1、山西胡村煤矿初步研发设计采煤方法教学案例胡村煤矿采煤方法设计教学案例胡村煤矿地处河东煤田东南部，位于山西省乡宁县管头镇境内。该区尚无铁路通达，矿井距南同蒲铁路侯马站60km。矿井设计能力达到1.5Mt/a。本井田主要含煤地层为上石炭统太原组与下二迭统山西组，共含煤11层，自上而下为：1上号、l下号、2号、2下号、3号、5号、6号，7号、8号、9号、12号煤层。其中1上号、2号、9号为稳定、全区或全区大部可采煤层，3号煤为局部可采煤层，其余均不可采。煤层总厚9.92m，含煤系数9.48%，其中可采煤层总厚8.07m。现将主要可采煤层简述如下： 1上号煤层：厚度0.532.65m，平均厚：1.93
2、m。位于山西组上部K8砂岩到中间砂岩之间，下距2号煤层21.14m。直接顶为黑色泥岩及深灰色砂质泥岩，基本顶为中细粒K8砂岩。底板为灰黑色泥岩和砂质泥岩。钻孔见煤率100%，可采率93.75%，赋存呈南西厚、北东薄之趋势，结构简单，属全区稳定大部可采煤层。 2号煤层：厚度1.683.19m，平均厚2.64m。位于山西组下部中间砂岩到K7砂岩之间，下距9号煤层约49.31m。直接顶为深灰、黑色砂质泥岩、泥岩，基本顶为中细粒中间砂岩。底板为泥岩和炭质泥岩。钻孔见煤率及可采率均为100%，属全区稳定、全区可采煤层。 3号煤层：厚度0.201.18m，平均厚0.72m。位于山西组下部2号煤层到K7砂岩
3、之间，下距9号煤层约45.80m。上距2号煤层3.51m，全区发育稳定，局部可采。 9号煤层：厚度0.603.74m，平均厚1.84m。位于太原组下部K2石灰岩到K1砂岩之间。直接顶为K2石灰岩。底板为泥岩或砂质泥岩。钻孔见煤率为93.33%，可采率为92.86%，属全区稳定大部可采煤层。 各可采煤层特征详见表1。表1 可采煤层特征表煤层编号煤层厚度最小最大平均（m）煤层间距（m）平矸顶板岩性底板岩性可采性稳定性1上0.53-2.651.9321.1401泥岩、砂岩炭质泥岩、泥岩、砂岩基本全区稳定21.68-3.192.6401泥岩、砂岩泥岩、炭质泥岩全区可采稳定3.5130.20-1.180
4、.7201岩质泥岩、泥岩、砂质泥岩泥岩、炭质砂质泥岩局部可采较稳定45.8090.60-3.741.840岩质泥岩、泥岩、铝土岩泥岩、砂质泥岩大部可采稳定一、采煤方法选择本井田编号煤层11层，自上而下分别为1上号、1下号、2号、2下号、3号、5号、7号、8号、9号、12号。其中1上号、2号、9号煤为稳定、全区或全区大部可采煤层，3号煤层为局部可采煤层，其余均不可采。1上、2号、3号煤层为薄或中厚煤层，煤层顶底板稳定，根据各煤层赋存条件和开采技术条件，结合矿井的生产能力，可供选择的采煤方法有刨煤机综采和滚筒采煤机综采。刨煤机和滚筒采煤机各自的适应条件表述如下：1. 采煤机(1) 煤层厚度：经济开
5、采厚度1.0m以上，厚度1.0m时，设备的适应性较差；(2) 煤层倾角：无链牵引采煤机适应性较广，但倾角大于16时，需采取防滑措施；(3) 倾角大、煤层薄时，司机工作条件差；(4) 煤质硬度：煤质硬度越大要求截割功率越大；(5) 煤层结构：含有菱铁矿、砂质岩或黄铁矿结核、岩浆体的煤层，对截割部有严重影响时不宜使用；(6) 煤层顶板：按顶板类别选用支架，基本上可满足要求，特别是对坚硬或松软的顶板需要采取特殊的措施；(7) 煤层底板：对于采煤机一般影响不大。特别松软、有粘土质的底板不宜使用；(8) 地质构造：断层落差不大于二分之一的煤层厚度，褶曲曲率半径大于30m，无大的底凸或顶褶等地质障碍。2.
