垭关煤矿机械化开采可行性研究报告.doc

垭关煤矿综合机械化开采的可行性论证报告编制：垭关煤矿二0一四年三月 目录第一章 矿井概况第一节 井田概况第二节 矿井地质构造和煤层特征第三节 矿井开拓和开采现状第二章 综合机械化开采的可行性和配套工程第一节 推广综合机械化开采可行性第二节 综合机械化开采的特点第三节 综采相关配套工程第四节 垭关煤矿实行综采需注意的问题第三章 综采工作面生产能力及设备选型第一节 综采面生产能力第二节 综采设备选型第四章 综和机械化开采实施步骤第一节 综采实施步骤第二节 综采设备配备第三节 确保综采实施的保障措施第五章 综采经济分析第一节 开采方式经济分析 第一章 矿井概况第一节 井田概况 一、位置与交通 垭关煤矿位于贵州省毕节市七星关区西南，属七星关区长春堡镇管辖。地理座标为：东经10506491050818，北纬271356271600。毕节市七星关区境内尚无铁路和水路运输条件，公路运输条件较好，G326国道从矿区中部通过，从G326国道至矿区工业场地有0.3km的公路相通，矿井距毕威高速公路长春堡出口约8km，交通方便。 二、矿井基本情况 垭关煤矿是证照齐全的30万吨生产矿井，矿区长2.9km，宽0.9km，矿区面积：2.6778km2；资源保有储量截止2004年9月为1386万吨，可采储量802万吨，一采区至2013年底消耗量约12万吨；可采煤层3层，编号分别为K1、K2、K3，煤层厚度平均分别为1.7米、2.0米、2.1米，煤层层间距平均分别为4.2米和2.1米，煤层倾角平均20；煤质化学成份为中低灰、中高硫、高热值，煤种为无烟煤三号；地质构造复杂类型属中等；水文地质条件为中等；瓦斯条件在+1816水平以上三层可采煤层经鉴定为无突出危险性；煤层自燃发火倾向性为不易自燃；煤尘无爆炸性；矿井开拓方式为平硐，二采区为下山布置；通风方式为中央分列式；第二节 矿井地质构造和煤层特征 一、 地质构造 垭关煤矿位于长春堡向斜北西翼，矿区地层走向北东东，倾向南南东，倾角一般1525，断层附近地层倾角有所增大，次一级波状起伏不明显，为简单单斜构造。矿区内见断层6条，落差大于30米的为F1、F3两条，2030米的为F一条，1020米的为F-4一条，其余的小于10米。 F1正断层：出露于矿区东部边缘，为原详查勘探区东部边界断层，本矿区内延伸250米，倾向南东，倾角7080，地层断距大于150米。 F3正断层：位于矿区东南角，区内延伸长度550米，呈北东东向延伸，在矿区东部边缘与F1相交，倾向南东，倾角66，最大落差70米左右。 F-4逆断层：位于矿区北部东端，在F4正断层的东盘(上盘)，掘回风井及切眼时见此断层，向西与F4呈80角度相交，走向北东东，倾向南，倾角32，落差19米，沿断层面倾向上煤层重叠长达36米。 F4正断层：位于矿区东北角，走向105135，区内延长1.2公里，在矿区东南角与F1断层相交，倾向南西，倾角50左右，落差1012米。F2正断层：位于矿区东北角，走向北北东，延长约400米，倾向南东东，倾角60，落差10米左右。 F5正断层：位于矿区西部3号勘探线附近，走向北25东，延伸长度150米左右，倾向北西，倾角64，落差小于10米。综上所述，本区为较简单的单斜构造形态，次级波状起伏不发育，但断层较发育，构造复杂程度为二类。 二、煤层 龙潭组(P21)为矿区唯一的含煤地层，属海陆交互相沉积。龙潭组(P21)厚200m左右，含煤12层左右，煤层总厚11.27m，含煤率5.6%，含可采煤层3层(K1、K2、K3)，均为全区可采煤层，集中分布于含煤地层的上段。K1煤层：为最上一层可采煤层，全区可采，厚1.042.3lm，一般l.8m，以中厚煤层为主，一般为简单结构，顶板为粉砂岩或砂质泥岩，底板为泥岩或细砂岩。K2煤层：全区可采，厚1.063.22m，一般2.00m，以中厚煤层为主，含夹石03层，多数单一，为较简单结构煤层。