刘桥一矿二水平深部辅助运输系统优化可行分析报告.doc

刘桥一矿二水平深部主、辅运输系统优化方案 刘桥一矿 2012年12月编审人员名单专业/部门姓名签字编制编制王德帝机电王光辉审批生产技术部长储 飞地质副总彭龙超通风副总张中华机电副总李祥明采煤副总董 杰掘进副总张德林总工程师目录一、矿井概况11、生产格局12、矿井储量、生产能力及服务年限13、运输系统1二、主、辅运输系统优化背景11、煤层赋存及地质构造情况12、现有工作面布置方式及存在问题4三、采区内部优化5四、主运输系统优化5五、辅助运输系统调整方案51、方案52、可行性分析7六、安全技术比较121、单轨吊运输系统与原有绳式运输系统的安全性比较122、设备运输能力大，可实现运输的连续性133、人员运输134、单轨吊系统与绳式绞车系统在人员投入方面比较135、设备投入及维护、运营费用146、结论15七、存在问题15附件 袁店矿、孙村矿单轨吊运输系统考察基本情况.16一、矿井概况刘桥一矿1981年5月投产，矿井一水平（-330m）及南翼二水平（-400m）已回采完毕。目前，矿井生产主要集中在北翼二水平。1、生产格局根据矿井年度生产安排：生产格局为2综采1炮采，10支掘进队，3支修护队。2、矿井储量、生产能力及服务年限截止2012年11月底矿井剩余可采储量676.1万吨（至-1000m共剩余1273.3万吨）。按目前矿井核定产能140万吨/年，服务年限为9年。3、运输系统主运输系统为皮带运输。矿井与各采区煤炭运输方式同为皮带机集中运输。各采区工作面出煤由工作面机巷皮带转运至采区集中运输巷，采区出煤经由各采区煤仓转运至-540集中皮带。最后通过北主暗皮带机进入主井煤仓，通过主井提升至地面。辅助运输系统为轨道辅助运输。斜巷提升设备均为液压变频绞车。平巷牵引动力为电机车、电瓶车。矿井行人主要通过斜巷乘人索道与电机车牵引的乘人车。采区辅助运输方式为轨道运输，绞车提升。使用的绞车类型主要有调度绞车、无极绳绞车、回柱绞车。二、主、辅运输系统优化背景1、煤层赋存及地质构造情况（1）煤层赋存本区煤层走向为EW，倾向为NS。煤层赋存条件复杂，受断层、褶曲等地质构造作用，DF27断层西翼煤层倾角521。DF27断层东翼与刘桥向斜之间4、6煤煤层倾角20左右，刘桥向斜以东煤层倾角达到3040。DF27断层西翼可采煤层为3煤、4煤两层，其中DF27断层东翼煤层3、4煤间距0.21.4m，西翼煤层间距1.16.5m。3煤层为黑色，半亮型，弱玻璃光泽，粉末状，少数为片状和碎块状，以暗煤为主夹亮煤条带。煤层厚度为01. 7m，平均1.1m。4煤层为粉末状，局部为碎块状，内生裂隙发育，煤层结构简单，无夹矸。煤层厚度为1.232.7m，平均2.11m。6煤层结构简单，以单一煤层为主，局部含一层泥岩夹矸，以中厚厚煤层为主，煤层厚度为2.783.28m，平均3.14m。（2）煤层顶底板岩性4煤顶、底板伪顶：刘桥向斜附近均有发育，以泥岩及炭质泥岩为主，厚度0.3m左右。直接顶：直接顶以泥岩及砂质泥岩为主，局部为粉细砂岩，平均厚2.4m左右；其上为3煤，平均厚1.1m。老顶：以灰色细砂岩为主，局部为粉砂岩或与粉砂岩互层，平均厚17.7m，其上部为泥岩及砂岩交替沉积。直接底：以泥岩及粉砂质泥岩为主，局部夹少量粉砂岩或煤线，含少量植化碎片，平均厚8.91m；老底：以中细砂岩为主，局部夹粉砂岩，厚约7.53m。6煤顶、底板直接顶：以深灰色粉砂岩为主，局部夹薄层细砂岩，平均厚5.48m。老顶：以深灰色粉砂岩和泥岩为主，局部夹砂质泥岩，平均厚25.64m。直接底：深灰色泥岩，平均厚0.52m。老底：以浅灰色细砂岩为主，平均厚17.88m。综合柱状图（3）地质构造区内主要地质构造为褶曲、断层、陷落柱等。褶曲：本区整体构造主要为刘桥向斜、陈集向斜。断层：综合本区现有地质资料，本区断层发育程度一般。断层土楼共9条断层；落差20m的断层4条，落差20m的断层5条，断层延伸方向大致与向斜轴走向一致。断层情况表 序号断层名称性质走向倾向倾角落差长度控制情况可靠程度()(m)(km)1DF25正NEENWW550201.2三维地震基本查明2DF26逆NEENNW550150.65三维地震基本查明3DF27正NENW6501001.5三维地震、巷道揭露基本查明4DF28正NESSE600200.44三维地震基本查明5DF30正NESE500150.75三维地震基本查明6土楼断层正NNESE70502005.5钻孔及三维震查明7F17正NESE600201.2三维地震8F27正NESE700301.2三维地震9TF1正NESE700250.8无推断陷落柱:目前我矿已揭露9个陷落柱，均分布在陈集向斜轴部附近, 多数陷落柱干燥无水，个别有潮湿淋。