煤矿井田毕业设计说明书.doc

河北工程学院毕业设计（论文） 1 第一章第一章 矿区概述及井田特征矿区概述及井田特征 第第一一节节 矿矿区区概概述述 一、地理位置一、地理位置 山西方山汇丰新星煤业有限公司位于方山县县城西南 24km 处的峪口镇郝家焉村。 行政隶属峪口镇管辖。地理坐标： 东经11106531110918 北纬 374454374725 井田距209国道9公里，方山县至临县的乡村公路从矿区通过，交通运输条件较为便利。 详见交通位置图1-1-1。 二、地形地貌二、地形地貌 井田地处晋西黄土高原吕梁山西侧，地形主要以黄土台、峁、梁及黄土冲沟为主，侵 蚀切割严重，地形复杂。地势总体东高西低。最高点位于井田东部，海拔1258.1m，最低点位 于井田西部 ,海拔1028.0m，相对高差230.1m，属低中山丘陵区。 三、地表水系三、地表水系 本区属湫水河水系，井田范围内无河流，主要沟谷为中部的车赶沟和南部的沐浴沟， 只有季节性水流，是雨季的洪水排泄集中地段。 四、气象四、气象 本井田地处晋西黄土高原，为大陆性季风气候，暖温带半干旱地区，气温变化昼夜悬 殊，四季分明，降水量有限，多呈干旱状态，冬春季多西北风，少雨雪，夏秋季雨量集中， 有时出现暴雨洪水灾害。 据方山县气象站资料，各气象要素特征如下： 1、气温：年平均12.5，一月份最低，平均为 -7.6，极端值达 -20.1，7月份最高， 平均为22.6，极端值达38.5，平均温差30.2。一般气温降至 0的时间是 10 月中 旬，回升到 0以上的时间是翌年 4 月中旬。 2、降水量和蒸发量：历年平均降水量为 545mm，最大降水量在 7 月份，为 1299mm，最小在 12 月份，为 3.6mm。雨量集中在 7、8、9 三个月，占全年的 63%。蒸 发量年平均值为 1900mm，最大在 6 月份，平均为 362.3mm。 3、风向及风速：风向多为西北，风速年平均 2.5m/s，最大在 3-5 月份，风速可达 3.1m/s。 4、霜期、雪期和冻土期：初霜期在 10 月上旬，终霜期在次年 3 月份，一次最大 积霜厚度为 14-30cm。最早冻土期在 11 月，最晚解冻日为翌年 4 月，最大冻土深度 91cm。 河北工程学院毕业设计（论文） 2 五、电源条件五、电源条件 本矿井位于吕梁市方山县境内，其供电电源采用双回 35kv 架空线：一回引自乔沟 110kv 变电站，供电电压 35kv，供电距离为 9km，导线型号为 lgj-120mm2；另一回引 自大武园区 110kv 变电站，供电电压 35kv，供电距离为 18km。供电导线为 lgj- 120mm2。两回电源分列式运行方式，一回工作，另一回带电备用，以保证矿井供电的 连续性。 六、水源条件六、水源条件 1、松散岩类孔隙水 发育于井田内沟谷中，水位埋藏较浅，易于开采，但由于富水性不均一，仅可供 村庄小型生活用水。 2、奥陶系中统上马家沟组石灰岩岩溶水 井田以东奥陶系上马家沟组石灰岩岩溶水，水质好，水量丰富，埋藏浅，易开采。 开发利用矿区奥灰水是未来矿区供水的一个重要方向。 七、其他建设条件七、其他建设条件 矿井对外通讯依托方山县电信局网，以程控电话与全国各地联系，矿井建设所需要 的材料，如砖瓦、砂、石、灰等土产材料由当地采购 。 八、地震八、地震 据国家质量技术监督局 2001-02-02 批准，中国地震动参数区划图 gb18306-2001， 本区地震动加速度为 0.05g，对应地震基本烈度为，据历年记载，未发生过大的地震。 九、区域经济九、区域经济 方山县以农业为主，工业为辅，主要工业为煤炭、建材等，区内耕地面积较少， 并多为山坡地。农作物以玉米、豆类、谷子为主，粮食基本上自给自足。 河北工程学院毕业设计（论文） 3 河北工程学院毕业设计（论文） 4 十、周边矿井十、周边矿井 山西方山汇丰新星煤业有限公司煤矿，北与山西方山金晖瑞隆煤业有限公司煤矿 相邻，西与山西临县晟聚煤业有限公司煤矿相望， 南与临县黄家沟创伟焦煤有限公司 煤矿相望(见四邻关系图)。其余方位为空白资源区，现将各矿叙述如下： 1、山西方山金晖瑞隆煤业有限公司煤矿，批采 5-10#煤层，现采 5 号煤层，采用 一斜两竖开拓方式。井下采用综采综掘开采，回采工作面为壁式放顶开采方式。设计 生产能力为 120 万吨/年。该矿采(古)空破坏区位于井田东北部,据调查无越层越界行 为。据 2005 年度瓦斯等级鉴定表，5 号煤层瓦斯绝对涌出量为 0.166m3/min，相对涌 出量为 1.54m3/t，为低瓦斯矿井，8 号煤层瓦斯绝对涌出量为 0.37m3/min，相对涌出 量为 2.13m3/t，为低瓦斯矿井。 据山西省煤炭工业局综合测试中心检验报告，5 号煤层煤尘火焰长度 50mm，岩粉 量 75%，煤尘具有爆炸性，吸氧量 0.3455ml/g，自燃等级级，煤层属于不易自燃煤 层。 据本次调查，该井田涌水量为 250m3/d。 2、山西临县晟聚煤业有限公司煤矿，批采 5-10#煤层，现采 5 号煤层，采用一斜 两竖开拓方式。井下采用综采综掘开采，回采工作面为壁式放顶开采方式。设计生产 能力为 120 万吨/年。为改扩建矿井。该矿采(古)空破坏区位于井田中部,据调查无越层 越界行为。 