直接顶板为K1煤层底板，底板为泥岩、铝土质泥岩。K3煤层：为最下一层可采煤层，全区可釆，厚1.114.38m，一般2.00m，以中厚煤层为主，含夹石03层，一般01层，为较简单结构煤层。直接顶板为K2煤层底板，一般为伪顶，直接底板为铝土质泥岩，老底为细砂岩。 垭关煤矿可采煤层特征表煤层编号煤层厚度最小最大平均（m）煤层平均间距（m）煤层结构煤层稳定性顶底板岩性视密度（t/m3）倾角（）顶 板底 板Kl1.042.311.804.2结构简单，无夹矸稳 定粉砂岩 、泥岩泥岩、细砂岩1.4319-21K21.063.222.00含夹矸03稳 定泥岩、细砂岩泥岩、铝土质泥岩1.5419-212.1K31.114.382.00含夹矸03较稳定泥岩、铝土质泥岩铝土质泥岩1.5719-21三、资源可靠性和煤层稳定性垭关煤矿矿界范围内共有6个钻孔控制，分别为ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、101、302，在矿界外有2个钻孔102（东南方向，距矿井边界176米）、501（距西边界410米），皆为1974年113地质队施工的勘探钻孔。根据本矿一采区开采情况和钻孔资料分析，资源可靠性强，煤层稳定性较好，其中K1、K2为稳定煤层，K3为较稳定煤层，各煤层对比可靠。四、煤质1、物理性质K1煤层：黑色、沥青一玻璃光泽， 碎块状为主，以半亮型煤为主，成分为亮煤夹少量镜煤和丝炭，条带状结构，质较硬，具阶梯状断口，含少量黄铁矿结核。平均容重为1.43t/m3。K2煤层：黑色、沥青光泽，碎块及粉粒状，以亮煤为主，夹少量暗条带及镜煤和丝炭，条带状结构，裂隙发育，性脆，下分层夹透镜状丝炭及含黄铁矿结核较多，半亮型。平均容重为1.54t/ m3。K3煤层：黑色、沥青光泽，碎块及粉粒状，少量碎块状，以亮煤为主，夹少量镜煤和丝炭，条带状结构，内生裂隙发育，性脆，其中充填较多方解石脉，下分层以均一状为主，煤质松软，半亮型。平均容重为1.57t/m3。2、化学性质（1）工业分析 煤质工业分析表项目煤层水分（Mad%）灰分（Ad%）挥发分（Vadf%）固定碳（Fcd%）硫分（Std%）发热量（Qbdaf%）(MJ/kg)K1极值0.44-1.3513.82-25.797.40-11.2372.171.32-2.5434.24-35.36平均0.820.208.851.8334.80K2极值0.61-2.0816.99-37.988.47-12.6166.441.22-4.1433.23-34.79平均1.1625.3110.042.2034.13K3极值0.86-2.8217.47-30.466.88-13.3167.80.34-2.8733.75-34.92平均1.3524.368.920.9934.42煤类K1为中灰中硫煤；K2为中灰中高硫煤；K3为中灰中硫煤。（2）煤种根据煤炭分类国家标准（GB/T15224.12010、GB/T15224.22010、GB/T15224.32010），矿区内可采煤层为中灰、中高硫、高热值无烟煤。第三节 矿井开拓和开采现状 一、井田开拓 垭关煤矿为生产矿井，设计生产能力30万t/a，矿井采用平硐开拓。 利用主平硐（已建成）作进风及原煤运输用；利用副平硐（已建成）作人员出入、进风、运料用；利用回风平硐（已建成）作专用回风用。该矿在开采二采区时仍保持原有主平硐、副平硐及回风平硐的主要功能。主平硐（X= 3013619.422，Y=35510946.583，Z=+1823，=299.323，=0）井口标高+1823m，沿K3煤层底板以119.323方位，0的坡度穿层掘进至431.5m里程位置，按相同的方位、-5.5的坡度继续掘进至527里程处停掘，在其431.5m里程为中开口，以62.784的方位角、+3的坡度布置有皮带运输大巷（位于K3煤层底板岩层中）至292m里程位置。