根据陷落柱发育规律，在向斜轴部有可能发育陷落柱，对此将在向斜轴部附近进一步探查验证，确保采区工作面的施工安全。2、现有工作面布置方式及存在问题现有工作面布置方式：现有工作面沿采区下山东、西两翼布置，工作面采用走向长壁+伪倾斜采煤法。深部西翼工作面顺槽倾角020，东翼工作面顺槽倾角040，且随着区段下行，大倾角巷道的距离逐渐加长。存在问题：按上述工作面布置方式，西翼工作面相对合理，主要是东翼工作面顺槽倾角过大，存在以下问题。（1）工作面掘进，迎头顶板管理困难，易发生超冒顶事故；使用溜煤道出货，存在安全威胁；人员上下山，易发生滑、摔事故，且耗费大量体力，有效工时利用率低。斜巷辅助运输管理困难。（2）工作面安装，方案难选择，若在切眼口布置组装硐室、车场，则巷道超高，帮、顶难管理，安全威胁大；若在刘桥向斜以西布置组装硐室、车场，则整架运输距离长，斜巷运输管理困难。（3）工作面回采，支架前倾角度大，管理困难；割煤机每割一刀，都需要浮煤、底煤，调整工作面运输机倾角，割煤效率低，人工劳动强度大；需控制工作面采高，资源回收率底；工作面两巷超前支护管理困难，回棚安全威胁大；煤炭运输易发生飞矸现象；（4）主、辅运输，工作面顺槽倾角大、距离长，采掘过程中煤炭运输需用溜子出煤，出煤能力小，易堵、难管理；辅助运输存在许多困难。若用调度绞车，则需根据巷道起伏布置相应数量的绞车，环节多，占用人员多，安全管理困难；而无极绳绞车的使用极限倾角为18。所以考虑对矿井辅助运输系统进行优化。三、采区内部优化针对以上问题，首先对采区内部工作面布置进行优化。综合考虑工作面的准备、回采、主、辅运输系统及工作面安装工作，对目前的工作面布置方式进行了优化，按刘桥向斜走向调整工作面布置方位，将工作面设计为一次转采。调整后，工作面顺槽倾角基本不超过25。四、主运输系统优化1、研究符合该区工作面条件的大倾角下运皮带参数：巷道倾角25，长度600m。工作面回采期间瞬时煤量500吨/h。该下运皮带的选择，请公司研究、配备。2、大倾角下运皮带的使用方案巷道掘进期间，出货量小，使用大倾角下运皮带，选用的800mm带宽的皮带。工作面回采前，调整皮带机架、更换1200mm带宽皮带。五、辅助运输系统调整方案1、方案综合以上考虑，为方便矿井二水平北翼深部各采面的掘进、安装、拆除等准备工作，对深部辅助运输系统进行以下设计：（1）矿井二水平北翼深部采区布置柴油动力单轨吊辅助运输系统。服务范围：-680m-1000m，包含46下采区、46下采区（-750-1000）、66下采区、66下采区（-850-1000）4个采区。考虑到采区延深开拓工程量大，而柴油动力单轨吊辅助运输系统的排矸能力不能满足开拓排矸需要，所以在采区延深开拓期间需保留轨道下山中的轨道，与单轨吊系统联合布置。单轨吊辅助运输系统通过轨道下山与工作面顺槽之间联巷敷设到工作面，从而实现工作面的无轨运输。具体布置方案由柴油动力单轨吊厂家与矿方配合完成，另行上报。计划于669工作面机巷掘进期间率先布置单轨吊运输系统，进行磨合实验。附：4、6层单轨吊线路布置平面图（2）集中装配硐室及车场计划于-810车场布置集中装配硐室及车场，并初步选定位置。该集中装配硐室及车场建成后，与-810车场形成环形闭合车场，有足够的存、调车空间。并且方便向上、下辐射至-680m-1000m范围内工作面。作用：对通过46、66采区轨道下山进入-810车场的散件车进行换装，由“有轨运输”转换为“无轨运输”。支架的安装、拆除、维修。运输线路：散件车通过66下采区轨道下山进入-810车场，于集中装配中心进行换装（组装），然后通过66下采区轨道下山、46下采区轨道下山进入各工作面。具体规格尺寸将根据所需用的机电设备要求进行设计，并与单轨道辅助运输系统设计一同上报。 集中装配硐室及车场位置图（3）工作面供电、供液区段集中供电：于处于同一区段的两工作面联巷，布置集中供电硐室。最远供电距离1500m。采区集中供液：于-810下部车场布置集中供液中心，服务-680m-1000m范围内工作面最远供液距离2500m。