据 2005 年度瓦斯等级鉴定表，5 号煤层瓦斯绝对涌出量为 0.126m3/min，相对涌 出量为 1.45m3/t，为低瓦斯矿井。 据山西省煤炭工业局综合测试中心检验报告，5 号煤层煤尘火焰长度 45mm，岩粉 量 75%，煤尘具有爆炸性，吸氧量 0.3266ml/g，自燃等级级，煤层属于不易自燃煤 层。 据本次调查，井田涌水量为 200m3/d。 3、山西临县黄家沟创伟焦煤有限公司煤矿批采 5、8+9、10 号煤层，现采 5 号煤 层，采用二斜一立三个井筒的开拓方式，井下采用综采综掘开采，回采工作面为壁式 放顶煤开采，设计生产能力 120 万 t/a，为改扩建矿井。该矿采（古）空区破坏区位于 井田中南部，据调查无越层越界开采行为。据 2007 年瓦斯等级鉴定结果，5 号煤层瓦 斯绝对涌出量 0.59m3/min，相对涌出量 1.06m3/min，二氧化碳绝对涌出量 0.7m3/min， 相对涌出量 1.26m3/min，为低瓦斯矿井。 根据山西省煤炭工业局综合测试中心检验报告，5 号煤层煤尘火焰长度 120mm， 岩粉用量 70%，煤尘有爆炸性，吸氧量 0.6665cm3/g，自燃倾向性等级为级，属自燃 煤层。 据本次调查，该井田涌水量为 130m3/h。 河北工程学院毕业设计（论文） 5 河北工程学院毕业设计（论文） 6 第第二二节节 井井田田地地质质特特征征 一、地质勘探程度一、地质勘探程度 山西省第三地质工程勘察院在收集利用以往地质资料和矿井生产地质资料及补充 勘探的基础上编制了本报告。详细查明了井田构造，正确评价了构造复杂程度。详细 查明了 5、8、10 号煤层的层位、厚度、结构及可采范围，正确评价了主要可采煤层的 可采性和稳定程度。查明了 5、8、10 号煤层的煤质特征和工艺性能，确定了煤类，评 价了煤的工业利用方向。详细查明了井田水文地质条件，分析了矿井充水因素，详细 查明了采空区积水情况，并估算了积水量，预算了矿井涌水量。据该矿近年实测资料， 确定了矿井瓦斯等级，评价了 5、8、10 号煤层的煤尘爆炸性和煤的自燃倾向性。评述 了 5、8、10 号煤层的顶底板岩石工程地质特征。估算了 5、8、10 号煤层资源/估量， 估算方法得当，估算参数选取符合规范，资源/储量分类正确，估算结果可靠。井田 5 号煤层达到了勘探程度。 二、地质构造二、地质构造 (一)区域地质简况 1、区域地质 区域地质构造的发展史与整个华北古陆颇为一致。前震旦纪地层为巨厚的混合岩 化强烈的关帝山花岗岩及其它古老变质岩系，分布在关帝山周围，为隆起褶皱。震旦 纪被一些厚度不大的陆相碎屑岩沉积到寒武纪后由于地壳运动下降而沉入海底，一直 到中奥陶纪，沉积了很厚的深海相石灰岩。后又上升为陆地，遭受长期剥蚀形成沉积 间隔，到中石炭纪又缓慢下降形成浅海相沉积。不久又开始上升，在二叠纪、三叠纪 形成很厚的陆相沉积。中生代末期，受燕山运动的影响，大量花岗岩侵入，关帝山急 骤隆起，形成吕梁背斜，铸成了今日地貌的雏形。 境内地层齐全，太古界、元古界、古生界、中生界、新生界地层都有出露。 2、太古界 （1）中太古界河口群是区内最古老的地层。以白云母片岩、白云母变粒岩为主， 夹大理岩，有些地段可见白色含白云母花岗伟晶岩及石英脉。 （2）上太古界吕梁群自下而上（即从老到新）可分为赤坚岭、杜家沟组。赤坚岭 组上部以黑云变粒岩为主，夹黑云斜长片麻岩。杜家沟组是一套较厚的变质酸性火山 岩，夹几层厚度不大的变基性火山岩。上太古界混合杂岩带及中粒、粗粒黑云母花岗 岩。 3、元古界 下元古界野鸡山群（分两组） ，青杨家湾组及白龙山组，从下至上为变质砾岩，含 砾石英岩和石英岩，淡红色条带状角闪岩、变粒岩、黑灰色条纹状、带状钙质黑云千 河北工程学院毕业设计（论文） 7 枚岩夹钙质石英岩。 4、古生界 （1）下古生界寒武系，可见中统和上统：主要是由砂砾岩、石英岩状砂岩、砂岩、 页岩、灰岩、砂质白云岩等组成的浅海相碎屑岩碳酸盐沉积层。 （2）下古生界奥陶系，分下统和中统。为黄绿色砾岩与竹叶状白云岩，上层中上 部以石灰岩为主。 （3）上古生界石炭系，可见中统和上统：中统，本溪组：主要是铁铝岩、铝土岩、 页岩、灰岩，在吴城局、张家塔、石站头等地出露。上统，太原组：主要岩性为灰 白灰黑色泥岩、砂质页岩、砾岩、灰岩以及煤层。与下伏奥陶系地层呈平行不整合 接触，主要分布在张家塔一带。 （4）上古生界二迭系，分下统和上统：下统分山西组、下石盒子组；上统分上石 盒子组。地层间接触关系为整合接触，主要由砂岩、砂质页岩、页岩、泥岩以及煤层 组成的陆相沉积地层，分布于张家塔附近。 5、新生界 （1）新生界上第三系，新生界上第三系上新统保德组，与下伏地层呈角度不整合 接触，底部为红色砾岩，上部以半胶结砾岩、松散砾石层、紫红色棕红色粘土和砂质 粘土为主。主要分布在举人头村。 （2）新生界第四系，可见中更新统、上更新统、全新统。与下伏地层呈角度不整 合接触，主要是离石黄土、马兰黄土以及冲洪积物。出露在北川河两岸及其它沟谷中。 本井田所处大地构造位置为吕梁太行断块、吕梁山块断、吕梁山块隆、离石菱 形复向斜的北端，区域构造以褶皱为主。主要受离石-中阳向斜构造控制。 （二）区域含煤特征 区域上含煤地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。 太原组（c3t）：由深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩、中粗粒砂岩、灰岩及煤层组 成，为一套海陆交互相含煤沉积。该组旋回结构清楚，厚度很稳定，一般含 6、7、8、9、10 号煤层，其中 8 号煤层稳定可采，10 号煤层较稳定可采，其余为局 部可采或不可采煤层。 太原组第一段为主要含煤段，由晋祠砂岩 k1至 l1灰岩底部，岩性主要由灰、灰黑 色泥岩、页岩、粉砂岩及煤层组成，本段含可采煤层为 8、10 号煤层，其中 8 号煤层 稳定可采，10 号煤层较稳定可采。底部 k1砂岩为本溪组和太原组的分界线。 山西组（p1s）：山西组是以陆相沉积为主的海陆交互相含煤沉积，地层岩性由深 灰灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、灰色砂岩及煤层组成，本组含有 1、2、3、4、5 号煤层，其中 5 号煤层为稳定可采煤层，其余煤层为不可采煤层。 河北工程学院毕业设计（论文） 8 (详见表 1-2-1 区域地层一览表)。 表表 1-2-11-2-1 区域地层一览表区域地层一览表 界系 统 （群）组代号 厚度 （m） 岩性描述 全新 统 ss1.87 s2s11.69=1.88 符合要求 式中：钢丝绳与驱动轮衬垫摩擦系数.取 0.20 钢丝绳在驱动轮上的围包角，180。 e、电动机功率的计算 动力运行时：nk（ss）v1000=42.8kw 式中：k电动机功率备用系数.一般取 k1.6 传动功率. 0.8 制动运行时：nk（s2s1）v100034.8kw 选取电动机为：yb280m-6 55kw ne980r/min u=380v f、牵引钢丝绳安全系数计算: m= smax / s=7.43 河北工程学院毕业设计（论文） 64 式中：s钢丝绳破断拉力总和. smax最大张力点张力 满足煤矿安全规程n6 的要求。 g、驱动轮直径和钢丝绳直径之比值：1400/22=63.660，满足要求。 经计算，当吊座间距为 16 米，运输距离为 800 米（斜长） ，绳速为 1.12 m/s，最 大班下井人数为 71 人时，全部人员下井后时间为约 19.6min，满足矿井设计规范最大 班工人下井时间不超过 60 分钟的要求。 选型结果如下： 乘人器型号：rjy55-20/800， d=1400mm 钢丝绳型号和绳速：619sfc221570 右同向， v=1.12m/s 电动机：yb280m6，n=55kw 减速器：tb3sv12-63 i63 制动器 ywzb400/125 h、配电及控制： 为了保证架空乘人装置供电电源的可靠性，两回 660v 电源分别引自引自副井工 业场地 10kv 变电所 660v 系统 660v 不同母线段。选用矿用运输机综保监控装置 kybj- z，具有所必须的各种电气保护及联锁装置。 （2）副斜井提升设备 该矿副斜井无提升设备。本次设计选用 1 部 jk-2.52/31.5 型单滚筒提升机车， 配用电机功率为 355kw，该井采用单钩串车提升方式，完成全矿提矸、下料等全部辅 助提升任务。 a、设计依据 (a)矿井年产量：900kt/a； (b)井筒斜长：769m，倾角 20； (c)提升方式：单钩串车； 河北工程学院毕业设计（论文） 65 (d)最大班提升任务:矸石 50t；支护材料共 10 次/班；设备 4 次；保健饭 1 次； 其它 5 次，最重件为液压支架，最重件 18t。 (e)矸石容重：1.6t/m3。 (f)提升容器 提矸石时选用 mgc1.1-6a，自重 610kg，最大载重 1800kg，每钩提 4 辆。 升降最重件时选用 20t 重型平板车，自重 2000kg，每钩提 1 辆。 b、选型计算 (a)钢丝绳的选择计算 、绳端荷重 提矸时：qz=3(qz+q)(sin+f1cos)=3431kg 提最重件：qr=(q+qz)(sin+f1cos)=7119kg 、钢丝绳单位长度重量（以下按提最重件计算） 钢丝绳选用 30nat6v18+fc 1570 530 364 zs 型(gb/8918-2006),钢丝绳直 径 d=30mm,抗拉强度 =1570mpa,单位重量 pk=3.64kg/m,钢丝破断力总和 qp=613kn。 、钢丝绳安全系数校验 qp 提最重件 mz= =7.146.5 qz+lcpk(sin+f2cos)g 式中：lc钢丝绳悬垂长度；lc849.66m (b)绞车选型 、滚筒直径：dg80d=2400mm 绞车选用 jk-2.52.0/31.5 型单滚筒绞车,最大静张力 fj=90kn,滚筒直径 dg=2.5m,宽度 b=2.0m,减速比 i=31.5，最大提升速度 vmax=3.03m/s。旋转部分变位重 量为 13680kg。配套行星齿轮减速器。 、校验滚筒宽度 lt+ lm+7dg b= (d+)=1859mm2000mm kcdp 河北工程学院毕业设计（论文） 66 kc=2 式中：lt钢丝绳提升长度；lt824m 钢丝绳在滚筒上 2 层缠绕。 