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采煤工艺设计

 

重庆大学网络教育学院毕业设计

 

希望煤矿东六采区

 

W1651采煤工作面采煤工艺设计

 

学生所在校外学习中心四川宜宾校外学习中心

批次层次专业091专科起点本科采矿工程

学号W09104756

学生王光成

指导教师张军

起止日期2011年3月1日~4月22日

 

目录

中文摘要………………………………………………………………………………………I

1概述1

1.1采煤工作面位置及开采范围1

1.2采煤工作面与相邻煤层及相邻采区的关系1

2地质概况1

2.1煤层赋存情况1

2.2围岩的性质及其对采煤的影响2

2.3地质构造及水文地质情况3

2.4瓦斯、煤尘和自然发火情况4

3可采储量及可采期4

3.1采煤工作面的可采储量计算:

4

3.2采煤工作面可采期计算4

4巷道布置与生产系统5

4.1巷道布置5

4.2生产系统5

5采煤工艺9

5.1采煤工艺的选择9

5.2采煤工艺9

6生产技术管理11

6.1循环方式11

6.2作业形式11

6.3工序安排11

6.4劳动组织12

6.5循环图表12

6.6工人出勤表12

6.7采煤工作面技术经济指标13

7采煤方法图的设计与绘制14

8安全技术措施14

8.1一般要求14

8.2顶板管理措施15

8.3一通三防管理16

8.4机电运输管理18

8.5其它安全技术措施19

8.6安全组织保障措施21

8.7灾害应急及避灾路线22

1概述

1.1采煤工作面位置及开采范围

1.1.1位置

本采煤工作面位于1水平西六采区,工作面的编号为W1651。

1.1.2开采范围

本采煤工作面的上边界为本矿南边的未布置工作面,下边界为+150m标高,开采起始位置为西六采区西边界,采止线位置为运输上山西30m。

该工作面斜长为154m,走向长为1200m。

1.2采煤工作面与相邻煤层及相邻已采采区的关系

1.2.1与相邻煤层的关系

本采煤工作面开采宣威组1号煤层,本采煤工作面上方为未布置工作面,下方为未开工作面W1631,对本工作面的回采无大的影响。

1.2.2与相邻已采区的关系

本采煤工作面南边为未开采的工作面,北边为未开的W1631工作面,西边为本矿的八采区,东边为本采区的中央上山和保护煤柱。

1.2.3采煤工作面与地面相对位置的关系

本采煤工作面开采范围与对应的地表范围内均为山地及树木,无建筑物、水体和铁路。

2地质概况

2.1煤层赋存情况

W1651采煤工作面开采煤层为1号煤层,其走向为东西向,倾向北,煤层倾角平均为15°~18°,平均16°,煤厚2.8m~3.2m,平均3.0m。

经过化验分析得出1号煤的容重为1.5t/m

硬度较软,普氏硬度为2~3。

属于中、高硫无烟煤,可作为良好的动力用煤。

主要煤质指标见表2-1-1。

 

表2-1-1煤层的主要煤质指标

煤层

代号

分析项目

M(%)

A(%)

V(%)

S(%)

C(%)

Q(MJ/Kg)

牌号

1号

27.6

A

1.44

31.3

2.2围岩的性质及其对采煤的影响

1号煤的直接顶为泥质粉砂岩,厚约6m,老顶为粉砂质。

厚度20~50m,较坚硬。

1号煤的直接底为砂质泥岩、泥岩,老底为细砂岩。

地质综合柱状图详见图2-1。

 

图2-1地质综合柱状图

2.3地质构造及水文地质情况

2.3.1地质构造

本井田是一个北东、西、南边界断层包围的相对独立的、完整封闭的地质构造单元,为一向北倾斜的单斜构造,煤岩层倾角一般在14~19°左右,井田内以正断层4条。

主要断层特征见表2-3-1。

表2-3-1断层特征一览表

序号

断层号

性质

产状

长度(m)

落差(m)

可靠程度

走向

倾向

倾角(°)

