协41112W里段工作面综合机械化开采设计方案.docx
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协41112W里段工作面综合机械化开采设计方案
协庄煤矿关于1202W工作面采用综合机械化
开采的请示
集团公司:
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
我矿拟对-850水平一采区1203W工作面进行综合机械化开采,为确保工作面安全生产,特编制《1203W工作面综合机械化开采方案设计》,现予以呈报。
当否,请批示。
附:
1、1203W工作面综合机械化开采方案设计
2、1203W工作面平面图
协庄煤矿
二00六年三月二十日
41112W西段工作面综合机械化
开采方案设计
协庄煤矿
2005年11月25日
41112W里段工作面综合机械化开采方案设计
一、概况
1、工作面概况
41112W西段综采工作面为3-4采区西翼十一层煤第一个工作面。
工作面南起回风巷,标高-430.1~-456.1米,北至运输巷,标高-491.8~-548.0.米,工作面以东为41112W东段综采工作面,以西为工作面切眼。
41112W西段综采工作面东西走向长平均540米,南北倾斜宽47~212米,平均108米,倾斜面积58320平方米。
工作面地表标高+153.83米,煤层平均埋深643.0米。
工作面以南为与建新矿十一层矿井边界煤柱、以西为建新矿十一层越界巷道,已实施安全隔离;工作面以东41112W东段综采工作面正在开拓;工作面以北为F17-1断层。
工作面上覆二、四层煤已开采完毕,上覆六层及下伏十三、十五层煤尚未开拓,-550西大巷自该工作面下方穿过。
工作面范围内有253钻孔,封孔合格。
工作面对应地表位置南300米为韩庄矿工广,其余为农田,无村庄、河流及其它建筑物。
2、煤层及其顶、底板岩性
十一层煤为一复杂结构煤层,中夹1-3层夹石,中间一层稳定,厚0.1~0.2米左右,为该煤层主要标志之一,工作面煤厚1.5~1.85米,运输巷Y15点至切眼上口附近较薄,厚1.5米,w6点附近较厚,厚1.75米,平均1.65米。
煤质牌号气肥煤,煤岩成分以亮煤为主,视密度1.33t/m3。
根据工作面回风、运输巷及切眼巷道揭露,该面煤层走向变化不大,为80°~88°,倾向NW,工作面倾角32°。
根据巷道实际揭露及附近钻孔资料分析,煤11顶板多为深灰色砂质页岩,性脆致密,层理发育,含菱铁质结核,破碎易冒落,厚5.5米,其上为细砂岩,灰白色,泥质胶结,成分以石英、长石为主,厚8.5米。
煤11底板为泥灰岩,厚1.26~0m,平均0.6m,灰色,具裂隙,多被方解石充填;其下为灰白色细砂岩,成分以石英长石为主,钙质胶结,厚度4.5米;再下下为砂质页岩,灰黑色,含植物化石碎片和黄铁矿散晶,厚3.0米。
煤11底板距四灰顶30.7m,距徐灰顶75.0m。
附煤质特征表:
Mad
(%)
Ad
(%)
Vdaf(%)
Qb.daf
(MJ/Kg)
Std
(%)
Y
(mm)
煤质牌号
2.31
17.25
42.79
34.6
2.68
27.5
气肥煤
3、地质构造特征
根据工作面巷道揭露情况及上覆煤层开采资料分析,工作面f1、F17-1落差大,f1在切眼西帮,在运输巷E14点西10米处揭露,F17-1在运输巷Y3点以西30米至50米下帮处揭露,两条断层未切入工作面,不影响工作面开采。
其它断层落差较小,对工作面回采不会造成较大影响。
工作面中无陷落柱、岩浆侵入体等其它特殊地质构造。
编
号
断层
性质
产状
落差(米)
揭露点位置
走向
倾向
倾角
f1
正断层
50~30_0
NW
60_0
2.0~4.0
在运输巷E14点西10米、切1点处揭露。
f2
正断层
30_0
NW
60_0
0.3
切眼切1点南4米处揭露。
f3
正断层
65_0
NW
60_0
1.3
在切眼切1点南7米处揭露。
f4
正断层
75_0
NW
60_0
1.0
在切眼切2点南23米处揭露。
f5
正断层
65_0
NW
60_0
1.0
在切眼切2点南24米处揭露。
F17-1
正断层
70_0
NW
70_0
20~40
在运输巷Y3点以西30米至50米下帮处揭露
工作面揭露断层情况表
工作面无河流冲刷、岩浆侵入体及陷落柱等其它特殊地质构造。
4、41112W综采工作面条件评价
(1)煤层条件