副平硐（X= 3013586.670，Y=35510922.690，Z=+1816，=299.323，=0）井口标高+1816m，沿K3煤层底板以119.359方位、0的坡度穿层掘进至525m里程停掘，在其483m里程处开口，以61.522的方位角、+3的坡度布置有轨道运输大巷（位于K3煤层底板岩层中）至265m里程位置，布置联络斜巷与皮带运输大巷联通。回风平硐（X=3013595.839，Y=35511392.364，Z=+1868，=303.231，=0）井口标高+1868m，沿K3煤层底板以123.231方位、0的坡度掘进至38m里程处后在K3煤层底板岩层中布置总回风上山与皮带运输大巷联通，形成矿井开拓通风系统。 垭关煤矿的二采区，于2013年9月请毕节地方煤矿设计队编制了毕节市垭关煤矿采区优化方案设计，2013年10月取得批复（毕节市工能委），2013年12月取得安全设施设计批复（毕节市安监局）。 开拓方式及采掘布置：主副井在+1816水平形成联络巷，施工上山和回风井平硐相透形成系统后，三条下山同方位（煤层倾斜方向）布置在K3煤层底板法线距离25米的稳定岩层中，按21负坡施工至+1705水平形成系统，布置采区变电所和水泵房；工作面分两翼布置，底板抽放巷上错平均20米，布置在K3底板25米岩层中，一次预抽三层煤的条带瓦斯，煤层开采顺序由上至下。具体工程量见下表 二、开采现状 目前垭关煤矿东翼K1煤已基本采完，西翼剩余少量K1煤，K2、K3因地质条件在上部偏复杂，剩余可采量不多，一采 区剩余资源可采量约45万吨，地质构造、层间距近及底板存在底鼓等问题制约了一采区的生产能力，所以矿井的重点工作是加快回收一采区剩余煤量，尽快开拓二采区形成大面上综采提高产能。三、矿井其他系统建设情况1、供电系统矿井主供电源引自110 kV撒拉溪变10kV溪垭001开关，距离约9km，供电线路LGJ-120；备用电源引自35kV百家哨变10kV白垭线006开关，距离约3km，供电线路LGJ-120；另一备用电源引自35kV百家哨变10kV白茶线溪垭002开关，距离约3km，供电线路LGJ-120，形成矿井三回路供电电源，矿方已与供电部门签定了供电协议，供电电源安全可靠。2、水源条件（1）生活用水生活用水取自矿区外东南部的自凿深水井，该水井正常涌水量约15m3/h，水质较好，矿方应取水化验并经处理达到饮用水标准后方可作为生活用水水源。在主井工业场地的东部设一座150m3地面生活水池，其池底标高+1865m，可安装取水泵将泉水泵入矿井工业场地生活水池后，静压向工业场地供水，可满足生活用水的需要。（2）生产用水矿井正常涌水量约为24m/h，最大涌水量36m3/h。在主井工业场地的东部设一座300m3地面生活水池，其池底标高+1865m，井下水经处理后，用水泵打入生产消防用水水池，供井上、下消防用水和防尘洒水用水、地面绿化用水等用。当生产消防用水水池水量不足时由生活用水水池补充。综上所述，该矿生活、生产水源充足，可满足矿井生活、生产用水需要。3、 通风系统矿井现有主扇风机为轴流对旋风机，功率75KW*2，最大风量为3700m3/min，二采区系统形成后，风量可以达到3500m3/min左右，满足矿井需要。4、 运输系统主井采用800mm皮带运输，二采区开拓后下山采用强力皮带，二采区主系统二部皮带，工作面两部皮带，运煤系统较简单；副井平硐采用电瓶车牵引矿车运输，二采区建设专门绞车提升，但副 井平硐局部断面小需扩断面。5、 其他瓦斯抽放系统、监控系统、压风自救系统、人员定位系统、紧急避难系统、供水施救系统皆完善且运行正常。 第二章 综合机械化开采的可行性和配套工程第一节 推广机械化开采的可行性一、推广可行性随着综合机械化开采技术的发展和日趋成熟，综采已由大、中型矿井向小型矿井推广，特别在贵州省政府推行“采掘机械化、煤矿管理集团化、安全质量标准化”以后，在小型煤矿推广机械化开采已势在必行。