1

F1

N40E

SE

70

>4500

>1000

可靠

2

F2

EW-NW

S-SW

65

>5400

65~110

可靠

3

F3

NE

N

85

2080

60

较可靠

4

F4

N60°E

SE

55

2000

17~60

可靠

2.3.2火成岩侵入情况

本区域内无岩浆岩活动。

2.3.3水文地质情况

本井田第三层隔水层以粘土和砂质粘土为主,厚度19~93米,平均为52米,其中粘性土平均为46米,从东向西变厚。

经Z25孔抽水,第二层与第三层间无水力联系,为第四纪下部良好的隔水层。

在1煤露头处与本层厚度在40~60米以上。

1煤上部有平均厚19米的砂岩,钻进中有两孔漏水,据抽水资料含水性微弱,1煤下部单位涌水量和渗透系数近似于零,基本无水。

1号煤四周均未开采,无采空积水的影响。

2.4瓦斯、煤尘和自然发火情况

根据勘探资料,W1651采煤工作面绝对瓦斯涌出量为4.5m

/min,相对瓦斯涌出量为1.95m

/t,根据2010版《煤矿安全规程》,该矿属于低瓦斯矿井。

煤尘爆炸指数为43.01%,属于有煤尘爆炸危险性煤层。

1号煤属于易于自燃的煤层,发火期为3~6个月。

该采煤工作面无冲击地压危险。

根据勘探资料数据可知:

由于矿井开采深度大,温度较高。

75-13孔的井温测定成果见表如下:

表2-4-1井温测定表

孔深(m)

600

700

800

900

1000

温度(°C)

25.4

26.7

28

30

33

3可采储量及可采期

3.1W1651工作面的可采储量计算:

Z=LSmγK

式中:

L——采煤工作面倾斜长度,本工作面斜长154m;

S——采煤工作面走向长度,本工作面走向长度为1200m;

m——采高,本工作面为3.0m;

γ——煤的容重,t/m

,1号煤为1.5t/m

K——工作面采出率,取95%。

则Z=154×1200×3.0×1.5×95%=790020(t)=79.002(万t)

3.2采煤工作面可采期计算

式中:

T——采煤工作面可采期,a;

Z——采煤工作面可采储量,万t;

A——工作面生产能力,万t/a;

T=79.002/120=0.66(a)

 

4巷道布置与生产系统

4.1巷道布置

本采区位于矿区西北侧,采用自上而下、两翼同时布置的开采顺序,W1651工作面位于该采区上区段西翼。

在+100m岩石大巷顶板作采区下部车场,顺煤层自下向上作采区轨道上山和回风上山,两上山相距20m。

本采区划分为三个区段,分别在+175m、+250m、+325m和+400m标高处作区段运输巷、采区回风巷和中部车场、上部车场,在每个区段运输巷作开切眼与回风巷贯通形成工作面。

区段运输巷为梯形断面,锚杆支护,断面规格为3.0×3.0m,作为本区段运输、行人、通风用;开切眼断面为矩形,单体液压支柱支护,断面规格为1.5m(高)×4.0m(宽),开采前用支架替换。

巷道布置、采煤面平、剖面详见附图

4.2生产系统

4.2.1运输系统

本工作面采用刮板运输机运输,运输上山、主要运输大巷均采用皮带运输机运输。

原煤运输线路为:

W1651采煤工作面--->区段运输巷--->运输上山--->+100m岩石大巷--->井底车场--->地面

表4-2-1运输设备配备表

设备名称

规格型号

使用地点

数量(台)

备注

刮板运输机

SGZ-730/264

采煤工作面

1

600t/h,功率264Kw,长200m

转载机

SZB-730/40

运输巷

1

皮带运输机

DSP-1063/1000

运输巷

2

长1000m,125Kw,带速2m/s

 

材料运输线路:

地面--->井底车场--->+100m岩石大巷--->辅助上山上山--->区段运输巷--->W1651采煤工作面。

详见附图

 

4.2.2排水系统

W1651工作面的水排至区段运输巷,经采区辅助上山、采区下部水仓沉淀,经+100m岩石大巷自流至井底车场主水仓,经副井排出地面。

详见附图

4.2.3供电系统

来自井下中央变电所电源送入采区下部车场的采区变电所,经变压后分别向采煤工作面、运输上山中的皮带运输机、泵房、照明等供电,掘进工作面采用“三专”;东西两翼工作面分开供电,供电线路经辅助上山至区段运输巷。

每个工作面的割煤机组采用专线单独供电,其他辅助设备另设一条供电线路。

详见附图

表4-2-2采煤工作面用电设备负荷统计表

设备名称

规格型号

使用地点

数量(台)

额定容量/Kw

备注

割煤机

MG2×200—W

采煤工作面

1

400

刮板运输机

SGZ-730/264

采煤工作面

1

320

转载机

SZB-730/40

运输巷

1

40

皮带运输机

DSP-1063/1000

运输巷

2

125

250Kw

乳化液压泵

RB63/35-50

运输巷

2

45

90Kw

回柱绞车

YAJ-22

回风巷

1

22

喷雾泵

PZ320/6.3

运输巷、转煤点

2

45

90Kw

4.2.4通风防尘系统

一、确定工作面风量

(一)、风量计算

1、按瓦斯涌出量计算

Q=100×q×k

=100×(3.73÷60)×1.5

=9.3m

/min

式中:

