神华布尔台矿井310ma矿井设计

神华布尔台矿井310ma矿井设计

布尔台煤矿位于内蒙古鄂尔多斯伊金霍洛旗东南部，包神铁路西侧。矿井设计能力为20.0Mt/a,服务年限71.9a,是目前世界单井设计产量最大的井工煤矿,是中国神华“高起点、高技术、高质量、高效率、高效益”建矿方针和“生产规模化、装备现代化、队伍专业化、管理信息化”生产模式的具体体现,是国内外最新煤炭科学技术的集中展现。2008年2月2日,国家发展和改革委员会以发改能源343号“国家发展改革委关于中国神华能源股份有限公司布尔台煤矿项目核准的批复”,核准布尔台煤矿(20.0Mt/a)及配套群矿选煤厂(31.0Mt/a)和铁路专用线项目。在项目核准过程中,包括多位院士和设计大师在内的国内煤炭系统知名专家对布尔台煤矿设计给予了高度评价,一致认为布尔台矿井设计是煤炭行业特大型矿井设计的一次新突破,综合体现了国内外煤矿最先进的技术水平、装备水平、管理水平及其发展方向。经过积极探索,对于提升中国煤炭工业形象和引导煤炭工业规模经营具有积极的指导意义。目前,布尔台煤矿已经进入试生产阶段,项目实施基本满足设计要求,达到了预期目标。1煤层厚度、地层结构及岩性结构布尔台矿井井田面积192.86km2,地质资源量3039Mt,可采储量2013Mt。含煤地层为侏罗系中下统延安组,煤层埋深在83.6(2-2上煤)～630m(6-2下煤)之间。可采煤层10层,平均可采总厚度(纯煤厚)14.65m。基本全区可采的3-1煤层厚度0～5.85m,平均厚度2.93m,全区可采的5-1煤层厚度0.9～7.9m,平均厚度4.62m(4-1煤与5-1煤合并区平均厚度5.90m),6-2中煤层厚度0.45～5.67m,平均厚度2.66m。煤层结构简单,倾角为1°～3°。这三个主采煤层资源量分别占矿井总资源量的17.51%、33.0%、14.77%,合计占总资源量的65.28%;全矿井总资源量中,中厚煤层占52%,厚煤层占36%,1.3m以下的资源量只占总资源量的11.8%。布尔台井田基本构造形态为一南西倾斜的近水平产状的单斜构造,井田内以宽缓褶曲为主、未发现断裂构造。煤层瓦斯含量小(0～0.33ml/g.r),地温无异常。煤层顶底板岩性较好,多为砂岩、砂质泥岩,属于Ⅱ类一型中等冒落顶板,适合全部跨落法管理顶板。水文地质条件简单。煤尘有爆炸危险性,煤层易自燃。总体来说,布尔台井田储量丰富,煤层赋存稳定,开采技术条件优越,煤层生产能力大,适合大型机械化开采,为建设20Mt/a特大型矿井提供了资源保证。2设计特点2.1盘区地面开采,分车比好,集中发电设计以主斜井、缓坡副斜井、立风井的联合开拓方式开发全井田。主斜井有利于煤炭运输实现稳定可靠的胶带连续运输系统,为实现集中生产提供运输保障;缓坡副斜井为实现方便灵活的无轨胶轮车辅助运输方式创造了条件;立风井布置于中部,大大缩短通风距离,降低通风阻力,扩大服务范围,有效地减少后期开凿风井的工程量。全矿井划分为7个盘区,后期在井田中部和南部分别建两对进、回风井,进风井担负部分材料和人员上下任务,形成了分区开拓、分区通风、集中出煤的开拓方式,有利于后期的集中生产。在巷道系统布置上,将水平大巷与盘区巷道合二为一,减少盘区准备巷道,系统划分只有矿井和工作面两级。回采工作面运输巷来煤直接与运输大巷搭接;而辅助运输则从辅助运输大巷直接进入工作面辅助运输巷,简化了系统环节。主斜井和缓坡副斜井至主采煤层后即变平与水平大巷(石门)相接,水平大巷布置在主采煤层中,巷道支护采用锚网喷支护,利于采用综合机械化掘锚一体化技术快速掘进。设计采用一次设计、连续施工、工作面依次投产的建设模式,实际建设工期仅为23个月,为世界先进水平。2.2设置上煤开采的区域间对于多煤层开采的特大型矿井,厚薄煤层如何合理搭配开采,在提高资源回收率的同时,保证矿井产量的均衡性、降低安全管理难度是接替排产需要解决的最主要问题之一。根据对各煤层的分布范围、赋存形态、资源可靠程度、压茬关系、地物分布的分析,首采盘区选择在井田中部金烽寸草塔井田深部边界至阿达公路煤柱之间的区域(首采3-1、5-1煤),该范围内除主采的3-1、5-1、6-2中煤层发育稳定外,2-2上、2-2中、3-2、4-1煤层等均为无煤区,不存在薄煤层压茬关系,利于实现矿井快速达产和稳产。