而煤矿行业发展趋势也决定了提高机械化开采的必要性，煤矿黄金时代已成历史，利润回归理性，“以量补价，以质提效”是煤矿发展的唯一出路，而质量原始质量占主要部分，所以机械化程度决定了煤矿的长远效益。垭关煤矿可采煤层煤厚皆在2米左右，属中厚煤层，稳定性较好，进入深部后地质条件相对简单，矿井走向长度为2.9Km，两翼开采工作面交替回采，单翼走向长度平均1000米，适合上机械化，顶底板条件稍差，也正是上综采才能解决的关键。第2节 综合机械化开采的特点 综合机械化开采的特点是产量大，对供电、运输、通风、供水等系统要求很高，同时对整个矿井系统有很大提升和改观。 垭关煤矿一采区已剩部分分块的煤量，不适合上综采，但二采区马上开拓，已编制开采优化设计并经过专家评审通过，全部使用机械化开采，方案可行，部分系统经过改造和新建可以满足要求。 第三节 综采相关配套工程 一、系统改造 原副平硐断面小，无法下综采综掘等大型设备，重新把局部断面小的地方进行刷帮扩断面；二采区开拓主要三条下山断面施工净断面为11m2,总回风直接从1816联络巷施工上山与现总回相透，透点距离主扇风机很近的大断面处，大大改善了矿井的通风系统，满足二采区综合机械化开采所需风量。 二、运输系统改造 进入二采区后，运输系统简化，两部皮带机到工作面外口，一部主皮带和二部主皮带更换为1米皮带，工作面使用800mm皮带满足综采需要。 三、供电系统二采区专门设计了采区变电所，从地面变电所高压下至变电所，满足采煤机和掘进机1140V供电需要。 四、掘进配套工程 综合机械化采煤，不只是综采工作面，必须有相关的综掘做保障，不然存在接续问题，因二采区为没有经过瓦斯突出危险性鉴定，开拓系统形成后，需两翼施工底板瓦斯抽放巷（距离K3底板25米处的岩石中），一次抽放三层煤瓦斯（因层间距近），我们准备上岩巷综掘机（260型），煤巷采用煤巷综掘机（130型），加快掘进速度，煤巷掘进进尺正常为350米/月，而综采推进度为2500/(140*2*1.45)=6米/日，月进度6*25=150米，采掘进度比为1:2.3，满足接续要求。 五、选煤系统 二采区开始投产前，地面优化建设分选筛选系统乃至风选系统，规模和产量配套，确实把煤炭质量提升起来。第4节 垭关煤矿推广综采需注意的问题 一、煤层厚度变化 根据钻孔资料分析，K1煤层在1.52.0米变化，K2煤层在1.83.0米，K3煤层在14.5米，但因K3煤层稳定性稍差，所以在机械选型时重点考虑上部两层煤。 二、地质条件 一采区地质条件相对复杂，小构造较多，进入二采区后许多走向方向断层不影响二采区，但少量倾斜方向断层二采区方面时需考虑过断层措施。 三、底板岩石 根据垭关煤矿生产现状分析，K2、K3底板属泥岩，遇水易膨胀，在矿山压力下易变形，综采机械选型时，支架的选型特别重要，需选轻小型易推进防滑的支架。至于层间距小，下两层顶板破碎，综采可以解决，只是两翼交替避开岩石移动影响期就可以。 第三章 综采工作面生产能力及设备选型第1节 综采面生产能力 一、二采区综采工作面主要参数 根据二采区优化设计方案，工作面主要技术参数为 走向长 两翼平均1000米 面 长 三层煤平均150米 煤 厚 平均2.0米 容 重 1.4吨/米3 二、生产能力计算 按年产60万吨计算，月生产天数25天，年生产天数为300天 日生产能力：60/300=2000吨 每天实行“三。八”制，两班生产，一 班检修 班生产能力为：1000吨 工作面割一刀产量为：150*2*1.4*0.8=336吨（截深暂按0.8米计算） 每班走刀数为：1000/336=3刀 每刀用时140min 按60%开机率计算，每刀用时为84min 采煤机牵引速度为150/84=1.786m/min 以上可以作为采煤机选型的基础。 第二节 综采设备选型 一、依据 垭关煤矿煤层特点，皆为中厚煤层，两层煤层稳定，K1煤层顶底板条件较好，K2、K3底板易底鼓，煤层层间距较小，进入二采区后，根据钻孔地质资料分析，层间距分别为6米和3米，地质构造方面东翼有斜交断层（F5）落差为5米左右。