Q——为采煤工作面所需风量,m3/min;

q——工作面绝对瓦斯涌出量,m3/min;

K——工作面通风不确定系数,取1.5。

2、按工作面温度计算

Q=60×V×S×K

=60×1.3×5.25×1.0

=409.5m3/min

式中:

Q——为采煤工作面所需风量,m3/min;

V——工作面适宜风速,m/s;

S——工作面平均断面积,5.25m2;

K——工作面通风不确定系数,取1.0。

(二)、风速验算

1、按最低风速验算

Q>60×0.25×S=60×0.25×5.25=78.75m3/min

式中:

S——工作面平均断面积,5.25m2

2、按最高风速算验

Q<60×4×S=60×4×5.25=1260m3/min

通过验算可以看出:

78.75

(三)、根据上述原则确定工作面实际需风量为409m3/min(取整)。

二、通风防尘系统

(一)、通风系统

1、通风线路

本工作面采用U型通风方式,风流经过的具体路线为:

井底车场--->+100mm岩石大巷--->采区下部车场--->辅助上山--->区段运输巷--->W1651采煤工作面--->回风巷--->回风上山—>回风石门--->东风井回风大巷--->东风井--->地面

2、通风、瓦斯监测

在工作面回风巷内安设正反风门各两道

监测线路:

地面中心分站--->分站(安装在采区下部车场的新鲜风流中)--->各点探头

表4-2-3监控探头布置统计表

 

探头

编号

安装地点

报警浓度

断电浓度

复电浓度

备注

T1

运输巷距工作面下窗口<5m处

≥0.5%

≥0.5%

<0.5%

瓦斯探头

T2

工作面上隅角处

≥1.0%

≥1.0%

<1.0%

瓦斯探头

T3

工作面上隅至回风巷10~15m处

≥1.0%

≥1.0%

<1.0%

瓦斯探头

T4

回风巷内距出风口30m处

≥1.0%

≥1.0%

<1.0%

瓦斯探头

T5

工作面上隅角处

≥24ppm

≥24ppm

<24ppm

一氧化碳

T6

工作面回风巷风门内

≥24ppm

≥24ppm

<24ppm

一氧化碳

T7

工作面出风口至回风巷30m处

最高4m/s,最低0.25m/s

风速

(二)、消防洒水系统

采区在运输上山、区段运输巷布置消防洒水管路,每隔100m设消防栓,在原煤转载点、工作面回风巷、回风石门、采区回风巷中分别安设喷雾洒水装置,每道水幕的喷头不少于5个头,且雾化良好,覆盖全断面。

区段运输巷、工作面回风巷水幕均随工作面的推进而向外移动。

割煤机内外喷水采用喷雾泵加压喷雾,要求喷雾嘴完好不堵塞,内喷雾压力不小于2MPa,外喷雾压力不小于1.5MPa;雾化程度高,特别是外喷雾要能够封闭截割产尘部位。

进入工作面工作的所有人员必须佩戴防尘口罩。

详见附图

4.2.5管路系统

该工作面煤层为易自燃发火煤层,采空区进行灌浆充填。

灌浆和消防管路:

地面--->副井--->井底车场--->+100mm岩石大巷--->采区运输上山--->工作面运输巷、回风巷。

液压管路:

工作面移动泵站(安设在区段运输中)--->联络巷--->运输顺槽--->W1651工作面--->W1651采煤工作面风巷。

压风管路:

地面集中压风站--->副井--->井底车场--->+100m岩石大巷--->采区辅助上山--->工作面运输巷、回风巷。

详见附图

4.2.6照明及通讯系统

一、照明系统

各石门及运输巷转载点分别安设防爆照明。

二、通讯系统

1、通讯路线

在地面调度室安设HS262T-20数字程控生产调度交换机1台,容量20门,主要供井下各工作地点通讯使用。

地面调度室--->井底车场--->+100m岩石大巷--->采区下部车场--->采区辅助上山--->运输巷液压泵站处。

5采煤工艺

5.1采煤工艺的选择

随着社会的发展和进步,各行各业都在采用新技术、新工艺,而在煤炭行业中,综合机械化采煤能够提高劳动生产率和产量;本采区开采的7煤煤层厚度为3.1m,属中厚煤层,倾角为平均22°,为缓倾斜煤层,直接顶板为砂质泥岩,较坚硬,适宜割煤机割煤、自移式液压支架进行支护,进行一体化作业;从安全角度看,用自移式液压支架支护顶板更能够有效地保证采煤工作面人员和设备的安全。

