新：邊角煤開采

霍寶干河煤礦邊角煤開采

可行性研究及試行方案的報(bào)告霍寶干河煤礦有限公司0一二年七月邊角煤開采方案根據(jù)集團(tuán)公司關(guān)于邊角煤開采推進(jìn)會(huì)工作安排要求，我們通過(guò)對(duì)中煤東坡煤礦及神華布爾塔煤礦的考察，結(jié)合我們干河煤礦實(shí)際情況，在一采區(qū)各工作面開采過(guò)程中，由于受構(gòu)造及村莊等影響，形成的邊角煤、塊段煤較多，為了合理開采邊角煤、塊段煤，就開采方案匯報(bào)如下：一、邊角煤連采目的、意義及條件、：1、開采的目的和意義：首先由于機(jī)械化采煤水平的不斷提高，構(gòu)造影響及其他條件影響形成的邊角煤、塊段煤不斷增加；其次干河礦2#煤對(duì)霍州煤電屬資源稀缺煤種，必須精采細(xì)采，提高資源回收率，保證配洗需要；其三現(xiàn)在開采可利用現(xiàn)有采區(qū)系統(tǒng)，一起把采區(qū)內(nèi)的煤回采結(jié)束，不需二次配套系統(tǒng)。為下一步村莊下開采探求路徑。為快速掘進(jìn)、提高萬(wàn)噸掘進(jìn)率尋求技術(shù)支撐。2、邊角煤連采必須具備三個(gè)條件：開采范圍內(nèi)瓦斯為低瓦斯煤層。開采范圍沒有水的影響，水文條件較好。煤層頂板條件完整。二、霍寶干河煤礦概況：干河礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力：210萬(wàn)T/a。礦井與2010年3月份投產(chǎn)，現(xiàn)主要開采一采區(qū)2#煤層，一采區(qū)右翼2-106已回采完畢，一采區(qū)左翼已回采完畢2-101、2-100兩個(gè)工作面，2-103工作面正在回采，預(yù)計(jì)2012年9月份結(jié)束，銜接2-112工作面。從已開采的工作面采集的資料來(lái)看煤層結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，煤層平均厚度4m,煤層夾矸0.2m左右，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層傾角3-8°，直接頂為泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松,易風(fēng)化，層理發(fā)育，基本頂為K8中砂巖，堅(jiān)硬密實(shí)，裂隙不發(fā)育。期間由于受斷層及保安煤柱影響，在采區(qū)內(nèi)留有多塊段邊角煤。根據(jù)已開采的工作面情況，2-101工作面最大涌水量100m2/h，正常涌水量50m2/h,2-106工作面最大涌水量20m2/h，正常涌水量10m2/h,2-100工作面最大涌水量10m2/h，正常涌水量5m2/h，從已開采的工作面涌水情況分析開采是安全的。干河礦一采區(qū)2#煤層屬低瓦斯煤層，根據(jù)《2011年瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定報(bào)告》批復(fù)為低瓦斯煤層，瓦斯絕對(duì)涌出量為2.99,相對(duì)涌出量為0.53，煤層自燃傾向性屬h級(jí)自燃煤層，煤塵爆炸指數(shù)為32.77~37.50%，具有爆炸性。可采用連采機(jī)開采。三、河礦一采區(qū)各類影響壓煤情況：總計(jì)1245.6萬(wàn)噸。1、干村莊壓煤總量：927萬(wàn)噸，其中2-103外部受村莊影響，壓煤量70萬(wàn)噸，2-112工作面外部影響壓煤160量萬(wàn)噸，一采區(qū)左翼村莊壓煤量697萬(wàn)噸。2、區(qū)段煤、塊段煤壓煤總量：318.6萬(wàn)噸，見下表。