鉴于以上条件，在综采设备中液压支架选型是重点。 二、设备选型综采液压支架是关键，根据实际情况选型。采煤机选型因K3煤层属于较稳定煤层，主要考虑K1、K2煤层厚度及支架型号进行选型。液压支架选型（1） 支护强度（工作阻力）计算 式中：-液压支架的支护强度，；-采高，m；-顶板岩石容量，一般取2.3；-顶板岩石破碎膨胀系数，一般取1.21.5；-工作面倾角，度；-附加阻力系数，二排立柱支架取1.6，单排立柱支架取1.2；-顶板周期来压动载系数。=，值可按以下情况选取：周期来压不明显顶板：取1.1；周期来压明显顶板：取1.3；周期来压强烈顶板：取1.51.7。 本矿q=2*2.3*1.2*1.2/(1.4-1)*cos20=17.623T/m3（2） 初撑力目前在坚硬、中硬和破碎的顶板条件下，多趋向于采用较高的初撑力。现在支架的设计中初撑力，已高达工作阻力（支护强度）的90以上。根据有关资料介绍，初撑力与支护强度的比例关系，即=初撑力强度/支护强度，以顶板的的稳定性不同，一般在6085区内选取为宜。在确定出撑力时，可按以下原则考虑：对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作作阻力的80%；对于稳定顶板，初撑力不易过大，一般不低于工作阻力的60%，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积垮落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的75%。垭关煤矿K1、K2煤层顶板属于稳定型，K3属于极不稳定顶板，所以初撑力主要考虑上两层顶板可以考虑为工作阻力的70%。（3） 移架阻力及推溜力移架力中厚煤层支架为150300；推溜力一般为100150。 （4）支架高度支架的最大和最小支撑高度，应根据煤层厚度的变化合理选择，片面地认为调高范围越大越好，过大地加大调高范围将增加设备重量及制造成本。 支架高度可由下式计算：=+0.2=式中：-支架最大结构高度，m；-支架最小结构高度，m；-煤层最大采高，m；-煤层最小采高，m；-支架前柱上方顶板下沉量，一般取0.1m；-支架后柱上方顶板下沉量，一般取0.2m；-支架前移时可缩余量，一般取不小于0.05m；-支架与顶底板间的浮煤，破矸厚度一般取0.1m。跟据此公式同时考虑三层煤通用减少投资，支架高度应为Hmax=3.0-0.1+0.2=3.1mHmin=1.5-0.2-0.05-0.1=1.15m (5)顶梁长度 直接撑定掩护式支架，如图4-1所示。式中：-铲煤板铲尖到煤臂的距离，取100200mm（具 体大小也可计算）；=F+G+J+V式中：F-铲煤板宽度，一般取150240mm；G-中部槽宽（查特征表）；J-导向槽宽度，无链牵引时尚有齿轨部分宽度；V-电缆槽宽。参数查不到时可估算V=350450mm；-超前移架时取截深；滞后移架时可取零；e-人行道宽度，不小于0.6m，高度不小于采高的70；H-采高，m；-立柱倾角；-梁端距，取250350mm。顶梁全长：经计算顶梁长度为l=1.8米所以根据垭关煤矿的具体情况，综采工作面具体各机械选型见附表：第四章 综和机械化开采实施步骤第一节 综采实施步骤 一、实施步骤 根据开采设计（二采区）要求，步骤如下：上综掘设备二采区开拓 系统安装 施工底板抽放巷 瓦斯抽放 2101工作面方面 采购综采设备 安装回采（投产）2、 综采工程实施时间表序号工程名称工程量完成时间负责人备注1上综掘设备2014年3月矿长2二采区开拓1466米2014年12月矿长3系统安装抽放系统、压风系统、排水系统、供电系统等2015年4月机电矿长4施工底板抽放巷4438米2015年6月矿长5瓦斯抽放20个钻场2015年9月矿长、工程师上下巷各20个钻场400个孔，施工一个抽一个随打随抽62101方面1500米2015年9月矿长7采购综采设备采煤机、刮板机、液压支架、机电配套设备等2015年9月矿长8综采面安装运行2015年11月矿长第2节 