2、可行性分析下面将根据柴油动力单轨吊辅助运输系统设备性能、运输能力、巷道的断面要求三方面进行分析：（1）机车设备性能经过厂家推荐，根据矿井实际，初步选择BIZON 120-6柴油动力机车。BIZON 120-6柴油动力机车主要技术参数：运输巷道倾角： 30轨道曲率半径： 水平4m，垂直8m柴油发动机机功率： 93KW牵引力： 6驱动时120KN、5驱动时牵引力100KN运行速度： 6驱动满载时04.8km/h，5驱动满载时05.7km/h外形尺寸： 长13250mm宽800mm高1200mm机车速度与载荷、坡度简表机车爬坡坡度0速度m/s0.500.550.60.650.70.80.91.01.11.26机车净载荷(吨)，不包含机车自重20180.0163.7149.5137.5127.2110.4 97.487.078.567.530141.7128.7117.5107.999.886.576.1 67.961.152.440116.5105.896.488.581.770.762.2 55.349.742.55098.789.581.674.869.059.652.3 46.441.635.56085.577.570.564.659.551.344.9 39.835.630.37075.268.161.956.752.244.939.3 34.731.026.28067.160.755.150.446.439.834.7 30.727.323.09060.454.649.645.341.635.731.0 27.324.320.410054.949.645.041.137.732.228.0 24.621.818.211050.345.441.137.534.429.325.4 22.319.716.412046.341.737.834.431.526.823.2 20.317.914.913042.938.634.931.829.124.721.3 18.616.413.514039.935.932.429.526.922.819.6 17.115.012.315037.333.530.227.425.121.218.2 15.813.811.316034.931.428.325.623.419.716.9 14.612.810.417032.829.526.524.021.918.415.7 13.611.89.518031.027.825.022.620.617.314.7 12.611.08.819029.326.223.621.319.416.213.8 11.810.28.120027.824.822.320.118.315.312.9 11.09.57.521026.423.621.119.117.314.412.1 10.48.97.022025.122.420.118.116.413.611.49.78.36.523024.021.419.117.215.512.910.89.17.86.024022.920.418.216.414.812.210.28.67.35.625021.919.517.415.614.111.69.78.16.95.226021.018.616.614.913.411.09.27.76.44.927020.117.915.914.212.810.58.77.26.14.528019.317.215.213.612.210.08.26.85.74.229018.616.514.613.111.79.57.86.55.43.930017.915.914.112.511.29.17.56.15.13.7根据以上设备性能可以看出BIZON120-6机车对运输巷道倾角的要求为30，按矿井二水平北翼深部采区巷道设计来看，轨道下山倾角为-18、-20，工作面顺槽倾角不超过25，满足使用要求。单台BIZON120-6机车在巷道倾角为30时，静载荷17.9吨，不能满足运输整架18.5/38型液压支架，所以选取具有DUO功能的BIZON120-6机车3台，2用1备。菲特BIZON系列单轨吊机车具有DUO系统，即：通过一根电缆链接2台机车，实现两台机车的同步控制和同步反馈控制， 2台机车变为1台机车，通过使用DUO系统，机车的发动机功率为186KW，最大牵引力为320KN。