區(qū)段邊角煤地質(zhì)儲(chǔ)量表塊段編號(hào)影響情況采區(qū)位置面積（m）地質(zhì)儲(chǔ)量（萬(wàn)噸）1號(hào)采空及構(gòu)造應(yīng)力影響一采區(qū)2-100外段44650272號(hào):米面剩余塊段2-103外段4247025.83號(hào)構(gòu)造影響2-108外段151280:30（按1/3）4號(hào)構(gòu)造影響2-103右側(cè)8725052.75號(hào)構(gòu)造影響2-112外段153450:88.46號(hào)米面剩余塊段2-112外段7960045.87號(hào)米面剩余塊段2-116外段2657015.38號(hào):米面剩余塊段2-118外段5848033.6合計(jì)_318.61、首先解決邊角煤、塊段煤、構(gòu)造影響壓煤，不考慮村莊等壓煤，村莊下開采待邊角煤開采成功后，還需請(qǐng)科研院所研究制定開采方案。2、實(shí)驗(yàn)成功后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件全面鋪開，并為全局推廣提供技術(shù)保障。五、邊角煤開采工作面確定：根據(jù)干河礦現(xiàn)狀，連采工作面確定在2-112受F15斷層影響5號(hào)塊段試米。根據(jù)我們考察得知，旺格維利短壁式采煤法在東坡煤礦開采回收率大概為53%左右，而且相對(duì)工藝簡(jiǎn)單、通風(fēng)及巷道布置比較合理，相對(duì)于邊角煤、構(gòu)造壓煤及村莊下壓煤比較適應(yīng)。六、邊角煤短壁開采暫定方案：1、干河煤礦2-112外段煤層賦存條件：煤層傾角在2-6。之間，屬于近水平煤層，煤層為1、2#煤合并層，厚度4米。頂?shù)装鍡l件：直接頂為砂質(zhì)泥巖：厚度6.35m,夾細(xì)粒砂巖條帶，下部見較豐富的植物莖化石碎片。直接底為粉砂巖厚度2-3.5m，頂部見少量植物化石碎片?；镜诪槟鄮r：厚度2-10m,厚層狀，均勻?qū)永恚绍洝Ｍ咚骨闆r：該區(qū)段2#煤層屬低瓦斯煤層，短壁連采范圍預(yù)計(jì)瓦斯絕對(duì)涌出量為0.5-1.0m/min,為低沼氣煤層，煤層自燃傾向性屬H級(jí)自燃煤層，煤塵爆炸指數(shù)為32.77-37.50%，具有爆炸性。涌水情況：根據(jù)已采工作面回采時(shí)涌水量情況，回采時(shí)出水水源主要為頂、底板水。因此，本工作面預(yù)計(jì)正常涌水量按5m3/h—10m3/h設(shè)防，最大涌水量按30m3/h設(shè)防。2、開采方案:利用原2-1122巷雙巷布置準(zhǔn)備巷道，在原2-1122巷道左側(cè)20米處再施工一條巷道作為回風(fēng)巷道，原1122巷作為進(jìn)風(fēng)巷，每50米布置一條聯(lián)巷，隔165米施工兩條支巷，支巷間距20米，在主運(yùn)巷后部再以204°方位角掘送兩條主運(yùn)巷，每間隔20米掘送支巷，主要推采外部不規(guī)則三角區(qū)部分，村莊煤柱預(yù)留，采用雙翼對(duì)拉旺格維利巷道布置，每采3-5個(gè)支巷留設(shè)一段10米煤柱，采硐長(zhǎng)度9米（回采時(shí)根據(jù)頂板變化情況及時(shí)調(diào)整）。3、巷道斷面與支護(hù)：準(zhǔn)備巷道、工作面支巷均采用錨網(wǎng)梁錨索聯(lián)合支護(hù)，巷道寬度為滿足連采機(jī)與錨桿鉆車的同步施工要求（連采機(jī)寬度（3300mm、鉆車寬度3400mm）,設(shè)計(jì)斷面為寬X高=5400x4000mm可滿足要求（連采機(jī)和鉆車掘進(jìn)時(shí)交替在工作面作業(yè)、避車在聯(lián)巷內(nèi)），頂板支護(hù)采用①25X2500mm金屬高強(qiáng)錨桿，每排7根，排間距800X850mm頂板鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，每排施工3根①17.8x8300mn錨索，排間距3200X1700mm幫錨桿采用①20x2000mm金屬高強(qiáng)錨桿，每排5根，排間距800x870mm幫部鋪設(shè)樹脂纖維網(wǎng)，在支巷端頭配套兩架履帶式行走支架，對(duì)三角區(qū)進(jìn)行支撐。