综采综掘设备配备 设备配置一览表序号设备名称型号单位数量单价（万元）总金额（万元）备注1掘进机260、135台2600、3009002采煤机MG200-W台11501503液压支架ZY3600/11/28架1101516504刮板机SGB630/150台11501505转载刮板机SZB730/40台130306变压器KBSG-500/10/0.69台220407变压器KBSGZY-500/10/1.2台125258绞车JKB-2.01.5台180809胶带运输机大倾角强力1米皮带部1200200350米10猴车RJHY2212/450台1353511主排水泵D46-504台3123612其他设备500轨道、管路、开关、电缆、液压泵等合计3796第三节 确保综采实施的保障措施一、顶底板管理措施 因三层煤的层间距近，K1回采顶板正常管理，顶底板皆稳定，回采K2、K3时，顶板可能受上煤层采空区影响，相对破碎或“无顶”现象，但正因为这样，使用综采是解决顶板最好的办法，割煤后及时移架，顶板会及时被顶梁护住，不会出现安全问题，增加了采面人员的安全性。 底板，特别是K2、K3的底板皆为泥岩，在工作面有水、初次来压或周期来压时，可能会出现卡架、移架困难、支架倾斜、初撑力及工作阻力减小等现象，这些必须在支架选型时就要注意，防滑防倾斜等；另外尽量减少工作面积水，不过在做底板抽放巷时也应考虑三层煤抽放瓦斯同时，钻孔倾斜度尽量大点，有利于工作面积水通过钻孔排出；当工作面支撑力随底板下沉而下降时，应及时均衡加压。但因综采速度快，对于软底管理不存在太大问题。 掘进顶底板管理及接续保障措施： 综采必须有综掘配套，否则会出现采掘接续失调。综掘效率和速度是由顶板管理方式来决定的，K1煤层可以使用锚杆网支护，但如果K2、K3和K1重叠布置，层间距小，会出现无法使用锚杆支护，进而无法使用综掘机，所以依次向下采取外错式布置，外错的距离依据避开上覆煤层空区应力为准，具体计算方法如下图：K1K2K3岩层移动影响角采用67，层间距二采区采用6米和3米，经计算水平错开距离（水平投影）分别为3.2米和1.6米，但考虑到锚杆长度和角度及保护距离，K3受两层煤重复采动影响等因素，把错开距离皆放至4米，即下一层比上一层工作面长度增加8米（净）。如果进入二采区证明K1、K2之间层间距确实像钻孔所述为6米，而K1、K2之间是细砂岩，可以考虑两层煤重叠布置，掘进都使用锚杆支护应该没问题。底板管理，使用锚杆支护同时也解决了巷道底鼓难于修复的矛盾，锚杆支护不需替棚改棚，经常卧底是常用的方法；经常卧底刷帮管理软底虽然是常用方法，但对于回风道确实困难，因无皮带运输，凭轨道或人力对于很长综采面来说要增加很大的修复量，一旦进入K2、K3方面对于底板管理，可以考虑回风道试行底板施工管缝式锚杆，其次是底板拉槽灌浆等方法一次性处理，可以和长期修复成本进行对比论证后使用。对于底板管理，也可以采用集中从底板运输、回风，分段掘进，从开切眼往外分段施工运输、回风巷，每段间采用反坡沟通，不等巷道发生变形而快速推进，从而解决巷道变形给生产带来的影响。2、煤质保证措施 综合机械化采煤，因地质条件、掘进大断面破顶、工作面过断层等原因会带来煤质下降的问题，具体解决措施是：1） 掘进、采煤分开或分时运输，工程煤不进入原煤系统，运至地面后经筛选、分选、风选系统后再进入原煤系统。2） 采煤面煤层变化（主要是变薄），割顶或底时，根据矸石率大小决定分开单独处理。3） 工作面过断层时，放炮出矸，不进入原煤系统。4） 地面选矸系统改造，现有选矸系统不合理，需降低架型，增加人工选矸力度，或直接上风选系统。 3、资金投入保障措