、最大静张力计算 fj= qz+ ltpk(sin+f2cos)=8758kg=85.8kn，均满足要求。 (c)提升系统确定 选用 tgx2000/16.5 型天轮；其它计算结果见图 7-1-2 副井单钩串车提升系统图。 (d)预选电机 kfjvmax ns=339.33kw 选用 y 系列 8 级变频电机,电压 660v,功率 355kw,转速 730rpm。 校验提升速度 ： dgnd vm=3.03m/s 60i (e)提升系统运动学计算 提升物料采用七阶段速度图。 (f)提升系统动力学计算 提升系统的变位质量计算： 提重大件：mg=5746kg。 (g)电动机容量校验 按提最重件 f2t=232911106kg 等效时间:td=1/2(t1+t3+t4+t5)+t2+1/3=287s 等效力:fdx=9002kg d ttf 2 等效功率:ndx= =320kw355kw 102 max vf k dx 河北工程学院毕业设计（论文） 67 电动机过负载系数校验： fde=102ne./vmax=10987kg =1.110.75m=0.752=1.5 de f fmax 故所选电动机过载能力满足要求。 (h)提升能力 详见最大班作业时间平衡表 4-6-4。 河北工程学院毕业设计（论文） 68 最大作业班时间表最大作业班时间表 表 4-6-4 每班总提升时间 顺序提升性质数量单位 每次 数量 每班 次数 可完 成量 每次 提升 时间 (s) smin 1 提升矸石50 t7.2 7 50 670 4652.78 77.55 2 下放材料10 次 10 670 6700.00 111.67 3 设备4 次 4 670 2680.00 44.67 4 送保健钣1 次 1 670 670.00 11.17 5 炸药雷管2 次 2 1250 2500.00 41.67 5 其 它5 次 5 670 3350.00 55.83 合 计 29 20552.78 342.55 共计5.71h 由表可知最大班作业时间为 5.7h6h，均满足规程要求。 副斜井提升机房设手动起重梁，起吊重量 15t。 3、提升机电控及提升机房供电 副井工业场地设 10kv 变电所，两回 10kv 电源引自矿井 35kv 变电站 10kv 侧不同 母线段。变电所设有 660v 系统，副斜井提升机两回 660v 动力电源引自该变电所 660v 系统 660v 侧不同母线段，控制电源引自侧内 380v 系统 380v 侧不同母线段。 提升机电控设备选用 tkdg-bp 变频成套 plc 绞车数字电控设备，可实现提升机的 半自动、手动及检修等运行方式。电控设备具有短路、过负荷、失压等电气保护，及 过卷保护、超速保护、减速点保护、深度指示器失效、提升方向保护、盘型制动器弹 簧疲劳、闸瓦磨损保护、液压站保护等完善的保护功能。 提升信号选用 plc 斜井提升信号控制系统，由绞车房信号箱、上下井口车场信号 箱等组成，完成提升信号发送，并与提升机电控装置和架空乘人器电控装置闭锁控制， 满足提物及信号安全等要求，保证提升机的安全运行。信号发送方式为转发式。 四、灌浆系统四、灌浆系统 本次设计在地面工业场地设简易灌浆站，为全矿灌浆服务，灌浆方法采用随采随 灌，即随采煤工作面推进的同时向采空区灌注泥浆。在灌浆工作中，灌浆与回采保持 有适当距离，以免灌浆影响回采工作。 1、灌浆站做法：副井口附近建两个灌浆池，池深 2m，直径 2m，一侧设 500 mm500 mm1800mm 下液泵坑，池四周采用 mu100 机砖 m75 砂浆砌筑，墙体厚度 370mm，池内壁采用 3mm 的钢板制作 7575 角钢护角。 2、灌浆方法 河北工程学院毕业设计（论文） 69 采用埋管灌浆法，在放顶前沿回风巷于采空区预先铺好灌浆管(一般预埋 58m 钢管)，预埋管一端通采空区，一端接胶管，胶管长一般为 2030m，灌浆随工作面的 推进，用回柱绞车逐渐牵引灌浆管，牵引一定距离灌一次浆，要求工作面采空区能灌 到足够的泥浆。 3、灌浆参数的选择 工作制度：与矿井工作制度相匹配，但需注意以下原则： 灌浆工作是与回采工作紧密配合进行。设计灌浆为三班灌浆，每天灌浆时间为 10h，若矿井自燃发火严重，且所需灌浆的工作面较多，宜采用四班灌浆，每天灌浆 时间为 15h。 灌浆所需土量 日灌浆所需土量按下式计算： 式中： q土=kg/v煤 q土日灌浆所需土量，m3/d； g 矿井日产量，根据设计，日产量为 3636t； v煤煤的容重，根据地质报告，5 号煤层容重为 1.44t/m3; k灌浆系数，为灌浆材料的固体体积与需要灌浆的采空区容积之比，参照大 同局的经验，取 3%。 则：q土=0.033636/1.4=79.9（t） 日灌浆所需实际开采土量 q=q土 式中： q日灌浆所需实际开采土量，m3/d； 取土系数（考虑土壤含一定杂质和开采，运输过程中的损失） ；取 1.1。 q=q土=1.179.9=85.7（t） 灌浆泥水比的确定 灌浆泥水比应根据泥浆的输送距离，煤层倾角，灌浆方式及灌浆材料和季节等因 素通过试验确定，参照大同局经验，一般情况下为 1：5，冬季时为 l：6。 