4、開采方式：采取后退式開采方式，，先里后外，先左后右交替進(jìn)刀順序，每刀煤之間留設(shè)1.2米煤柱，采取煤柱支撐法管理頂板?；夭赏戤吅蠹皶r(shí)對(duì)采面進(jìn)行密閉處理。5、通風(fēng)方式：主運(yùn)巷采取全負(fù)壓通風(fēng)，掘面和采面采取局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，局扇安裝在主運(yùn)巷外30米范圍內(nèi)。煤柱寬度計(jì)算6、煤柱寬度計(jì)算：在短壁采煤工藝中，留設(shè)的煤柱主要包括支巷隔離煤柱、主運(yùn)巷護(hù)巷煤柱、相鄰采硐間煤柱及大巷護(hù)巷煤柱。在不同的煤層賦存地質(zhì)條件和不同的頂板管理方式下，鑒于各種煤柱所起作用不同，對(duì)煤柱尺寸和支撐能力要求也完全不同。根據(jù)回采工作要求，回采工藝的頂板控制分為煤柱支撐頂板和頂板自行垮落2種方式，垮落法管理頂板可減輕條形煤柱的支承壓力，而支撐頂板則要求煤柱具有一定的支撐能力，保障回采期間頂板安全。因此對(duì)煤柱的留設(shè)需進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和分析。（1）煤柱設(shè)計(jì)理論目前主要有兩種用于煤柱設(shè)計(jì)的理論，一種是極限強(qiáng)度理論，另一種是逐步破壞理論。極限強(qiáng)度理論極限強(qiáng)度理論認(rèn)為：如果作用載荷達(dá)到煤柱的極限強(qiáng)度時(shí)，煤柱的承載能力降低到零，煤柱就會(huì)破壞。即煤柱的破壞準(zhǔn)則為：-F（2-1）式中—作用在煤柱上的應(yīng)力；F—安全系數(shù)；在大面積開采水平煤層的情況下，當(dāng)煤柱的形狀都相同時(shí)，每個(gè)煤柱將均勻地承受煤柱上方及煤柱周圍1/2跨度范圍內(nèi)的巷道上方上覆巖層的重量。煤房寬度為W0對(duì)一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)p,寬度為Wp的煤柱，煤柱上的平均載荷為：（WoWp）（Wo-Lp）"心（1加（1「）6TOC\o"1-5"\h\zwpjwp也（2-2）式中：二v一深度為h的地層處開采前的原巖應(yīng)力，MPah一頂板巖層的平均容重，N/m2用R表示開采比，即采出面積與煤層原有總面積之比，貝心1CJ1R（2-3）在計(jì)算煤柱極限寬度時(shí)，并考慮應(yīng)力集中現(xiàn)象產(chǎn)生的應(yīng)力增量系數(shù)匕代入得：匚’*F（2-4）逐步強(qiáng)度理論由于巷道兩側(cè)的煤體中有應(yīng)力集中，結(jié)果在煤柱中形成了兩個(gè)區(qū)域：一個(gè)是在煤柱周邊的塑性區(qū)，另一個(gè)是在煤柱中心部分被塑性區(qū)所包圍相對(duì)來(lái)說(shuō)未受擾動(dòng)的柱核區(qū)。在塑性區(qū)，煤柱遭到不同程度的破壞及產(chǎn)生一定的流變，但由于塑性區(qū)的約束和支承壓力區(qū)較高的側(cè)壓力作用，提高了柱核區(qū)的強(qiáng)度，從而使煤柱核區(qū)基本上處于彈性變形狀態(tài)，如圖所示。