工作面煤厚1.5~1.75m,运输巷Y15点至切眼上口附近较薄,厚1.5米,w6点附近较厚,厚1.75米,平均1.65米,。
煤层赋存稳定,无岩浆侵入和冲刷带。
煤层厚度较稳定,符合综采工作面条件。
(2)地质构造条件
根据工作面巷道实际揭露,该面共揭露断层6条(如上述),将41112W工作面进行综采地质条件评价:
引入断裂破坏指数进行评价:
断裂破坏指数K=ΣL/S
L——断层延展长度(米)
S——研究区段面积(公顷),
工作面S=58320m2=5.8公顷
K=L/S=30/5.8=5.2(米/公顷),小于50米/公顷,该工作面属于一类综采地质条件,即在这样的块段内,地质构造复杂程度属于简单型,煤层赋存稳定,符合综采面地质条件,具有较好的经济效益。
综上分析,41112W综采工作面属于一类综采地质条件,即在这样的工作面内,地质构造复杂程度属于简单型,煤层赋存稳定,符合综采面地质条件,具有较好的经济效益。
5、水文地质特征
(1)四灰
-550水平十一层煤3-4采区为-550水平十一层上山采区,采区位于F11断层向西至剥蚀边界这一水力单元内。
该区由于露头远离小汶河及两岸的古河床,四灰、徐灰富水性较差。
建新矿大面积开采十三层煤至-230水平,四灰仅有少量淋水。
采区以南为建新煤矿十一层煤,该矿十一层煤在对应我矿3-4采区西部已经采至-435米水平,无底板出水现象。
41112W运输巷Y2点北10米处F17-1揭露四灰无水。
-550西大巷西51以西沿十三层施工,揭露顶板有少量淋水,并向西逐渐减少,-550水平西大巷揭露四灰无水。
从井下施工的水文钻孔来看,-550水平3-3十一层轨道上山下车场施工徐灰孔揭露,四灰无水;-550水平3-3十一层轨道上山下车场施工奥灰孔揭露,四灰水量0.4m3/h,水压观测不到。
-300水平3-3十一层轨道上山上车场施工奥灰孔揭露四灰水压2.2MPa,水量31.9m3/h。
大量事实来看,四灰浅部富水性较强,向深部富水性减弱,-50水平以上为岩溶水,-300水平为岩溶裂隙水,-550水平基本无水。
在水平方向上,四灰表现为构造裂隙发育地段富水性较强,正常地段富水性较弱,从多处揭露四灰揭露情况看,四灰仅有少量裂隙水,仅在构造发育处有一定的裂隙水。
从建新矿大面积开采十三层煤至-230水平,四灰仅有少量淋水。
采区以南为建新煤矿十一层煤,该矿十一层煤在对应我矿3-4采区西部已经采至-435米水平,无底板出水现象来看,四灰对十一层工作面开采已无水害影响。
(2)徐灰
从井下施工的水文钻孔来看,-550水平3-3十一层轨道上山下车场施工奥灰孔揭露,水压3.6MPa,水量0.86m3/h。
550水平3-3十一层轨道上山下车场施工徐灰孔揭露,水压3.9MPa,水量0.5m3/h。
41112W工作面上面最大斜长L=212m左右,11煤开采深按照H=643.0m计算,煤层倾角ɑ=32º,则根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》,计算采动底板破坏深度:
h1=0.0085H+0.1665α+0.10792L-4.3579=34.78米。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》,徐灰的突水系数Ts:
采用公式Ts=P/(M-Cp-Z)式中:
Ts—突水系数,MPa/m;P—实际水压力,3.6~3.9MPa;M—底板隔水岩层厚度,取75.0m;Cp—底板采动破坏带深度,取34.78m。
Z-含水层原始导高,取0。
计算得Ts=0.09~0.1
根据新汶矿业集团的经验,突水系数的临界值为0.06,而41112W工作面徐灰的突水系数高于临界值0.06,认为该工作面有产生徐灰突水的可能性。
尤其在物探资料异常区附近的断层,要做好密切的监测工作,防止产生底板突水。
从邻近3-3采区水文钻孔水压计算的突水系数来看,工作面开采过程中存在徐灰出水的可能性。
因此,在工作面回采过程中制定可靠的探、防排水措施,以保证安全生产。
(3)工作面老顶砂岩属弱含水层,工作面回采过程中直接顶砂质页岩冒落后会有少量裂隙淋水。
(4)预计工作面正常涌水量0.15m3/min,最大0.3m3/min。
6、其它回采技术条件
(1)十一层瓦斯含量低级,无瓦斯突出趋势;
(2)煤尘爆炸指数40.64%,具煤尘爆炸危险;
(3)自燃发火期六个月,具有自燃发火性;
(4)平均地温22℃,无地温异常现象。
(5)地压:
本工作面开采过程中不存在发生冲击地压的可能性。