每日制泥浆用水量 每日灌浆用水量按下式计算： q水 1=q 式中： q水 1制备泥浆用水量，m3/d： 河北工程学院毕业设计（论文） 70 泥水比的倒数，取 5。 则：q水 1=79.95=399.5（m3/d） 每日灌浆用水量 每日泥浆用水量按下式计算： q水 2=k水q水 l 式中： q水 2灌浆用水量，m3/d： k水用于冲洗管路防止堵塞的水量备用系数，取 1.1。 则：q水 2=1.1399.5=439.5(m3/d) 每日灌浆量 q浆 1=(q水 1+q土)m 式中： q浆 1日灌浆量，m3/d： m泥浆制成率，取 0.93 其余符号同前。 则：q浆 1=(439.5+79.9)0.93=483（m3/d） 4、对灌浆材料的要求 颗粒要小于2mm，而且细小颗粒（粘土： 0.005mm 者应占6070）要占大部分。 主要物理性能指标 比重为：2.42.8t/m3 塑性指数为 911(亚粘土) 胶体混合物（按 mgo 含量计）为 2530： 含砂量为 2530， （颗粒为 0.50.25mm 以下） 容易脱水和具有一定的稳定性。 不含有可燃物 (5)制浆的主要设备见表,黄泥灌浆池布置现场图见下图： 黄泥灌浆设备一览表黄泥灌浆设备一览表 序号设备名称设备型号单位数量 1水 泵zba-6b台2 2泥浆搅拌机自制台2 3管路（无缝钢管）1086m3200 44 寸胶管dn100m400 河北工程学院毕业设计（论文） 71 5离心式液下泥砂泵80nyl50-20j台2 第五章第五章 采煤方法和采区巷道布置采煤方法和采区巷道布置 第第一一节节 煤煤层层的的地地质质特特征征 根据开拓布置及各煤层赋存情况、矿井生产能力，设计确定矿井投产时首先开采一水 平5 号煤层。后期延深开采8 号煤层。 1地质构造 井田地质构造为一轴向呈北东向的向斜构造及背斜构造 ，倾角3-7，有2 条断距 10-18m 的正断层，未见岩浆岩侵入。地质构造简单。 2煤层厚度 井田内含有山5、8、10、三层可采煤层，其中5、8 号煤层为批采煤层， 5 号煤层平 均厚度4.08m，8 号煤层平均厚度3.07m。 3煤层倾角 煤层倾角3-7。 4. 煤层顶底板岩性 5 号煤层顶板为泥岩，底板为泥岩；8 号煤层顶为灰岩 ，底板为泥质岩。 5. 煤层瓦斯含量，矿井瓦斯等级，煤尘爆炸危险性。煤的自燃倾向类型，自燃 发火期 井田现采5 号煤层，根据山西省煤炭工业局晋煤安发 200988 号文关于吕梁市 2008 年度30 万t/年及以上煤矿矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复 矿井 ch4绝对涌出量0.3m3/min，相对涌出量1.76m3/t，co2绝对涌出量0.15m3/min；相对涌出 量0.88m3/t，为低瓦斯矿井。 根据地质报告提供，采用钻孔取样品分析结果，5 号煤层火焰长度 40-80mm，加 岩煤量 60-80%，煤尘有爆炸性；8 号煤层火焰长度 25-60mm，加岩煤量 50-70%，煤尘 有爆炸性。5 号煤吸氧量 0.41-0.83cm3/g，自燃倾向性等级为类，属容易自燃 煤层。8 号煤层吸氧量 0.70-0.84cm3/g，自燃倾向性等级为类，属容易自燃煤层。 自燃发火期为 6 个月。 6. 矿井水文地质类型 根据地质报告：含水层充水性弱，奥灰水标高 +850m，5、8 号煤层在井田西南部局部 低于奥灰岩溶水位标高，局部为带压开采，经计算， 5 号煤层最大突水系数为 0.012mpa/m，8 号煤层最大突水系数为为0.02mpa/m，均小于受地质构造破坏地段临界值 0.06mpa/m，属岩层非完整块段突水安全区 ，水文地质条件属中等。 河北工程学院毕业设计（论文） 72 第二节第二节 采煤方法和回采工艺采煤方法和回采工艺 根据地质条件，煤层赋存情况及厚度（5号煤层平均厚度为4.08m，8号煤层平均 厚度为3.07m） ，开采技术条件、通风安全，矿井生产能力、回收率、现在国家政策等 因素及矿井现有采煤设备。确定采用走向倾斜长壁一次采全高采煤方法。5号煤采用 综采放顶煤采煤工艺，8号煤采用综采一次采全高采煤工艺。 矿井为低瓦斯矿井，首采5号煤层为厚煤层，根据矿井开采条件，建议5号采用综 采放顶煤一次采全高采煤方法，采高2.4m，放顶煤1.68m，采放比1：0.7。全部垮落 法管理顶板；8号煤层为中厚煤层，采用走向倾斜长壁一次采全高采煤方法，综合机 械化采煤工艺。 一、煤层冒放性分析：一、煤层冒放性分析： 对于本矿井来说，5号煤层的可放性是决定其能否选用放顶煤采煤法的关键。只 有良好的可放性才能发挥放顶煤的优越性。否则，其优点可能就不复存在。 由于放顶煤主要是利用矿压破煤，因而对煤层的可放性及赋存条件有一定的要求。 根据多年来我国综采放顶煤采煤工艺经验，影响顶煤冒放性的自然因素主要有煤层厚 度、煤层强度及节理裂隙发育程度、开采深度、顶板条件、煤层结构、地质构造、自 燃发火、瓦斯及水文地质条件等。 1、煤层厚度 放顶煤开采对煤层厚度有一个基本要求，国内外的经验证明，煤层厚度下限为 4m，上限则根据顶煤的冒放性好坏，可达12-15m或更厚一些。较理想的煤层厚度应能 保证工作面的采放比在1:2.0左右，在这一采放比下，能充分发挥采煤与放煤设备的 性能在采放平行作业的前提下，能保证工作面稳产所需的推进速度。