煤柱屈服區(qū)及其彈性核區(qū)A.H威爾遜通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)得出了屈服區(qū)寬度Y與采深H和采厚M之間的關(guān)系為：Y=0.00492MH（2-5）有核區(qū)煤柱的最小寬度采用下式計(jì)算：a=2kY（2-6）式中，k一為安全系數(shù)，一般取1.21.4;工作面各類煤柱計(jì)算（2）大巷護(hù)巷煤柱該短壁工作面西東側(cè)采區(qū)大巷范圍內(nèi)要求頂板不垮落，因此條形煤柱（房間煤柱）必須有穩(wěn)定的核區(qū)存在，因此采用逐步破壞理論計(jì)算條形煤柱最小寬度。依據(jù)工作面情況，埋深H按最深點(diǎn)450m計(jì)算，煤的比重取1?45t/m3，煤層開采厚度H取4.2m,安全系數(shù)k取1.4。將上述數(shù)據(jù)代入公式（2-5）得，Y=9.3mo將丫帶入公式(2-6)得，a=26m,取30m相鄰米硐間最小煤柱寬度計(jì)算相鄰采硐間的煤柱不作為永久性支撐煤柱，按無(wú)核區(qū)煤柱考慮，但要求煤柱能夠支撐采硐上部直接頂?shù)闹亓浚员ＷC連采機(jī)在開采過(guò)程中直接頂不垮落。根據(jù)頂板和煤柱作用關(guān)系，可以簡(jiǎn)化假設(shè)為上覆條形區(qū)域頂板為梁結(jié)構(gòu)，其對(duì)煤柱的作用力為均布載荷，煤柱則可視為一系列可動(dòng)鉸支座來(lái)支撐上位巖梁。即假設(shè)為刀間煤柱-頂板的“連續(xù)梁”模型，模型簡(jiǎn)化過(guò)程如圖所示。V*】T1■^^川川川川川川1川11川川川川±1U川川川川^!inii4.25q~'1....2—1-A5q~13.5q川1111111川川國(guó)\r3.5q''56//1/\/4.25qyJ\7圖2-3“連續(xù)梁”結(jié)構(gòu)煤柱支撐力示意圖依據(jù)該工作面情況，采硐寬度取3.3m，煤塊單向抗壓強(qiáng)度?。?8.4MPa煤層開采厚度為4.2m，通過(guò)模擬得出，在相鄰采硐間煤柱為0.8m時(shí)可以支撐上部直接頂?shù)闹亓?，我們采取保守?cái)?shù)值：即同支巷相鄰采硐間的煤柱寬度留設(shè)為1.2m。支巷間煤柱尺寸計(jì)算短壁工作面要求頂板不垮落，因此護(hù)巷煤柱為永久煤柱，需按有核區(qū)煤柱考慮，通過(guò)上述分析計(jì)算，煤柱最小寬度取10m。七、設(shè)備配備：根據(jù)我們考察掌握的信息，在礦井使用的設(shè)備中，太原煤科院的連采機(jī)及配套系統(tǒng)相對(duì)比較成熟，能夠滿足礦井的生產(chǎn)要求，通過(guò)和三一重工及上海創(chuàng)立的設(shè)備對(duì)比，建議使用太原煤科院的設(shè)備，預(yù)計(jì)配備裝備如下表:設(shè)備配備表名稱型號(hào)數(shù)量（臺(tái)）金額（萬(wàn)元）備注連米機(jī)EML34011200梭車WD131385履帶式行走支架XZ7000/24/2622X350給料破碎機(jī)GP2000/3001275四壁鉆車CMM13-41370鏟車CLX31330膠輪車WC2250皮帶機(jī)SSJ100024601100m風(fēng)機(jī)FBD-N°63型2X30210合計(jì)3980八、短壁開采工藝：1）工作面掘進(jìn)工藝：設(shè)備布置完畢后，由連采機(jī)、間斷運(yùn)輸系統(tǒng)組成快速掘進(jìn)系統(tǒng)、配備四臂錨桿鉆機(jī)用錨桿支護(hù)，連采機(jī)掘進(jìn)與錨桿機(jī)支護(hù)交替作業(yè)。即連采機(jī)在支巷掘進(jìn)一個(gè)循環(huán)，然后退出連采機(jī)，錨桿機(jī)進(jìn)行支護(hù)，待錨桿機(jī)支護(hù)完畢后，連采機(jī)和間斷運(yùn)輸系統(tǒng)再進(jìn)行支巷掘進(jìn)。2）工作面回采工藝：兩臺(tái)行走支架配合連續(xù)采煤機(jī)采用雙翼斜切進(jìn)刀后退式米煤法進(jìn)行煤炭開米。