6、 刨煤机(1) 煤层厚度：开采高度0.62.0m；(2) 煤层倾角：小于40；(3) 煤层结构：含坚硬夹杂物的煤层慎用；(4) 煤层顶、底板：顶板松软、或有粘土质岩性伪顶的粘顶煤层则不宜选用，要求底板平整，无大的起伏或底凹现象，底板松软也不宜选用；(5) 地质构造：无0.5m以上落差的断层、起伏较大的褶曲，包括顶褶或底褶，以及影响连续刨削的地质障碍。根据采煤机与刨煤机的各自适应条件，结合本井田的煤层赋存特征，设计推荐的采煤方法为：矿井移交时开采1上号煤层，装备一个滚筒采煤机长壁机械化综采工作面，生产能力为0.6Mt/a。矿井能力达到1.5Mt/a时，1上、2号煤层各布置一工作面，1上号煤层新增
7、一套薄煤层刨煤机综采工作面，生产能力为0.6Mt/a；原1上号煤综采面移至2号煤层，生产能力为0.9Mt/a。二、工作面主要设备选型目前国内外综采矿井发展趋势要求加大工作面长度和采煤机截割深度，选用能切割硬煤的大功率采煤机，提高采煤机的牵引速度和切割速度，提高液压支架移架速度，配备大运量的重型可弯曲刮板输送机，采用长距离大运量的工作面巷道带式输送机。针对这种发展趋势，工作面主要设备选型时，考虑以下主要原则： (1) 技术先进、操作简单、维修方便、运行可靠、生产能力大。(2) 各设备间相互适应、能力匹配、运输畅通，不出现“卡脖子”现象。(3) 综采设备选型立足于国产先进设备。综采工作面设备选型分
8、述如下：(一) 刨煤机综采工作面1. 刨煤机刨煤机是整个生产系统的核心，设计选用BH34/2200型系列刨煤机，本套刨煤机包括刨煤机部分、输送机部分及液压推进系统。主要技术参数如下：总装机功率：2200kW，电压1140kV采高：0.851.8m刨深：40mm刨煤速度：0.561.7m/s2. 刮板输送机功率：2250kW供电电压：1140V链速：0.95m/s3. 转载机与工作面刮板输送机配套，设计选用SZZ764/132型刮板转载机，主要技术参数如下：额定输送能力：800t/h装机功率：132kW供电电压：1140V设计长度：50.0m（链轮中对中）4. 破碎机设计选用PEM1000100
9、0型破碎机，主要技术参数如下：额定破碎能力：600t/h装机功率：55kW供电电压：1140V破碎粒度：-300mm5. 可伸缩胶带输送机型号：SSJ1000/2200输送能力：1000t/h装机功率：2200kW运输距离：2000m6. 支护设备设计工作面支架选择ZY5000/09/20型，该支架主要参数如下：支撑高度：9002000mm支护强度：0.720.98MPa支架中心距：1500mm支架重量：15.4t7. 乳化液泵站与所选支架相适应，工作面配备WRB-200/31.5型乳化液泵站，由三台乳化液泵和两个乳化液箱组成，工作压力31.5Mpa，泵站流量2200l/min，功率2132k
10、W。8. 其他主要设备除上述主要设备外，还配备有WPZ320/10型喷雾泵站、MYZ150B型探水钻机、XRB50/12.5型阻化剂发射泵、小水泵、胶带输送机快速推移装置、多功能胶体压注机等设备。(二) 采煤机综采工作面1. 采煤机按综采工作面最高产量0.9Mt/a的要求，求得采煤机平均割煤速度为4.2m/min，最大割煤速度为6.3m/min。采煤机最大理论生产率Q理论由下式计算：Q理论=60HbVmaxrK=602.00.66.31.450.95=625（t/h）采煤机装机功率P由下式计算：P= Q理论Hw式中：P 采煤机装机功率，kW； Hw比能耗，取0.65kWh/t。则P=6250.