由此，本矿5号 煤层的平均厚度为4.08m，这一厚度对放顶煤有较好的适应性。 2、煤层的强度 从放顶煤角度来衡量煤层的（尤其顶煤的）强度，主要有两方面因素：一中煤的 单向抗压强度，二是煤层的节理发育状况，放顶煤采煤法要求顶煤为中硬，节理中等 发育，即可具有良好的冒放性。5号煤的单向抗压强度rc=12.4-16.8mpa，相当于煤的 硬件度系数f=1.5左右；再如前所述，5号煤层的垂直节理发育，可见该矿5号煤层有 较好的冒放性，很适合于放顶煤的开采。 3、煤层产状埋藏深度 5号煤层为近水平及缓倾斜煤层，煤层的埋藏深度在120-230m之间，煤层顶板的 原始应为均在42mpa以上，可以使顶煤和直接顶遭到充分的破坏。因此，从开采深度 上讲，5号煤层也适宜综采放顶煤的开采。 河北工程学院毕业设计（论文） 73 4、顶板对煤冒放性的影响 影响煤层冒放性的煤层顶板包含直接顶和基本顶两部分。直接顶能够随采随冒并 具有一定的厚度是综采放顶煤开采顶煤破碎冒落后能够顺利放出的基本条件，否则不 利于顶煤的冒放。因此，从顶煤的放出率来考虑，都希望直接顶的最小厚度能够达到 充满采出煤厚的空间，即冒落高度必须满足下式要求：hm/kp 式中：h直接顶冒落高度，m； m煤层厚度，m； kp岩石碎胀系统。 最理想的状态冒落高度应能满足： hm/（kp-1）的要求。 本矿井5号煤层的直接顶，一般情况下为泥岩，当地开采实际中可知，在采高为 2-2.6m时，泥岩的直接顶初次垮落步距为10m，以后可以随采随冒，冒落高度在5m以 上，冒落的块度一般为0.2-0.3m，最大的岩块为0.5-0.8m。当采用放顶煤开采时，本 矿井一次采全高为4.08m左右，工作面矿压显现加剧，直接顶的垮落高度会增大，预 计冒落高度可达8m以上，直至冒落到老顶。 如果岩石碎胀系数取1.3，工作面回采率取85%。根据计算，顶板岩石冒落的最少 高度应大于6m。因此，本矿5号煤层的直接顶可满足放顶煤开采的基本条件。 总之，该矿5号煤层直接顶在大部分情况下对放顶煤是有良好的适应性的。 5、煤层结构 若煤层存在着坚硬而厚的夹矸，则会严重影响顶煤的冒放性，一方面，夹矸在顶 煤中形成“骨架” ，使顶煤难以垮落；另一方面，即使顶煤垮落以后，夹矸形成大块， 影响冒落顶煤的流动性，并很易堵塞放煤口，因此，说夹矸的存在对放顶煤是一种不 利因素，就本矿井5号煤层而言，虽有0-3层夹矸，但夹矸的厚度较小，一般在0.06- 0.34m之间，夹矸的岩性为页岩，和煤的强度很近，因此可以说，5号煤层的夹矸不致 影响顶煤的冒放性。 6、其它因素的分析 5号煤层的瓦斯涌出量很小，这些因素对综采放顶煤开采而言均属有利条件。 由上面分析可知：本矿井5号煤层的冒放性是好的，适合综采放顶煤开采。 三、工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型三、工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型 矿井投产时首先开采一水平5号煤层：根据5号煤层赋存情况及矿井生产能力120 万t/a，设计确定前采工作面位于一水平一采区东北侧，采用综采放顶煤一次采全高 采煤工艺。割煤高度2.4m，放煤高度1.68m，采放比1：0.7。 （一）采煤机选型原则及性能参数确定 河北工程学院毕业设计（论文） 74 1、采煤机选型原则： a、适合特定的煤层地质条件，并且采煤机采高、截深、功率及牵引方式等主要 参数选取合理，有较大的使用范围。 b、满足工作面开采生产能力的要求，采煤机实际生产能力要大于工作面的设计 生产能力。 c、采煤机技术性能良好，工作可靠性高，各种保护功能完善。 d、采煤机使用、检修、维护方便。 设计 5 号煤综采放顶煤工作面长度为 180m，采用一采一放的循环方法，三采一准 的作业形式，采煤工作面选用 zf4500/16/27 型放顶煤液压支架支护顶板；选用 mg200/500-awd 型采煤机完成落煤、装煤工作；选用 sgz-764/2132 型前后输机运煤。 2、工艺过程：上下端头进刀上下行割煤、装煤移架移前溜拉 后溜放顶煤。 采煤机采用上下端头斜切进刀，进刀长度35m左右，移架滞后采煤机后滚筒3- 5m，追机作业，滞后移架10-15m推移前部输送机，输送机弯曲长度不小于15m，推移 步距0.6m。采煤机下行割煤完成后再放顶煤以免两工序相互影响。 放煤在工作面处于最小控顶距的条件下进行。放煤方式为单轮间隔低位放煤。当 矸石量占放出物的1/3时即停止放煤，遇到大块煤不易放出时，反复伸缩插板，小幅 度上下摆动尾梁，使块煤破碎后顺利放出。滞后支架10-15m推移后部输送机放顶煤， 弯曲段长度不小于15m。 3、采煤机的割煤方式 采煤机单向割煤，往返一次割二刀的割煤方式。其生产工艺过程为：采煤机沿工 作面前后滚筒同时割煤，割煤高度2.4m，装煤并同时完成推移输送机、支架等一个采 煤循环的全过程。 4、采煤机的进刀方式 端部斜切式进刀法如图所示。