同时协调安排中深部其它薄及中厚煤层的开采,解放主采煤层,实现厚薄煤层协调开采,提高资源回收率。经过工作面50年排产规划,全矿井2～3个工作面保产,可实现主力煤层连续生产,其它煤层搭配开采,达到了资源有效利用与高产稳产的均衡兼顾。2.3合理确定回采工作的参数，提高工作负载布尔台煤矿井下采用综合机械化长壁一次采全高开采。工作面长度和推进方向长度的大小直接影响生产效率。1高产高效工作面已实现已达5个长煤工作面长度的增加,有利于减少端头进刀等辅助作业时间,降低巷道掘进率;有利于提高开机率、盘区回采率、工作面单产,从而提高工作效率;进而降低煤炭生产成本,提高经济效益。世界先进采煤国家如美国、澳大利亚、德国和南非等高产高效工作面长度已达到250～350m,最长已达430m。神东矿区榆家梁、上湾煤矿等多个矿井已实现300m长工作面。设计根据布尔台矿井的特点,首采工作面长度确定为300m,其后接续工作面采用300～400m长工作面。2工作面推进长度提高工作面推进长度,可减少工作面搬家次数,充分发挥设备效能,为工作面持续稳产高产创造条件。国外工作面推进长度已达6000m以上,神东公司大部分矿井目前工作面推进长度在4000～6000m之间。从巷道掘进、支护、运输、供电和煤层自燃等因素考虑,结合设备大修期,工作面推进长度确定为6000～7000m。全矿井平面上划分为7个盘区,均按此尺寸布置,创国内工作面设计推进长度新纪录。2.4主要设备的发展趋势重型、大功率、高强度、高速度、高可靠性、长寿命和机电一体化是安全、高效采掘设备的发展趋势。在设备配备方面充分吸取国内外先进矿区的经验,集成世界先进技术,达到世界领先水平。尤其是采掘设备配备,无论中厚煤层还是厚煤层,采煤机及其配套设备技术参数均为世界最先进水平。1工作面装置的验证国外电牵引采煤机单台切割电机功率大、牵引功率大、总装机容量大、牵引力大、牵引速度快、截深大、故障率低、可靠程度高、大修周期长、使用寿命长,在神东公司得到了充分验证。设计中厚煤层3-1煤层中选用7LS2A型交流电牵引采煤机,装机功率为1634kW,满载割煤速率为16.3m/min,调机最大速度为39m/min;5-1煤层工作面选用SL1000型交流电牵采煤机,装机功率为2390kW,满载割煤速率为16.6m/min,调机最大速度为33.1m/min,均为国内最先进水平。3-1煤工作面设计生产能力6Mt/a,5-1煤工作面设计生产能力10Mt/a,分别创国内中厚煤层、厚煤层设计单产新纪录。2设备选型的确定该矿井煤层埋藏较浅,矿山压力较小,顶板条件虽然较好,但周期来压步距较大,来压强度相对较高,要求支架有较强的支护阻力和整体强度。根据国内煤机制造行业的发展水平和神东矿区等大型矿井的使用经验,设计选用国产两柱掩护式液压支架,支护高度分别为1.7～3.5m和2.8～6.3m,工作阻力分别达7500kN和12000kN,采用电液控制阀并与采煤机实现联动,具有随机操作和成组操作功能。为了适应综采工作面快速移架、推移输送机的需要,设计各工作面选用了进口卡玛特乳化液泵站(四泵两箱),泵站流量439L/min,公称压力31.5MPa,单机功率315kW。3fc3千特不同煤刮板输送机选用进口设备:3-1煤为PF6/1132型,运输能力为2500t/h,电机功率为855×3kW;5-1煤为AFC31000型,运输能力为3500～4000t/h,电机功率为1000×3kW。转载机:3-1煤为PF6/1332型,运输能力为3500t/h,功率为600kW;5-1煤为JOY/1550型,运输能力为4500t/h,功率为400kW。破碎机:3-1煤额定破碎能力3500t/h,功率为400kW;5-1煤额定破碎能力4800t/h,功率为400kW。4采煤机双巷掘进能力运用连续采煤机掘进巷道是神东公司的创举,实践证明掘进速度快、工效高、设备适应性强、搬迁容易。