垭关煤矿机械化开采可行性研究报告.docx
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垭关煤矿机械化开采可行性研究报告
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105°06′49″～105°08′18″，北纬27°13′56″～27°16′00″。
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15—25°，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，20～30米的为F４一条，10～20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70—80°，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105～135°，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10～12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1.04～2.3lm，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1.06～3.22m，一般2.00m，以中厚煤层为主，含夹石0～3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1.11～4.38m，一般2.00m，以中厚煤层为主，含夹石0～3层，一般0～1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
Kl
1.04—2.31
1.80
4.2
结构简单，无夹矸
稳定
粉砂岩、泥岩
泥岩、细砂岩
1.43
19-21
K2
1.06—3.22
2.00
含夹矸0～3
稳定
泥岩、细砂岩
泥岩、铝土质泥岩
1.54
19-21
2.1
K3
1.11—4.38
2.00
含夹矸0～3
较稳定
泥岩、铝土质泥岩
铝土质泥岩
1.57
19-21
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
0.44-1.35
13.82-25.79
7.40-11.23
72.17
1.32-2.54
34.24-35.36
平均
0.8
20.20
8.85
1.83
34.80
K2
极值
0.61-2.08
16.99-37.98
8.47-12.61
66.44
1.22-4.14
33.23-34.79
平均
1.16
25.31
10.04
2.20
34.13
K3
极值
0.86-2.82
17.47-30.46
6.88-13.31
67.80
０.34-2.87
33.75-34.92
平均
1.35
24.36
8.92
0.99
34.42
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/T15224.1—2010、GB/T15224.2—2010、GB/T15224.3—2010），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，α=299.323°，β=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，α=299.323°，β=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，α=303.231°，β=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110kV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24m³/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1.5~2.0米变化，K2煤层在1.8~3.0米，K3煤层在1~4.5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1.2～1.5；
------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1.5～1.7。
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60～85％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150~300
；推溜力一般为100~150
。
（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=3.1m
Hmin=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100～200mm（具体大小也可计算）；
=F+G+J+V
式中：
F------铲煤板宽度，一般取150～240mm；
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=350～450mm；
------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250～350mm。
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
6
2101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
2
600、300
900
2
采煤机
MG200-W
台
1
150
150
3
液压支架
ZY3600/11/28
架
110
15
1650
4
刮板机
SGB630/150
台
1
150
150
5
转载刮板机
SZB730/40
台
1
30
30
6
变压器
KBSG-500/10/0.69
台
2
20
40
7
变压器
KBSGZY-500/10/1.2
台
1
25
25
8
绞车
JKB-2.0×1.5
台
1
80
80
9
胶带运输机
大倾角强力1米皮带
部
1
200
200
350米
10
猴车
RJHY22－12/450
台
1
35
35
11
主排水泵
D46-50×4
台
3
12
36
12
其他设备
500
轨道、管路、开关、电缆、液压泵等
合计
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
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