其进刀过程为：当采煤机割煤至工作面端头时，其 后的输送机槽已移近煤壁，采煤机机身处尚留有一段下部煤；调换滚筒位置，前滚筒 升起、后滚筒下降，然后沿输送机弯曲段返向割入煤壁，直到采煤机机身进输送机直 线段为止，这时采煤机已向煤壁推进了一个截深；然后将输送机移直，再调换两滚筒 的上、下位置；采煤机重新返回割煤至输送机机头处；再次调换上、下滚筒位置，采 煤机沿工作面正常割煤，直到工作另一端。 河北工程学院毕业设计（论文） 75 5、采煤机功率 采煤机的选择应与工作面生产能力相适应，可用采煤机的平均割煤速度作为基本 参数计算，对于端头斜切进刀，采煤机的平均落煤能力可用下式计算： qm 60 (2) 3 63 60() sm fff d a lll c h l t a k cl hbhr 式中：qm采煤机落煤能力，t/h； a采煤机日落煤能力占矿井产量的30%-95%，取 95%，363695%=3455t/d； b采煤机滚筒截深，0.6m； c工作面回收率，取95%； l工作面长度，180m; ls刮板输送机弯曲段长度，35m； lm采煤机两滚筒中心距，取10m； 河北工程学院毕业设计（论文） 76 k采煤机日开机率，根据经验取50%； h采煤机割煤高，2.4m； hf放顶煤厚度，平均取1.68m； lf工作面顶煤长度，170m； cf放顶煤回收率，取80%； 煤的容重，1.44t/m3； td采煤机反向时间，取6min。 htqm/4 .477 30848143748 53898000 44 . 1 4 . 26 . 0 345563 4 . 2 1704 . 28 . 0 18095 . 0 (50 . 0 1080 )1070180(345560 ） 根据采煤机的平均落煤能力计算采煤机的平均割煤速度，公式如下： vc bhr m 60 q 式中：vc采煤机平均割煤速度，m/min，其它参数意义同前； vc3.9m/min 44 . 1 4 . 26 . 060 4 . 477 在采煤过程中，采煤机实际落煤量和割煤速度是一个随机值，因此，采煤机的 最大割煤速度较平均割煤速度应有一定的富裕量。 采煤机的最大割煤速度： vmaxkvc 式中：k采煤机不均衡系数，取1.2-1.5取1.2； vmax3.91.24.7m/min 采煤机的最大割煤能力： qmax60bhvmax600.62.41.444.7568.5t/h 采煤机截割功率： n60bhvmaxhw 式中：n采煤机截割功率，kw； hw采煤机能耗指数，取0.75kwh/t-1.0kwh/t n=600.62.41.444.7(0.75-1.0)=426.4kw-568.5kw 河北工程学院毕业设计（论文） 77 6、采煤机采厚确定 5号煤层平均厚度为 4.08m，采煤机采高应为 2-3m。取采高为2.4m，满足放顶煤要求 便可。 7、采煤机牵引速度、截深、工作面日循环数的确定 工作面日推进度为 ： s crml q 式中：s工作面日进度，m； q工作面日产量，3455t/d； l工作面长度，180m； m工作面平均采高，取 4.08m； 煤的容重，1.44t/m3； c工作面回采率，89%； 08 . 4 68 . 1 8 . 04 . 295 . 0 sm78 . 3 89 . 0 44 . 1 08 . 4 180 3455 工作面循环进尺为 0.6m，日循环数n为： n=6.3 6 . 0 78 . 3 b s 取工作面日循环数为6个，一个循环进0.6m，工作面日进度3.6m，正规循环率取 90%，年进度为1069m。 8、采煤机的牵引速度： v采=min/6 . 4 5 . 06063 3 . 21806 5 . 06063 m hln 式中： n工作面日循环数； l采煤工作面长度，为180m； h采煤机行程系数，斜切进刀取2.3； 0.5采煤机开机率，为50%。 河北工程学院毕业设计（论文） 78 9、滚筒直径的确定 双滚筒采煤机的滚筒直径经验数据为最大采高的56%-59%。 滚筒=h(46%-49%)=2.4(46%-49%)=1.1m-1.2m 根据以上计算，并考虑煤层的硬度及夹矸情况，结合目前周边高产高效采煤工作 面设备配置，采煤机选用已有的mg200/500-awd型采煤机，电机总功率为500kw，由于 煤层倾角小于15，不考虑防滑问题，其技术特征见下表： 采煤机主要技术特征采煤机主要技术特征 牵引机构截割机构电动机 型 号 采高 (m) 煤层 倾角 牵引力 (kn) 速 度 (m/min) 牵引方式滚筒直径(m) 截深 (mm) 卧底量 (mm) 功率(kw) 电压 (v) 质量 (t) mg200/500-awd 1.6-3.2 0-20 325-5500-7.7交流电牵引1.66302502250+240+20 114041 （二)刮板输送机 刮板输送机选型原则： a、刮板输送机的输送能力应大于采煤机最大生产能力，一般取1.2倍。 b、要根据刮板链的负荷情况确定链条数目，结合煤质硬度选择刮板链结构形式。 煤质较硬、块度较大时，优先选用双边链；煤质较软时，可选用单链或双中心链。 c、输送机中部槽的结构，一般应选用井底式。封底式主要用于底板较松软条件。 中部槽宽度尺寸应尽可能选用同一尺寸，并应考虑能与采煤机底托架和行走机构尺寸 相匹配；中部槽的长度要与支架的宽度匹配；中部槽与液压支架的推移千斤顶连接装 置间距和配合结构要匹配。 