11、65=406.3kW结合本矿井具体条件，设计选用MG200/500型滚筒采煤机，主要技术参数如下：额定装机功率：500kW采高：1.83.76m截深：600mm滚筒直径：1.8m牵引方式：电牵引牵引速度：08.413.9m/min供电电压：1140V2. 工作面刮板输送机工作面刮板输送机输送能力应与采煤机生产能力相适应，根据工作面生产能力，设计选用SGZ764/2250型可弯曲刮板输送机，主要技术参数如下：额定输送能力：600t/h装机功率：2250kW供电电压：1140V设计长度：200m链速：1.0m/s3. 转载机与工作面刮板输送机配套，设计选用SZZ764/160型刮板转载机，主要技术
12、参数如下：额定输送能力：800t/h装机功率：160kW供电电压：1140V设计长度：50.0m（链轮中对中）链速：1.4m/s4. 破碎机设计选用PEM10001000型破碎机，主要技术参数如下：额定破碎能力：600t/h装机功率：55kW供电电压：1140V破碎粒度：-300mm5. 可伸缩胶带输送机设计选用SSJ1000/2200型，主要技术参数如下：输送能力：1000t/h装机功率：2200kW供电电压：1140V带宽：1000mm带速：3.15m/s长度：2000m6. 液压支架液压支架是综采工作面主要设备之一，国外长壁工作面的生产经验表明，液压支架是工作面装备中投资最多的设备，约占
13、60%70%，因此应把支架的可靠性放在首位，不但要稳定可靠、故障率低，而且使用寿命要长，近年来液压支架向重型化发展，支架工作阻力增加。本矿井初期开采的2号煤层，设计采高1.73.1m左右， 2号煤层顶板为砂质泥岩、泥岩。为保证工作面的正常运行，实现安全、可靠、快速移架，设计选用四柱支撑掩护式支架。支架所需支护强度:按经验公式P=nrH=8.02.5（1.73.1）=3462t/m20.340.62MPaP支架支护强度，MPa； 1n采高倍数，n= ,k顶板岩石碎胀系数。根据2号煤层顶板岩性，k-1取k=1.125,则n=8.0；r岩石容重，t/m3；H采高，按采高1.73.1m计算。设计综采工
14、作面支架选择ZZ4400/14/31型，该支架主要参数如下：支撑高度：17003100mm支护强度：0.720.73MPa支架额定工作阻力：43234370kN支架中心距：1500mm支架重量：13.4t7. 乳化液泵站与所选支架相适应，工作面配备WRB-200/31.5型乳化液泵站，由三台WRB-200/31.5乳化液泵和两台乳化液箱组成，工作压力31.5Mpa，泵站流量2200l/min，功率2132kW。8. 其他主要设备除上述主要设备外，还配备有WPZ320/10型喷雾泵站、MYZ150B型探水钻机、XRB50/12.5型阻化剂发射泵、小水泵、胶带输送机快速推移装置等设备。三、工作面参
15、数确定1. 工作面长度工作面长度是决定其产量和效率的主要因素之一，适当加大工作面长度，不仅可以减少工作面准备工程量，提高回采率，而且可以减少工作面端头进刀等辅助作业时间，有利于提高工作面产量和效率。同时，工作面长度与开采技术条件、采煤设备能力、刮板输送机铺设长度、技术水平、管理水平等因素有关，因此，必须综合考虑，合理选择。目前国内综采工作面长度已达到150250m。本矿井煤层赋存平缓，装备先进，有利于工作面长度的提高，同时设计充分考虑了首采区工作面区段划分的合理性，为减少工作面搬家次数，设计确定初期11盘区综采工作面长度为160m。2. 工作面采高工作面采高必须和煤层地质条件、采煤设备及采煤工
16、艺相适应。根据本矿井煤层赋存条件，结合所选的采煤设备和已确定的采煤工艺，工作面采高随煤层厚度变化而变化，11盘区1上煤综采工作面采高在0.82.6m，首采工作面平均采高2.0m，2号煤综采工作面采高在1.73.1m，平均2.2m。3. 工作面推进长度鉴于本井田1上号煤层和2号煤层赋存稳定，倾角较平缓，构造简单，具有布置长距离推进的长壁工作面的资源条件，根据本矿井具体条件和开拓部署，本矿井工作面推进长度定为23km，初期盘区工作面推进长度为1.02.0km左右。4. 采煤机截深根据矿井生产能力、煤层赋存条件和所选用的采煤机特点，设计确定滚筒采煤机截深为0.6m，刨煤机截深为40mm。四、工作面生
