第五章_采煤方法及工艺

第五章采煤方法及工艺

（一）煤层赋存及开采技术条件

本矿井主采煤层二1煤，煤厚0～21.75m，平均5.50m，倾角＜12°，为“三软”煤层，煤的硬度f=0.7左右，含夹矸1～2层，全井田可采。直接顶板为易冒落泥岩、砂质泥岩，厚度0～28.3m，随采随落。老顶为中粒砂岩，厚度2～35m，一般15m，能冒落，但周期来压不明显。直接底板以泥岩、砂质泥岩为主，厚度0.75～17.19m，平均3.10m，层理普遍发育，遇水易膨胀。本矿井属低瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险，煤层不易自燃。

（二）采煤方法的选择

根据开拓布置，设计对二1煤论证其采煤方法。

本矿井主采煤层二1煤，煤厚0～21.75m，平均5.50m，厚度变化较大。根据国内外厚煤层开采技术发展现状，结合井田开采技术条件，设计认为二1煤可供选择的采煤方法主要有：一次采全高综采放顶煤、一次采全高大采高综采和分层综采。

大采高综采适应煤层厚度在4～6m，经过在各种地质条件下的探索和实践，大采高综采工艺在技术上已趋成熟。大采高综采可以实现高产高效，相对一般分层综采，具有以下优点：

（1）简化了回采巷道，降低了巷道掘进率和巷道维护工作量；

（2）避免了分层时做大量勘探煤厚的工作量及严格控制分层采高的困难，减少了工作面搬家次数及费用；

（3）大采高采场过风断面大，为稀释瓦斯创造了有利条件。

大采高综采的缺点是适应煤层厚度变化能力较差，对煤层及顶底板要求较高。本矿井二1煤煤厚0～21.75m，厚度变化较大，煤层及顶底板较软，属“三软”煤层。大采高综采采高大，支架重量大，由于采高大，采场矿压显现强烈，如煤层及顶底板松软，工作面容易片帮，支架容易下陷，推进困难，也难以实现高产高效。

根据矿区内生产矿井以往的实践经验来看，三软煤层分层综采单产也较低，仅为350~500kt/a的水平。机械化分层开采工作面单产较低的原因，分析主要有以

下两个方面：

（1）矿井煤层及顶底板较软，回采上分层时，设备和支架是以松软的煤层作底板，液压支架易下沉或前倾，前探梁不能充分起到支撑顶板作用，容易引起片帮及冒顶，常导致机道阻塞，甚至压埋采煤机组，清理机道、处理冒顶占用时间较多，致使开机率低、产量低、效率低、效益差。

（2）由于煤层厚度变化大，煤层底板起伏不平，且规律不明显，因此开采下分层时，对机械化开采更不利，底板隆起之处煤层薄，另外，开采上分层时因煤层软，难以保持上分层底板的平整，造成下分层顶部起伏不平。当开采下分层时，分层厚度变化大，常常难以构成适宜机采的回采面，推进困难，回采率低，效率低。

而矿区实践证明，综采放顶煤单产高，效率高，成本低，巷道掘进量小，可减少综采设备的搬家次数，节省采面的安装和搬迁费用，对不稳定厚煤层有较好的适应性；其存在的主要问题是：煤炭回收率相对稍低，原煤灰分相对较高，要求管理水平高。

由于“三软”煤层大采高综采及分层综采存在较多的问题，再加上经过十几年的探索，综采放顶煤技术研究解决了“三软”不稳定厚煤层放顶煤一次采全高的工艺问题。结合郑州矿区新密煤田矿井生产情况，根据本矿井煤层赋存特点，对二1煤的开采设计采用综采放顶煤采煤法。

5.1.2回采工作面参数的确定

1、工作面长度及推进方向长度

工作面长度与地质因素和机械设备能力、顶板管理等技术因素关系密切，直接影响生产效益，适当加大工作面长度，不仅可以减少工作面的准备工程量，提高回采率，而且也相对减少了端头进刀等辅助作业时间，保证工作面高产高效。而提高工作面推进方向长度，可以减少搬家倒面次数，为工作面连续稳产高产高效创造条件。

