泥岩。
老顶以灰-浅灰白色细粒砂岩为主，厚层状，岩性较坚硬，波状层理，分布稳定，顶板为中等稳定的不易冒落顶板。
直接顶中粉砂岩单单轴饱和抗压强度为25~35MPa，细砂岩单轴饱和抗压强度为25~55MPa，泥岩单轴饱和抗压强度为14.7MPa。
直接顶稳定性分类属于中等稳定-稳定的
-
类。
根据矿井生产经验，基本顶初次垮落步距按40m计算，则基本顶初次来压当量Pe：
Pe=241.3ln（Lf）-15.5×N＋52.6×hm
=241.3×ln（40）－15.5×
＋52.6×2.0
=855.7kN/m2
式中：
Pe―基本顶初次来压当量，kN/m2；
Lf―基本顶初次来压步距，40m；
N―直接顶充填系数，为直接顶厚度（hi）与采煤高度（hm）的比值；
hm―煤层采高，m。
根据计算的基本顶初次来压当量，初步确定煤层基本顶属I类，因此液压支架的额定支护强度不得低于440kN/m2。
液压支架额定工作阻力计算：
Fs＝Ps（Sc·Bc／Ks）
＝440×［1.5×（3.8＋0.5）/0.6］
＝4730kN
式中：
Fs——液压支架工作阻力，kN；
Ps——额定支护强度下限，kN/m2；
Sc——液压支架中心距，m；
Bc——控顶宽度（其值为梁端距加上顶梁长度），m；
Ks——液压支架的支撑效率，取0.6；
设计选用采用ZY5200/09/20型液压支架，其主要技术参数如下：
架型：
掩护式
控制系统：
电液控制
支撑高度：
0.9～2.0m；
支护强度：
0.62～0.77MPa；
工作阻力：
5200kN；
初撑力：
3800kN；
泵站压力：
31.5MPa
支架中心距：
1500mm；
重量：
16t。
3.刮板输送机
工作面刮板输送机能力的计算：
Qq≥·Kh·Kv·Ky·Qm=1.1×1.05×1.1×340.6=432.7t/h
式中：
Qq—输送机运输能力，t/h；
Qm—采煤机落煤能力，t/h；
Kh—采煤机割煤高度不均匀系数，取1.1；
Kv—采煤机与输送机同向运动的修正系数，取1.05；
Ky—运输方向及倾角系数，取1.1。
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