连续采煤机双巷掘进能最大限度地发挥掘进效率,2004年3月上湾矿连采二队创双巷掘进月进尺3070m,大柳塔矿连采二队连采机掘进年进尺达到24507m。布尔台煤矿设计选用5套12CM27型连续采煤机及其后配套设备用于巷道掘进,从根本上保证采掘平衡。2.5煤炭运输系统煤炭从采掘工作面至运输巷、水平主运输大巷、主斜井井筒装备了胶带运输机,实现一条龙的连续运输,系统及各环节之间进行了协调可靠的配置。运输巷与水平主运输大巷、大巷与主斜井之间不设缓冲煤仓,直接搭接,减少环节,提高煤炭运输系统的稳定性和可靠性。布尔台煤矿主斜井带式输送机输送能力Q=7000t/h,带宽B=2200mm,带速V=4.7m/s,倾角β=13°,机长L=675m。胶带为ST3150阻燃钢网抗撕裂型钢丝绳芯胶带。驱动装置采用双滚筒三电机驱动,电机功率1500×3kW,功率配比为2∶1;中压变频驱动系统,自控液压拉紧。该胶带是国内井下装备水平最高,运力最大的带式输送机。布尔台煤矿井下煤炭运输系统广泛采用了先进的变频驱动控制系统和各种保护措施。变频驱动装置放置于地面主井井口房,便于管理,维护方便。2.6无轨胶轮车运输设备辅助运输常常制约着矿井的高产高效。神东矿区、兖矿济宁三矿、晋城寺河矿等煤矿的使用证明,无轨胶轮车具有机动灵活、方便快捷、适应性强、安全高效、应用范围广等特点,整体运送和安装支架时,其优越性更为突出,特别适用于沿煤层开拓的多分支巷道。极大地降低了工人劳动强度,提高了应对灾变的能力,改变了企业形象,近年来,得到越来越广泛的应用。在布尔台矿设计中对重型无轨胶轮车采用全部引进,而中、轻型无轨胶轮车运输设备采用以国产为主的进口和国产配合使用的配置方案。形成辅助运输从地面到采掘工作面的连续系统,实现地面至井下使用、工作地点的点对点运输,为矿井安全高效创造有利条件。2.7矿井综合自动化控制系统现代化高产高效矿井需要配置自动化技术水平高的全矿井生产过程综合自动化控制系统,建立覆盖矿井各生产系统的实时调度监控网络,实现煤炭生产采、掘、运的综合调度和生产过程自动化。设计采用的综合自动化及安全监控系统应用计算机技术、通信技术、网络传输及工业控制技术,对矿井各类资源和信息系统进行集成、控制和管理,系统实现数据采集离散化,设备控制分布式、智能化,调度操作集中化,生产管理信息化。形成从生产第一线、调度、管理的层层联网、信息共享和有效利用。根据趋势图表,提高运行管理、预警分析和设备维护水平,降低运行管理成本,实现矿井安全生产、高产高效。矿井综合自动化系统由18个子系统组成,具有实时在线监测控制和集中管理功能。矿井安全监控系统,包括安全监测监控、监视设备和防灭火信息监测。同时能完成安全设施管理以及生产信息管理。设计选用KJ31(森透里昂)型监测监控系统。设置企业管理网络暨矿井计算机局域网,实现矿井生产经营及办公管理自动化。在人力信息、业务处理、企业经营、生产调度等部门设有计算机终端,各种库房、机修材料等辅助厂房的计算机连接到局域网,实现资源共享,数据交换等局域网络通信。2.8地面布置总体规划设计针对布尔台区域内寸草塔一矿、寸草塔二矿、柳塔矿与布尔台矿位置毗邻、煤种相同、煤质接近且同属中国神华能源股份公司的实际情况,设计提出了以布尔台煤矿为核心,按简洁高效的原则统一布置储、装、洗选及运输系统设施、配套专业化服务和设备维修辅助设施的地面布置总体规划方案,四矿联合地面生产系统总规模31Mt/a,配套建设群矿型选煤厂。项目总投资省,规模效益明显。该矿地面布置分区明确,系统流畅,环境优美,神华集团拟将该模式在新区的开发建设中推广应用。3盈利能力和抗风险能力该矿井设计生产能力20Mt/a,矿井原煤全员效率111.60t/工,概算投资355491.11万元,投资回收期(税后)6.24a,全部投资内部收益率所得税后为19.39%,财务净现值税后为302278.70万元。本项目的全部投资利润率为17.77%,全部投资利税率为25.13%,资本金利润率为12.46%。具有较强的盈利能力、清偿能力和抗风险能力。布尔台煤矿的开发建设将进一步提升神华神东集团的整体实力。它实现了集约化生产,规模化经营,是超大型井工煤矿设计的一次积极探索和突破。4建设世界先进的地质成果,成为世