参照国内矿井放顶煤工作面长度，综合邻近井的实践经验，设计认为本矿井二1煤放顶煤综采工作面长度150~180m左右，推进方向长度2000m左右较为适宜。

2、工作面采高

二1煤为厚煤层，井田内煤层平均厚度5.50m，首采区平均厚度5.81m，设计

采用综采放顶煤开采，割煤高度取2.6m，放煤高度3.21m，采放比1：1.23。

3、采煤机截深

目前我国综采工作面的截深一般为600～800mm，考虑到本矿井煤层及顶底板均较软的实际情况，为减少煤壁片帮，设计采煤机截深取600mm。

5.1.3工作面设备选型

1、设备选型原则和装备标准

目前采煤机朝大功率、大截深、高速电牵引方向发展；运输设备朝大运量、大功率、重型化、高强度、多点驱动、高自动化方向发展；液压支架朝简单实用、高工作阻力、高强度、高可靠性方向发展，采用电液控制系统，提高移架速度和安全性能。针对这种发展趋势，结合本井田“三软”煤层实际情况，在工作面主要设备选型时考虑以下原则：

（1）机械设备的选择首先满足技术先进、生产可靠、提高综采设备的开机率，达到高产高效。同时设备间相互配套，保证运输畅通，并增加运输环节的缓冲能力，以期达到采运平衡，最大限度地发挥综采优势。

（2）为综采工作面创造快速连续开采的条件，加大工作面推进方向长度，减少搬家次数，并保证快速搬家。同时做到采、准工作快，适当增大巷道断面特别是顺槽断面。

（3）对辅助运输系统，要求系统简单、环节少，工作人员能快速方便地到达工作地点。

赵家寨矿井作为大型矿井，依照高技术、高质量、高效率、高效益的开发建设原则，其工作面装备需充分依靠科技进步，立足国内选择先进的高产高效、性价比高、安全可靠的采、掘、运、支设备。

2、二1煤综放工作面设备选型

（1）采煤机

a、采煤机应具有的生产能力

采煤机应具有的最小生产能力由下式计算：

Q h=Q y×f/[D×（N-M）×t×K]

式中：

Q h——工作面设备所需最小生产能力，t/h；

Q y——要求的工作面年产量， 1.5×106t/a ；

D——年生产天数，按330d计算；

f——能力富裕系数，1.4；

N——日作业班数，4班；

M——每日检修班数，1班；

t——每班工作时数，6h；

K——开机率，0.6。

则Q h =1.5×106×1.4/[330×（4-1）×6×0.6]=589t/h

b、采煤机装机功率

装机功率包括截割电动机、牵引电动机、破碎电动机、液压泵电动机、机载增压喷雾泵电动机等电动机功率总和。装机功率由下式估算：

P＝Q×Hw＝589×0.7＝413kW

式中：P——装机功率，kW；

Q——采煤机生产率，589t/h；

Hw——比能耗，一般0.6～0.7，取0.7。

c、采煤机所需牵引力

据经验统计，采煤机牵引力一般为其装机功率数值的0.5～1倍。

d、确定滚筒直径

滚筒直径一般按最大采高的0.6倍考虑，滚筒直径取1.8m。

根据煤层的开采技术条件、煤的硬度及采高，参照矿区内工作面装备情况，考虑到矿区内设备的互换性，工作面采煤机实际订货资料为国产MG250/600-WD 型无链电牵引采煤机。

采煤机技术参数见表4-1-1。

（2）工作面可弯曲刮板输送机、转载机、破碎机

工作面刮板输送机生产能力的选择原则是保证采煤机采落的煤被全部运出，并留有一定的备用能力。工作面刮板输送机的运输能力应满足：