米硐與支巷呈45°角。米硐尺寸為長(zhǎng)x寬x高=9mx3.3mx4m。區(qū)段內(nèi)支巷回米順序?yàn)椋河衫锵蛲夂笸耸浇诲e(cuò)回米兩翼。支巷內(nèi)回采順序?yàn)椋河芍镉^向支巷開口位置后退式回采。3）頂板管理：為便于連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)刀回采及頂板控制，每相鄰兩個(gè)采硐間留設(shè)11.2m煤墻，各支巷口留設(shè)10m護(hù)巷保護(hù)煤柱。支巷內(nèi)每3~5個(gè)采硐留設(shè)5m寬煤柱，支巷內(nèi)左右兩側(cè)5m寬煤柱平行布置。在工作面正?；夭蛇^(guò)程中采用兩臺(tái)型履帶行走式液壓支架支護(hù)頂板。連續(xù)采煤機(jī)每采一個(gè)采硐，履帶行走支架交叉邁步向前移動(dòng)一個(gè)步距。在工作面回采過(guò)程中遇工作面頂板破碎、片幫嚴(yán)重等現(xiàn)象時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況將采硐間保護(hù)煤柱進(jìn)行加寬留設(shè)。每回采100m左右，在主運(yùn)巷、輔運(yùn)巷按順序施工一組板墻、磚墻、防沖擊密閉墻。板墻、磚墻、防沖擊密閉墻前后3m內(nèi)不布置采硐。九、生產(chǎn)組織1、生產(chǎn)組織：人員配置以系統(tǒng)形成后的正常生產(chǎn)條件為準(zhǔn)核定。工作面需用人80人，每班18人，四六制生產(chǎn)，三班生產(chǎn)，一班檢修，檢修工需18人。

勞動(dòng)組織表序號(hào)工種出勤人數(shù)生產(chǎn)—班生產(chǎn)二班檢修班生產(chǎn)三班管理人員輪休系數(shù)合計(jì)1采煤機(jī)司機(jī)2221.242破碎機(jī)司機(jī)222213彳丁走支架司22204錨桿機(jī)司機(jī)及支護(hù)工666116鏟車司機(jī)22207膠帶機(jī)司機(jī)22248檢修電鉗工11161813帶班長(zhǎng)1121415辦事員1116副隊(duì)長(zhǎng)4317技術(shù)員1118書記1119隊(duì)長(zhǎng)11合計(jì)181818188802、循環(huán)進(jìn)度與班循環(huán)次數(shù)1、連采工作面掘進(jìn)時(shí)循環(huán)進(jìn)度4m生產(chǎn)班各循環(huán)2次，圓班進(jìn)度24m正規(guī)循環(huán)率85%月進(jìn)尺612m回采時(shí)采硐班循環(huán)2、正規(guī)循環(huán)作業(yè)表I掘進(jìn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)表巷道名稱作業(yè)方式循環(huán)進(jìn)尺班循環(huán)平均個(gè)數(shù)小班平均進(jìn)尺圓班進(jìn)尺月單進(jìn)〈m正規(guī)循環(huán)率備注連米面四.六4282461285%H回采正規(guī)循環(huán)作業(yè)表巷道名稱作業(yè)方式采硐長(zhǎng)度班循環(huán)平均個(gè)數(shù)小班平均單產(chǎn)圓班單產(chǎn)月單產(chǎn)〈萬(wàn)噸〉正規(guī)循環(huán)率備注連米面四.