d、在传动装置方式、电动机台数和铺设长度方面，通常采用多电动机驱动，一 般为2-4台。为了便于采煤机工作，应尽量将传动装置布置在采空区一侧。采用多台 电动机驱动时，一般在传动装置中使用液力耦合器。电动机功率大小及台数应根据工 作面倾角、输送机铺设长度及输送量大小而定。输送机铺设长度可根据刮板输送机技 术特征、输送量、链速和工作面倾角等因素确定。 e、为了配合滚筒采煤机自开切口，应优先选用短机头和短机尾，但机头架和机 尾架中板升角不宜过大，以减少通过压链块的能耗。 f、为了配合采煤机有链牵引的需要，在机头和机尾部应附设采煤机牵引链的张 紧装置及其固定装置。而与无链牵引的采煤机配套时，应附设结构形式相应的齿轨或 销轨与采煤机的行走轮齿相啮合。 g、刮板输送机中部槽两侧应附设采煤机滑靴或行走滚轮跑道，为防止采煤机掉 道，还应设有导向装置。 河北工程学院毕业设计（论文） 79 h、为配合采煤机双向往复采煤的需要，应在输送机靠煤壁一侧附设铲煤板，以 清理机道的浮煤。 i、为配合采煤机行走时能自动铺设拖移电缆和水管，应在输送机靠采空区一侧 设电缆槽 (一般挡煤板制成一体)。 对于综放采煤工作面，前、后刮板输送机应考虑工作面的采放比，并与工作面采 煤装备相配套。 前刮板输送机：前刮板输送机的运输能力应不低于采煤机的最大割煤能力，故前 刮板输送机的运输能力为： qqqmax=568.5t/h 后刮板输送机：前、后刮板输送机之间的配套主要取决于采煤工作面的采放比。 5号煤层的平均厚度为4.08m，采煤机的切割高度为2.4m，放顶煤的高度为1.68m左右， 采放高度比为1：0.7。 后刮板输送机的运输能力应与放煤能力相适应，工作面平均放顶煤速度为： 1 3 2 ttt v lll l v dtd c ms f f 式中：vf工作面平均放顶煤速度，m/min； lf工作面放顶煤区段长度，170m； l工作面的长度，180m； ls刮板输送机变曲段长度，35m； lm采煤机两滚筒中心距，取10m； td采煤机的反向时间，取6.0min； tdt工作面端头作业时间，取30.0min； t1工作面放顶煤辅助工序时间，取30.0min； vc采煤机牵引速度，4.7m/min。 则：=2.3(m/min) 303063 7 . 4 10352180 170 f v 工作面平均放顶煤能力为： qf=60hfb1cf(1+cg)vf 式中：qf工作面平均放顶煤能力，t/h； 河北工程学院毕业设计（论文） 80 hf放顶煤高度，1.68m； b放顶煤宽为采煤机滚筒截深0.61=0.6m； cf放顶煤的回收率，取80%； 煤的容重，1.40t/m3； cg放顶煤的含矸率，取8%，为0.08； vf工作面平均放顶煤速度，2.3m/min。 则：qf=601.680.60.81.40(1+0.08)2.3=168.3(t/h) 后刮板输送机能力为： qhqf qh168.3t/h 根据以上计算，为方便设备维护使用，工作面前后刮板机选用已有的 sgz764/2132型，其技术特征见下表： 刮板输送机技术特征刮板输送机技术特征 电动机中部槽机 头 型 号 设计 长度 (m) 输送量 (t/h) 型号功率(kw) 电压 等级(v) 长宽高(mm) 卸载 方式 最大尺寸 长宽高 (mm) 单件重 (kg) 备注 sgz- 764/2132 200600kbyd550-1325213211401500764222 端卸 315320451344 6535 前后部 （三)转载机、破碎机、考虑采煤机割煤不均衡性，转载机、破碎机的能力按下 式确定： 1、桥式转载机选型原则： a、桥式转载机的运输能力应大于工作面输送机的能力(一般为1.2倍)，它的溜 槽宽度或链速一般应大于工作面输送机。 b、桥式转载机的机型，即机头传动装置及电动机和中部槽及刮板链的类型，应 尽量与工作面输送机机型一致，以便于日常维修及配件管理。 c、桥式转载机机尾部与工作面输送机的连接处要配套，通常有搭接或非搭接式 两种形式。无论哪种形式都应保证工作面输送机机头有一定卸载高度，以避免工作面 输送机底链回煤。 d、桥式转载机机头搭接带式输送机的连接装置，应与带式输送机结构以及重叠 长度相匹配，搭接处的最大机高要适应巷道动压后的支护高度；桥式转载机高架段中 部槽的长度，既要满足转载机前移重叠长度的要求，又要考虑工作面采动超前动压对 巷道顶底移近量的作用大小。通常对于矿压显现剧烈的巷道较低的平巷，桥式转载机 应该选用较长机身及较大的功率；巷道易底鼓变形时，采用不直接骑在带式输送机机 河北工程学院毕业设计（论文） 81 尾导轨上，而采用跨接在两侧的专用地轨上。 e、对于平巷内水患大，带式输送机需要铺在巷道上帮侧时，桥式转载机增设s 形变形中间槽而使其尾仍在巷道下帮侧，以保证工作面输送机机头进入巷道，利于采 煤机直开缺口。 f、在煤质较硬、块度较大的采区，可在桥式转载机的机尾水平部分安设破碎机 以免砸伤胶带或堵塞溜煤井。 2、破碎机选型原则： a、破碎机的类型与破碎能力，应满足工作面可能再现大块煤等状况的需要。通 常破煤要求不高时，可选用夹板式；需破碎硬煤(岩)时，宜选用颚式。 b、破碎机的结构应与所选转载机结构尺寸相适应。 c、破