7、储量计算
41112W工作面倾斜面积58320m2,平均煤厚1.65m,视密度1.33t/m3,回采率95%
Q工业储量=58320×1.65×1.33=127983.2(吨)
Q可采量=127983.2×0.95=121584.0(吨)
Q损失量=6399.1(吨)
8、存在问题及建议
(1)工作面直接顶局部为砂质页岩,性脆易冒落,回采中应加强支护措施,确保安全生产。
(2)工作面以南、以西为建新矿十一层越界巷道采空区,虽已实施安全隔离,开采过程中应注意工作面回风巷南部,若发现异常,通知调度室进行处理,保证工作面开采的安全。
(3)因-550西大巷自该工作面下方穿过,工作面开采后,对该大巷有一定的影响。
(4)在工作面推进至253钻孔附近时,要注意煤层水文情况,若发现异常,及时通知调度室进行处理。
二、工作面布置及开采情况
1、巷道布置:
运输斜巷:
从-550西大巷50号导线点以东16m处北帮开门,真方位2980,长度45m。
运输巷:
从斜巷下头按真方位2520沿煤层顶板施工500m后,调向按方位2230施工38m至切眼位置;再从斜巷下头按真方位780沿煤层顶板施工120m后,调向按方位810施工645m,调向按方位3320施工入仓巷115m;
辅助上山:
从-550西大巷45号导线点以西8m处南帮开门,平推见煤后按真方位1130施工290m,揭露断层,退回10m沿走向掘一20m车长后,按方位2150施工5m至回风巷位置。
回风巷:
从辅助上山上头按真方位800施工335m与原41112W回风巷掘透,然后按方位2620施工346m,调向按方位2600施工220m,最后按方位2660施工80m至切眼位置。
切眼:
方位1640长度43m
2、开采程序
里段切眼长43m,初采时安装支架28架,由于上下两巷非平行布置,随采随延长,停采时面长196m,支架130架。
三、工作面设备选型
1、参照面11105W工作面矿压参数(见后表)
2、合理支护参数的计算
a.回归分析法:
Ps=Ck(39hm+2.4Lf-6.9N+134)
=1.2×(39×1.65+2.4×31-6.9×5.5/1.65+134)
=299.7KN/m2
式中:
Ps-------支护强度,KN/m2;
hm------采高,m;
Lf-------初此来压步距,m;
N-------采空区充填系数;
Ck------备用系数,一般取1.2-1.4;
N=hi/hm
式中:
hi-------直接顶厚度,m;
hm------煤层采高,m;
b.6至8倍采高的岩石重量对支柱造成的载荷强度
P=8hYg=8×1.65×2.4×9.8=310.464KN/m2
通过上述计算,按8倍采高计算支柱载荷最大。
序号
项目
单位
同煤层实测
1
顶底板条件
直接顶厚度
m
8.7
基本顶厚度
m
12.6
直接底厚度
m
0.2
2
直接顶初次垮落步距
m
7
3
初次来压
来压步距
m
31
最大平均支护强度
Kn/m2
410
来压显现程度
不明显
4
周期来压
来压步距
m
13
最大平均支护强度
Kn/m2
390
来压显现程度
不明显
5
平时
最大平均支护强度
Kn/m2
380
6
直接顶悬顶情况
m
无
7
底板容许比压
MPa
7.63
8
直接顶类型
类
1
9
基本顶级别
级
Ⅰ
10
巷道超前影响范围
m
上巷19m
下巷21m
同煤层11105W综采工作面矿压观测参数参考表
根据以上矿压参数及支架阻力计算,液压支架选型为:
型号:
ZY2600/09/20工作阻力:
2600KN
初撑力:
1972KN支架高度:
900~2000mm
支架宽度:
1410~1580mm支护强度:
0.55~0.63MPa
采煤机:
型号:
MG132/320-W采高:
1.4~2.7m
滚筒直径:
1400mm截深:
600mm
截割功率:
320KW过煤高度:
380mm
电压等级:
1140V
刮板输送机(1部):
型号:
SGD630/264功率:
264KW
运输能力:
400T/h链速:
0.93m/s
刮板链形式:
中单链刮板间距:
1080mm
中部槽:
1500×630×222mm(长×宽×高)
4、转载机(1部)
型号:
SZD630/110运输能力:
500t/h
功率:
110KW运输长度:
45m
链速:
1.34m/s
中部槽:
1500×630×222mm(长×宽×高)
四、通防系统
(一)通风系统
1、回采工作面风量计算