六93615.91847.74.43580%十：生產(chǎn)能力：1、掘進(jìn)時(shí)生產(chǎn)能力：循環(huán)產(chǎn)量=循環(huán)進(jìn)尺X巷道寬度X巷道高度X煤體容重X不規(guī)則系數(shù)=4mX5.4mX4mXi.44t/m3X1.2=149.3t日產(chǎn)量二日循環(huán)數(shù)量x循環(huán)產(chǎn)量=6X149.3t=895.8t月產(chǎn)量二日產(chǎn)量X月工作日數(shù)量X循環(huán)率=895.8tX30天X0.8=21499t運(yùn)量計(jì)算：班運(yùn)量二鏟車運(yùn)量X車次=16X24=384t每小時(shí)鏟車運(yùn)輸4次可滿足每班2個(gè)循環(huán)掘進(jìn)出煤量。2、采硐回采時(shí)生產(chǎn)能力：循環(huán)出煤量二采硐深度X采硐寬度X煤層厚度X煤體容重X不規(guī)則系數(shù)=9mX3.3mX4mX1.44t/m3X1.2二205.3t日產(chǎn)量二日采硐數(shù)量x循環(huán)產(chǎn)量=9X205.3t=1848t月產(chǎn)量二日產(chǎn)量X月工作日數(shù)量X循環(huán)率=1848tX30天X0.8=44352t運(yùn)量計(jì)算：班運(yùn)量二鏟車運(yùn)量X車次=16X40=640t每9分鐘鏟車運(yùn)輸1次可滿足每班3個(gè)采硐出煤量。十一、經(jīng)濟(jì)效益(1)產(chǎn)出指標(biāo)分析：該區(qū)段地質(zhì)儲(chǔ)量量約88萬(wàn)噸(面積X容重X采高=153450X1.44X4=883872噸)。采用長(zhǎng)臂開采該區(qū)段，可以布置一個(gè)順槽長(zhǎng)度750米，采面長(zhǎng)度100米的工作面，可采儲(chǔ)量=750X100X4.2X1.44X90%=40.8萬(wàn)噸。采用短壁開采該區(qū)段：根據(jù)方案中工作面巷道和采硐布置及東坡煤礦工作面回采率約為53%的情況，可采儲(chǔ)量=88X0.53=46.6萬(wàn)噸。相對(duì)比而言短壁開采可回收長(zhǎng)臂開采所不能回收的資源，長(zhǎng)臂開采雖然可大面積回收資源，但留設(shè)煤柱較大，對(duì)邊角煤、塊段煤資源回收率相對(duì)短壁開采較低，因此邊角煤、塊段煤采取短壁開采比較合適。(2)成本指標(biāo)分析：①采用長(zhǎng)臂開采需投用支架57架、采煤機(jī)一套、回采溜子、轉(zhuǎn)載溜子機(jī)破碎機(jī)各一部、皮帶機(jī)一部、負(fù)荷中心4臺(tái)及相配套的各類設(shè)備等，根據(jù)我們現(xiàn)有裝備水平，100米長(zhǎng)工作面需投入資金大概8000萬(wàn)元(采煤機(jī)1000萬(wàn)元、順槽皮帶1500萬(wàn)元、支架2400萬(wàn)元、回采溜子、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等2000萬(wàn)元、負(fù)荷中心4臺(tái)1100萬(wàn)元），不包括掘進(jìn)時(shí)投入的設(shè)備。采用短壁采煤法開采需投入資金：4000萬(wàn)元（見上設(shè)備配備表）。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：1、長(zhǎng)臂開采噸煤?jiǎn)蝺r(jià)按我礦噸煤實(shí)際價(jià)630元計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)銷售收入2.57億元（40.8X630X=2.57億元），按我礦現(xiàn)在實(shí)際噸煤成本368元/噸計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)1.06億元。2、短壁開采如同掘進(jìn)巷道，需施工有支護(hù)巷道6500米，經(jīng)計(jì)算延米支護(hù)單價(jià)2340元/米（0.8米排距，每排頂錨桿7根、幫錨桿10根、錨索2.4米3根），預(yù)計(jì)支護(hù)成