牵引速度与静载荷增加一倍，能满足使用要求。（2）运输能力支架类型：目前矿井所使用的液压支架共有三种，分别为13/28、17/35、18.5/38，整架重量分别为14吨、15吨、21吨。运输能力计算：由“机车速度与载荷、坡度简表”可知BIZON120-6机车在030坡度条件下，机车速度与载荷、坡度的关系。这里将按最大巷道设计坡度25、与机车最大爬坡坡度30进行计算。在25的坡度条件下，单车最大载荷为21.9吨，运行速度为0.43m/s，在30坡度条件下，最大载荷为17.9吨，运输速度为0.43m/s。所以单台机车载荷能满足运输13/28型、17/35型液压支架，不能满足运输18.5/38型液压支架的载荷要求，需通过使用DUO系统进行两台机车组合运行。组合后，所具有运输能力为单台BIZON120-6的2倍。下面按单台机车运输13/28型、17/35型液压支架、两台机车运输18.5/38型液压支架进行列表计算： 支架类型项目18.5/38型液压支架17/35型液压支架13/28型液压支架支架重量21吨15吨14吨起吊梁重量2.5吨1.2吨1.2吨全部载荷23.5吨15.2吨16.2吨运输距离2000m机车台数2台1台1台巷道坡度253025302530运输速度0.8m/s0.7m/s0.6 m/s0.5 m/s0.65 m/s0.55 m/s运输时间41分48分55665160空车返程速度1.3 m/s1.3 m/s1.3 m/s空车返程时间26分钟26分钟26分钟往返运输时间67分钟74分钟81分钟92分钟77分钟86分钟以上选择BIZON120-6机车作为运输单元，并且在运输液压支架过程中采取DUO系统进行两台机车组合运行，进行工作面的安装与回撤工作，也就是用于大载荷并且同时考虑运输速度的整体效率，在工作面安装完毕后的回采过程中，运输液压支架的两台机车拆除电缆，又恢复成为2台机车的独立运输单元，在25、30的运输条件下，每台机车都具有21.9吨、17.9吨的运输能力。这样就解决了在回采过程中多班次运输的需要。（3）巷道的断面要求单轨吊系统所需要的运输高度与自身设备尺寸、运输物料尺寸、至底板安全间隙对应。单轨吊所需要的运输高度为：H=H1+H2+H3+H物+HsH1=0.5m，单轨吊轨道上平面到顶板的距离；H2=0.15m，单轨吊轨道高度；H3=0.65m，液压驱动高度；H物=运输物料高度;Hs=0.2m，液压支架底部到底板的安全运行间隙；工作面机巷掘进、回采期间采用集装箱运送物料，净断面规格：宽高=4.4m2.8m。净断面积13.52m2，较目前工作面机巷断面大20.4%。工作面风巷为进架线路，按照矿井辅助运输的实际情况，运输设备尺寸最大的为液压支架。目前矿井正常使用的13/28、17/35、18.5/38三种液压支架，收缩后的高度分别为1.3m、1.7m、1.85m。液压支架运输示意图所以：H13/28型液压支架=H1+H2+H3+H物+Hs=1.3m+0.5m+0.15m+0.65m+0.2m=2.8m。H17/35型液压支架=H1+H2+H3+H物+Hs=1.7m+0.5m+0.15m+0.65m+0.2m=3.2m。H18.5/38型液压支架=H1+H2+H3+H物+Hs=1.85m+0.5m+0.15m+0.75m+0.2m=3.45m。即工作面风巷断面高度：2.8m、3.2m、3.45m，宽度4.0m。断面积12.0m214.8m2，较目前工作面风巷断面大24.7%53.8%。后附4、6煤工作面顺槽断面图。并且根据以上计算，所需要的运输高度最大为3.45m。46下采区、66下采区为新掘采区，轨道下山、下部车场高度按轨面以上3.6m设计、施工，满足使用需要。46下采区（-750-1000）、66下采区（-850-1000）为新设计采区，尚未施工，可根据设备要求进行断面设计。4煤工作面：DF27断层西翼单独回采4煤，使用的是13/28型液压支架，所需要的运输高度为2.8m；DF27断层东翼3、4煤合采，使用的是18.5/38型液压支架，所需要的运输高度为3.45m。6煤工作面：6煤工作面回采，使用的是17/35型液压支架，所需要的运输高度为3.2m。根据矿井煤层赋存条件，3煤厚度1.1m、4煤厚度2.1m、6煤厚度3.1m，煤层倾角按25计算：DF27断层西翼4煤顺槽需底板需破矸0.7m。