按集团公司通风实施细则计算风量:
Q采=60×H均×B均×V×P×KL
T=230C,V=1.3m/s,面长=108mH均=1.65m
KL=1.3P=0.75
Q采=60×1.3×3.98×1.65×0.75×1.2×1.1×1.15=583m3/min
2、通风路线
进风路线:
副立井→-550W大巷→41112W运输巷→41112W工作面
回风路线:
41112W工作面→41112W回风巷→31112W回风巷→3-3十一层回风上山→-300W回风大巷→中部风井底→地面
3、通风监测仪器型号及数量
⑴监控系统型号:
KJ70型煤矿安全监控系统
⑵系统设备数量、位置:
系统分站电源各1台,在-550西大巷41112移便处;瓦斯传感器1台,在41112W工作面上出口10米范围内;风速传感器1台,在41112W工作面回风巷内;馈电传感器2台,在41112W工作面总开关处和41112W工作面回风巷分路开关处;断电器执行器2台,分别在41112W工作面总开关处和41112W工作面回风巷分路开关处;电缆PUYVR1×4×7/0.47共需2500米。
⑶控制区域:
工作面上出口瓦斯传感器:
瓦斯浓度达到1.0%时报警,达到1.5%时,断电,其范围是工作面及回风巷内全部非本质安全型电器设备。
序号
名称
型号
数量(台)
1
监测系统分站
KJ31.1
1
2
电源箱
KDW-17
1
3
瓦斯传感器
KGJ15
1
4
风速传感器
KGF-2
1
5
馈电传感器
KGT16
2
6
开停传感器
KGT9
0
7
电缆
PUYV39
8
电缆
PUYVR1×4×7/0.47
2500M
9
断电器
.KHJ6.3
2
(二)采区防尘
1、综合防尘要求
⑴回采工作面防尘
①回采面投产前先在煤层内注水,预先润湿煤体,注水后煤体水分增加不少于1%,含水率在4%左右。
②在运输巷转载点处,必须安装喷雾防尘装置,并设专人负责管理。
③进、回风巷距工作面50m内设置净化风流水幕,并正常使用。
④运输巷、回风巷必须按规定周期清扫或冲洗煤尘,并清除堆积的浮煤。
⑤必须安设综采随机联动吐露装置,并正常使用。
⑵其它地点防尘
①运输上山内各转载地点,均应设置喷雾装置,转载时实施自动喷雾。
②皮带运输巷内防尘管路每50m设一个三通阀门,以供洒水冲尘,其它地点每100米设一个三通通阀门。
2、防尘系统
采区内防尘水源来自-50水仓,防尘水经-300人行暗井——-300西大巷——3-3十一层轨道下山——-550西大巷——41112W工作面上、下平巷。
上平巷必须安装4寸防尘管路,下平巷防尘管路不低于2寸,工作面上平巷必须安设水压表。
3、隔爆设施
水袋棚采用集中式布置,每组用水量按所在巷道断面计算应不小于200升/m2,棚区长度不小于20米,距工作面60米~200米。
水袋棚安设好后,要指定专人管理,并经常保持水袋的完好和规定的水量。
五、运输系统
41112W里段综采面运输设备选型
面上用MG132/320-W煤机SGD-630/264溜子40T转载机STJ1000/125×2皮带机SZD-630/110溜子3T底卸式矿车
1、运输巷长600米,倾角-5.5°,选择125皮带机
按Q=400t/h,皮STJ1000/125×2带基础数据:
V=2m/s,功率250KW;原煤容重γ=0.9t/m3;动堆积角ρ=30°;运距L=600m;带宽B=900mm;围包角α=455°(传动原理图如图所示)
(1)带宽的校验
根据公式B2=Q/KVCγ
其中:
K为货载断面系数,据ρ=30°,取K=458
C为输送机倾角系数取0.95
400
B2==0.5107
458×2×0.9×0.95
B=0.715m<0.9m
故取带宽0.9m满足要求,胶带型号为1000S整芯阻燃带,每米自重12.15kg。
(2)胶带运行阻力的计算
①有关参数计算
胶带每米载重q=Q/3.6v=400/(3.6×2)=55.6kg/m
胶带自重qd=12.15kg/m
上托辊每米线质量qt'=G'/Lt'=14/1.5=9.4kg/m
下托辊每米线质量qt”=G"/Lt"=12/3=4kg/m
②圆周力计算
Fu=CfLg[(2qd+q)COSβ+qt'+qt”]+qHg
取附加阻力系数C=1.20
模拟磨擦系数f=0.03
Fu=CfL[(2qd+q)COSβ+qt'+qt”]-qHg
=1.20×0.03×600×9.81[(2×12.15+55.6)COS5.5º+9.4+4]–55.6×9.81×600×SIN5.5º