17、产能力及回采工艺矿井年工作日330天，每天三班作业，日净提升时间16h。矿井生产能力为1.5Mt/a时，1上煤布置一个刨煤机综采面，2号煤布置一个滚筒采煤机综采面。(一) 1上号煤层综采工作面1. 循环进度及产量循环进度决定于采煤机截深大小和综采工作面回采工艺，为实现快速割煤，设计确定刨煤机截深为40mm，即刨煤机每刀进度为40mm。工作面长度160m，平均采高1.4m，煤层容重1.51t/m3，工作面回采率为0.95，则每刀产量由下式计算：Q循环=1600.041.41.510.95=12.9t/刀2. 工作面年推进度及产量刨煤机刨煤速度为0.561.7m/s，设计取1m/s，即60m/mi
18、n。工作面每循环作业时间为：T刨=160/60=2.67min工作面每天割煤刀数：n=166042%2.67=151刀则工作面日进度= 1510.04=6.04m/d工作面日产量= 15112.9=1948t/d工作面年推进度：L=1510.04330=1993.2m设计取1990m3. 工作面年生产能力工作面能生产能力按下式计算：Q=lhLk10-6式中：Q工作面年生产能力，Mt/a； l-工作面长度，m，取160m； h-开采高度，m，取1.4m； L-年推进长度，m，取1990m； -煤层容重，t/m3，取1.51t/m3； k-工作面回采率，取0.95；代入公式计算得：Q=1601.4
19、19901.510.9510-6=0.64Mt/a(二) 2号煤层综采工作面1. 循环进度及产量循环进度决定于采煤机截深大小和综采工作面回采工艺，为实现快速割煤，设计确定采煤机截深为0.6m，即采煤机一个循环进度为0.6m。工作面长度160m，首采区平均采高2.0m，煤层容重1.45/m3，工作面回采率为0.95，则循环产量由下式计算：Q循环=1600.62.01.450.95=264.5t/循环2. 日循环数及产量高产高效综采工作面主要靠采煤机的快速割煤来达到设计产量，根据工作面设计生产能力，确定工作面采用“三八”作业制，二班生产，每班进5.5刀，日循环数11个。则工作面日进度= 110.6
20、=6.6m/d工作面日产量= 264.511=2910t/d3. 工作面年推进度及产量工作面年推进度=6.6330=2178m/a工作面年生产能力按下式计算：Q=lhLk10-6式中：Q工作面年生产能力，Mt/a； l-工作面长度，m，取160m； h-开采高度，m，取2.0m； L-年推进长度，m，取2178m； -煤层容重，t/m3，取1.45t/m3； k-工作面回采率，取0.95；代入公式计算得：Q=1602.021781.450.9510-6=0.96Mt/a4. 回采工艺双向割煤具有辅助工序少，采煤速度快，工序紧凑，工时利用率高及生产能力大的特点，因此，结合本矿井具体条件，设计工作
21、面采用双向割煤方式。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方式。5. 开机率及采煤机牵引速度设计所选采煤机生产能力大，牵引速度高（08.413.9m/min），为了和工作面设计生产能力相匹配，确定采煤机的平均割煤速度为4.2m/min。工作面长度160m，端部斜切进刀长度25m，则采煤机每刀正常割煤长度为135m。工作面循环作业时间为：正常割煤每刀时间：T割=1354.2=32.1min端部斜切进刀时间：T斜进=25min循环作业时间：T= T割+ T斜进=57.1min工作面每天11个循环，二班生产，每班5.5个循环，8小时生产，则工作面开机率：（57.15.5）（860）=65.4%。6. 工作面工序安排工作面主要作业工序为：采煤机由机头斜切进刀移端头刮板输送机移端头支架和过渡支架采煤机反向割机头煤采煤机反向空驶采煤机割第一刀煤移架推刮板输送机采煤机由机尾斜切进刀进行下一个循环。