DF27断层东翼3、4煤夹矸0.4m，巷道沿3煤顶板、4煤底板施工，基本满足要求。6煤顺槽需底板需破矸平均厚度0.1m。六、安全技术比较1、单轨吊运输系统与原有绳式运输系统的安全性比较：绳式运输系统的使用环境差，易造成排绳乱；钢丝绳损坏严重，易造成断绳和空绳跑车，易造成矿车掉道和矿车挤人，并且斜巷运输不能人车共用。这些都给运输现场安全管理带来了很大的难度。并且不能实现人员的运输，人员劳动强度大。单轨吊系统运行安全可靠，不跑车、不掉道。机车具有工作、紧急安全制动系统，制动力是牵引力的1.5倍。机车自身设置多重保护，压力保护、温度控制保护、超速保护、液位报警保护、瓦斯超限发动机停机、机车停电保护。使用柴油动力单轨吊，可以实现同一条巷道人车共用，在单轨吊机车运输人员或货物的过程中，人员可以在巷道内同时进行巷修等工作，极大的提高了劳动效率。2、设备运输能力大，可实现运输的连续性柴油动力单轨吊机车的优越性表现在续航能力强，运载载荷大，安全性能高，在倾斜角在30之间的巷道中都能使用，减少煤矿辅助运输系统中的换装环节，缩减了工作人员的数量，达到降低成本的目的。同时可以大幅度的提高煤矿辅助运输系统的工作效率。单轨吊运输系统其悬吊轨道延伸容易，它可在多岔道长距离范围内连续运输，机车可以实现液压支架整架运输。从-810集中装配中心连续运输直至工作面切眼处，并且可以在工作面回采结束之后，将液压支架直接运输至其接替工作面。各工作面不需重复布置组装硐室、车场。3、人员运输柴油单轨吊机车可以运送人员，3台人车为一组人车，可载人员24人，并且可以根据实际生产情况，增减人车台数，调整运输人员数量，1台机车最大可以运输48人，大大减轻了工人行走上山的劳动强度。4、单轨吊系统与绳式绞车系统在人员投入方面比较：单轨吊BIZON120-6(三班制)绳式绞车(三班制)司机:3绞车操作人员:3装卸工:3打点人员:3把车工:3卸车工:66人15人5、设备投入及维护、运营费用设备投入按两个综采工作面、两个准备工作面、三个开拓掘进工作面计算。使用单轨吊机车配8吨起吊梁、集装箱运输物料，集装箱最大载荷7.5吨。综采工作面用料较少，按每天运送一次物料计算；两个准备工作面、三个开拓掘进面共7个掘进工作面，每个掘进工作面每天所用的钢带、钢网、锚杆、锚索、锚固剂等支护材料约1吨，外加临时特殊料，按每两天运送一次物料计算；所有头、面往返距离皆按平均4000m，则每天运输距离36000m。平均机车速度按3.0Km/小时。单台机车每天运行12小时，可满足需要。考虑矿井运料为中班集中运输、机车维修、工作面安装等条件，5台BIZONG120-6柴油动力单轨吊机车可满足使用需要。序号设备名称及规格数量（台/套）1BIZONG120-6柴油动力单轨吊机车5台2GTU36型起吊梁（用于液压支架解体、整架运输）3台3GTU24型起吊梁（用于液压支架整架运输）2台4人车SOK0002 85组40人座1套5超速保护器5组（根据国标MT/T883-2000，使用单轨吊人车，必须配置超速保护器）3台6GTU16型16吨载荷起吊梁（用于支架解体后部件运输）2台7GTU8型8吨载荷起吊梁（用于集装箱运输）6台8集装箱（用于松散货物的运输）6台9柴油动力单轨吊专用轨道8000m（初期2000m）3m/根10柴油动力单轨吊专用道岔8部前期订购一台柴油机车及配套设备，用于669机巷，进行磨合。设备维修费用：按设备估价的10%计算，约200万/年。设备运行费用：按油耗计算，BIZON120柴油动力单轨吊机车柴油油箱容积为70升，一油箱柴油重量为：59.5公斤；一油箱柴油可行驶：59.5公斤17.205公斤/h3.46小时。每台机车按每天运行12小时计算，3台机车两备一用，则每年油耗为150吨/年。每吨柴油按8000元计算，燃油费120万/年。6、结论根据以上分析，柴油动力单轨吊辅助运输系统安全性能高，可实现连续运输，运输效率高，节约人力资源，适宜在我矿推广使用。七、存在问题1、单轨吊系统对巷道规格尺寸要求较高，工作面顺槽掘进断面大，较目前使用的巷道断面大20.453.8%，并需要底板破矸，影响掘进进尺速度，掘进费用投入大。按目前我矿实际掘进进尺情况来看，对矿井生产接替也有较大压力。2、矿井二水平深部围岩应力显现明显，对巷道稳定性影响较大，需采用新的技术手段增加巷道支护强度，保证巷道稳定性。3、采区延深期间单轨