根据希望煤矿东六采区的地质构造、煤层赋存条件等因素,W1651采煤工作面的采煤工艺选用综合机械化采煤。

5.2采煤工艺

5.2.1破煤

采区中各采煤工作面采用双滚筒采煤机破煤,根据采煤机最小设计生产率决定采煤机的牵引速度:

V=Q/(K•60•H•γ•B)=400/(0.7×60×3.1×1.36×0.6)

=3.8米/分

式中:

V——表示采煤机牵引速度,米/分;

H,B,γ——表示工作面的采高、截深和煤的密度;

Q——采煤工作面最小设计生产率,t/h;

K——修正系数,此处取0.7。

采煤机的牵引速度取5.5m/min。

其采煤机的型号为:

MG2×200—W,设计功率为400Kw,滚筒直径为1.8m,牵引力为360KN,牵引速度为5.5m/min,截深为0.60m,进刀方式采用斜切式进刀,截割方式为上下行均割煤,一次采全高,往返一次共进两刀,循环进尺为1.20m。

5.2.2装煤

工作面采用SGZ-730/264X型刮板运输机装煤,输送能力为600t/h,电动机功率为132×2Kw,设计长度为200m,滚筒割落的煤主要靠滚筒上螺旋叶片的旋转将煤推入溜槽,另在滚筒后增设有挡煤板,其余少量浮煤由人工清理。

5.2.3运煤

W1651采煤工作面采用SGZ-730/264型刮板运输机运煤,输送能力为600t/h,功率为132×2Kw,设计长度为200m;确定采煤工作面输送机的运输能力:

Q运=K1•K2•Q采

=0.7×1.1×600=462吨/小时

式中:

Q运:

采煤工作面的运输能力,吨/小时;

K1:

运输方向及倾角系数,此处为0.7;

K2:

采煤机与输送机同向运转时的修正系数,K2=V运/(V运-V机)=1.1;

Q采:

采煤机的设计小时生产能力(60•采高•容重•设计速度),吨/小时;

V运:

输送机的链速,米/分;

V机:

采煤机的平均牵引速度,米/分;

运输巷的输送机能力应大于采煤工作面的输送机能力,

B=

=

[600/(458×1×2×0.85)]

B=770mm<800mm

满足要求。

式中:

Q运:

采煤工作面的运输能力;t/h;

K:

断面系数,K=458;

C:

倾角系数K=1;

V:

皮带机的平均牵引速度,V=2m/s;

a:

煤层松散容重,吨/米

γ=0.85;

用SZB-730/40,40KW型转载机转入采面运输巷可伸缩皮带运输机DSP-1063/1000,125KW,2台,输送量630t/h、带速2m/s。

5.2.4工作面支护

采煤工作面的伪顶为0~0.12m的铝土质泥岩,直接顶和基本顶为20m的泥岩及砂质泥岩根据分类,该顶板应为Ⅰ类1级,可选择掩护式液压支架。

液压支架的选型如下:

P=(6~8)mγScosα=(6~8)×3.1×2.3×cos22

=39.7~52.9吨/米2

=0.39~0.53Mpa

式中:

P:

支架承受的荷载;

m:

采高,米。

本工作面为3.1米;

γ:

顶板岩石容重,吨/米3。

本面取2.5;

α:

煤层倾角,度。

本面为22度。

工作面支护方式采用ZY3200/20/35型掩护式液压支架支护顶板。

支架高度为2m~3.5m,工作阻力为3200KN,初撑力为1950KN,支护强度为0.671Mpa,拉架力为123/369KN,移架步距为0.6m,为单伸缩式。

机头机巷支架梁头与采面1#架的间距和回风巷与133#液压支架间距大于0.5m时,必须用4.4mπ梁配合DZ25-25/100型单体液压支柱“一梁四柱”成对交替迈步前移支护控顶。