=19692-31366
=11675N
③胶带最大张力计算:
Fmax=F10=Fu[n/(eua–1)+1]
n--摩擦力备用系数,取1.15-1.2,此处取1.2
α--胶面滚筒摩擦系数,取0.2
Fmax=F10=Fu[n/(eua–1)+1]
=11675×[1.2/(2.72(7.94×0.2)-1)+1]
=15177N
c、校验输送带强度
δ--1000S整芯胶带抗拉强度为1000(N/mm)
B--胶带宽度
m--胶带安全系数
m=(900×1000)/15177=59〉12
皮带强度满足要求。
④电机功率
电机功率N=1.2FuV/1000η=1.2×11675×2/850=32KW
此处取电机功率备用系数为1.2
电机传动效率为0.85
电机功率250KW,符合要求。
虽然正常运行是皮带机的负荷小,但在启动是负荷大,因此选择125双机。
2、长40米,倾角25°的小轨道
选用SGW-40T刮板输送机一部,长度为40m,运输量Q=400t/h,倾角为25°,功率为80KW,链速0.86米/秒;挡煤板高0.3米;
(1)货载断面积校验
刮板输送机每米载重q=Q/3.6v=400/(3.6×0.86)=129kg/m
根据公式q=1000Fψγ
F=q/1000ψγ=129/1000×0.8×0.9=0.179米2
ψ--货载装满系数(取0.8)
γ--货载的散集容重(取0.9吨/米3)
货载实际断面积F0=0.6×0.3+0.1×0.5+0.5×0.3×0.6×tg20°
=0.26米2>0.179米2
故加高挡煤板后,货载实际断面积满足要求。
(2)刮板运行阻力的计算:
重段阻力计算
Wzh=qL(ωCOSβ-SInβ)+q0L(ω’COSβ-SInβ)
=(qω+q0ω’)LCOSβ+(q+q0)LSInβ
=(129×0.8+24×0.35)×40×COS25°+(129+24)×40×Sin25°
=4046+2586
=6632Kg
空段阻力计算
WK=q0L(ω’COSβ+SInβ)
=24×40(0.35×COS25°+Sin25°)
=710Kg
ω—煤在溜槽中的阻力系数(0.6-0.8)
ω’—刮板链在溜槽中的阻力系数(0.2-0.35)
q0--刮板链单位长度重量
β—刮板输送机运输倾角
(3)电机功率校核
主动链轮的牵引力W0=1.1(Wzh+WK)=1.1×(6632+710)=8076Kg
电机功率N0=1.2W0V/102η=1.2×8076×0.86/81.6=102KW
此处取电机功率备用系数为1.2
电机传动效率为0.8
所选电机功率为110KW,故符合要求。
(4)刮板链强度校核
SGW-40T链条选用双圆环链,规格为φ18×64,每条圆环链破断拉力为≥35000kg,现强度校验如下:
Smin=200--300kg;
对于双链则Smin=2Smin=2×300=600kg
按逐点计算法,得S2=Smin+WK
S3=1.06S2
S4=S3+Wzh
由上式公式得,Smax=S4=1.06(600+710)+6632=8020kg
刮板链抗拉强度安全系数
2Spλ
K= =2×35000×0.85/1.2×8020=60≥3.5
1.2Smax
Sp—刮板链破断拉力≥35000kg
λ---双链负荷不均匀系数,取0.85
刮板链抗拉强度足够。
六、供电系统
1、供电方式及负荷情况
工作面采煤机、面溜子、转载机及下运输系统供电电压采用1140V供电,高压电源来自-850上车场6#开关柜负荷侧。
上平巷泵站绞车电源采用660V供电,高压电源来自-850上车场6#开关柜负荷侧。
用电设备负荷情况见下表。
用电设备情况及负荷统计表
设备名称
设备型号
设备台数
额定功率
额定电压
额定电流
工作面
采煤机
MWG132/320
1
320KW
1140V
240A
面刮板机
SGD630/264
1
2×132KW
1140V
2×96.2A
转载机
SZD630/55
1
55KW
1140V
40A
下运皮带机
STJ1000/250
1
250
1140V
180A
通讯控制台
TK200
1
127V
运输巷
乳化液泵
BRW200/31.5
1
125KW
660V
144A
调度绞车
JD-55
2
55KW
66
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