5.2.5采空区处理

工作面采空区顶板管理采用全部垮落法。

6生产技术管理

6.1循环方式

工作面每昼夜八个循环,单循环进度为0.6m,日推进度4.8m,正规循环率为85%。

6.2作业形式

工作面作业形式为“三·八”制工作制度,“两采一准”组织生产,早、夜班割煤,中班检修。

6.3工序安排

综采工作面主要工序为采煤机割煤、设备检修、安全检查,次要工序为移架、推移输送机、清浮煤、撤尾巷。

在工序安排上,必须保证主要工序得以顺利进行,同时有机安排次要工序,使采煤工作面安全、有序、高效的进行。

在生产过程中,移架、推移输送机、清浮煤与采煤机割煤平行作业,撤尾巷与设备检修平行作业。

6.4劳动组织

详见表6-4-1

表6-4-1工作面劳动组织配备表

班组

工种

实际需工(人)

主要工作内容

割煤司机

2

2

割煤、换截齿、处理采煤机一般故障、加油打扫清洁

移架工

3

3

移支架、推移输送机、一般故障处理

端头工

6

6

两端头支护、推移机头机尾、文明生产

运转工

5

5

开停运输设备、文明生产

泵站司机

1

1

1

负责当班泵的正常运转、处理当班机械故障

浮煤工

2

2

清收浮煤浮矸、协助推移输送机

小班电工

1

1

处理当班电气故障

小班钳工

1

1

处理当班机械故障、兼溜子司机

班长

2

2

负责当班安全生产、工程质量、文明生产

小计

1

23

23

钳工班

26

维修采煤机、泵站、液压支架、运转设备、阻车器、内齿轮防尘设施等

电工

10

维修所有电气设备

巷修工安全出口维护工

12

进回风巷安全出口的维护参料加固、文明生产、回撤两巷工字钢和金支梁头、材料出进等

小计

48

合计

95

6.5循环图表

见附图

6.6工人出勤表

详见表表6-6-1

表6-6-1工人出勤表

工种类别

实际需工(人)

在籍系数

在籍人数(人)

割煤司机

2

2

1.4

6

移架工

3

3

1.4

8

端头工

6

6

1.4

17

运转工

5

5

1.4

14

泵站司机

1

1

1

1.4

4

浮煤工

2

2

1.4

5

小班电工

1

1

1.4

3

小班钳工

1

1

1.4

3

班长

2

2

1.4

5

小计

1

23

23

1.4

65

钳工班

26

1.3

34

电工

10

1.3

13

巷修工、安全出口维护工

12

1.4

17

小计

48

23

23

129

6.7采煤工作面技术经济指标

详见表6-7-1

表6-7-1采煤工作面技术经济指标表

 

序号

指标名称

单位

数量

备注

1

采面长

m

200

2

煤层平均厚度

m

3.1

3

循环进度

m

0.6

4

日循环个数

个/日

8

5

循环产量

t

480

6

每米产量

t

20.2

7

日产量

t

4047

8

月生产天数

25.5

正规循环率为85%

9

月产量

t

1003198

10

工效

t/工

41

11

坑木消耗

m3/万t

4.5

12

油脂消耗

Kg/万t

180

油脂耗不包括乳化油

13

截齿耗

颗/万t

10

14

回采率

%

95

7采煤方法图的设计与绘制

见附图

8安全技术措施

8.1一般要求

1、由队长组织,技术员贯彻、讲解本作业规程,全体员工(含管理人员)必须认真学习,并经考试合格后方能上岗,未经学习考试或考试不合格者,严禁上岗。

2、严格规程措施的贯彻实施,加强队干现场值班,严格执行班前会制度、交接班制度、一班三汇报制度、质量安全动态检查及班评估制度、材料跟踪管理制度和机电设备维修保养制度。

3、严格执行安全学习制度、敲帮问顶制度、巷道维护修复制度、瓦斯煤尘管理制度和机电设备安全运行制度。

8.2顶板管理措施

8.2.1控顶距的规定

根据液压支架及采煤机截深计算W1651面液压支架的最小控顶距为3.2m,最大控顶距为3.8m。

8.2.2循环进度

根据支架推溜行程及机组滚筒截深,确定循环进度为0.6m,放顶步距为0.6m。

8.2.3推移支架及溜子的规定

1、移架工必须经过培训掌握支架操作知识,严格执行移架程序。

2、移架前,要将支架内和支架间的浮煤、浮矸及杂物清理干净,并检查电缆和液压管有无卡、挤、压等现象,如果发现有损坏现场,及时处理,处理好后方可进行移架。

3、支架采用本架移架操作。

4、追机移架时,移架点距割煤机滚筒保持3~5m的安全距。

如果顶板破碎,每割3m停机割煤,带压后方可继续割煤,防止顶板冒落。

5、若煤壁出现跨空时,采用人工支护,支护人员站在安全地点用木料接顶严实,采用单体液压支柱配合长钢梁“一梁两柱”支护控顶,并

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