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)集團公司關(guān)于邊角煤開采推進會工作安排要求，我們通過對中煤東坡煤礦及神華布爾塔煤礦的考察，結(jié)合我們干河煤礦實際情況，在一采區(qū)各工作面開采過程中，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#煤對霍州煤電屬資源稀缺煤種，必須精采細采，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、提高萬噸掘進率尋求技術(shù)支撐。2、邊角煤連采必須具備三個條件：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)計生產(chǎn)能力：210萬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、2-100兩個工作面，2-103工作面正在回采，預計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看煤層結(jié)構(gòu)相對簡單，煤層平均厚度4m,煤層夾矸0.2m左右，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角3-8°，直接頂為泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松,易風化，層理發(fā)育，基本頂為K8中砂巖，堅硬密實，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)測定報告》批復為低瓦斯煤層，瓦斯絕對涌出量為2.99,相對涌出量為0.53，煤層自燃傾向性屬h級自燃煤層，煤塵爆炸指數(shù)為32.77~37.50%，具有爆炸性?？刹捎眠B采機開采。三、河礦一采區(qū)各類影響壓煤情況：總計1245.6萬噸。1、干村莊壓煤總量：927萬噸，其中2-103外部受村莊影響，壓煤量70萬噸，2-112工作面外部影響壓煤160量萬噸，一采區(qū)左翼村莊壓煤量697萬噸。2、區(qū)段煤、塊段煤壓煤總量：318.6萬噸，見下表。區(qū)段邊角煤地質(zhì)儲量表塊段編號影響情況采區(qū)位置面積（m）地質(zhì)儲量（萬噸）1號采空及構(gòu)造應力影響一采區(qū)2-100外段44650272號:米面剩余塊段2-103外段4247025.83號構(gòu)造影響2-108外段151280:30（按1/3）4號構(gòu)造影響2-103右側(cè)8725052.75號構(gòu)造影響2-112外段153450:88.46號米面剩余塊段2-112外段7960045.87號米面剩余塊段2-116外段2657015.38號:米面剩余塊段2-118外段5848033.6合計_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，還需請科研院所研究制定開采方案。2、實驗成功后根據(jù)現(xiàn)場條件全面鋪開，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，而且相對工藝簡單、通風及巷道布置比較合理，相對于邊角煤、構(gòu)造壓煤及村莊下壓煤比較適應。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?，松軟。瓦斯情況：該區(qū)段2#煤層屬低瓦斯煤層，短壁連采范圍預計瓦斯絕對涌出量為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)已采工作面回采時涌水量情況，回采時出水水源主要為頂、底板水。因此，本工作面預計正常涌水量按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巷道，原1122巷作為進風巷，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，在主運巷后部再以204°方位角掘送兩條主運巷，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，村莊煤柱預留，采用雙翼對拉旺格維利巷道布置，每采3-5個支巷留設(shè)一段10米煤柱，采硐長度9米（回采時根據(jù)頂板變化情況及時調(diào)整）。3、巷道斷面與支護：準備巷道、工作面支巷均采用錨網(wǎng)梁錨索聯(lián)合支護，巷道寬度為滿足連采機與錨桿鉆車的同步施工要求（連采機寬度（3300mm、鉆車寬度3400mm）,設(shè)計斷面為寬X高=5400x4000mm可滿足要求（連采機和鉆車掘進時交替在工作面作業(yè)、避車在聯(lián)巷內(nèi)），頂板支護采用①25X2500mm金屬高強錨桿，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，對三角區(qū)進行支撐。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對采面進行密閉處理。5、通風方式：主運巷采取全負壓通風，掘面和采面采取局部通風機通風，局扇安裝在主運巷外30米范圍內(nèi)。煤柱寬度計算6、煤柱寬度計算：在短壁采煤工藝中，留設(shè)的煤柱主要包括支巷隔離煤柱、主運巷護巷煤柱、相鄰采硐間煤柱及大巷護巷煤柱。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。因此對煤柱的留設(shè)需進行詳細計算和分析。（1）煤柱設(shè)計理論目前主要有兩種用于煤柱設(shè)計的理論，一種是極限強度理論，另一種是逐步破壞理論。極限強度理論極限強度理論認為：如果作用載荷達到煤柱的極限強度時，煤柱的承載能力降低到零，煤柱就會破壞。即煤柱的破壞準則為：-F（2-1）式中—作用在煤柱上的應力；F—安全系數(shù)；在大面積開采水平煤層的情況下，當煤柱的形狀都相同時，每個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對一個長度為Lp,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）在計算煤柱極限寬度時，并考慮應力集中現(xiàn)象產(chǎn)生的應力增量系數(shù)匕代入得：匚’*F（2-4）逐步強度理論由于巷道兩側(cè)的煤體中有應力集中，結(jié)果在煤柱中形成了兩個區(qū)域：一個是在煤柱周邊的塑性區(qū)，另一個是在煤柱中心部分被塑性區(qū)所包圍相對來說未受擾動的柱核區(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威爾遜通過大量的實驗得出了屈服區(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;工作面各類煤柱計算（2）大巷護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算條形煤柱最小寬度。依據(jù)工作面情況，埋深H按最深點450m計算，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算相鄰采硐間的煤柱不作為永久性支撐煤柱，按無核區(qū)煤柱考慮，但要求煤柱能夠支撐采硐上部直接頂?shù)闹亓?，以保證連采機在開采過程中直接頂不垮落。根據(jù)頂板和煤柱作用關(guān)系，可以簡化假設(shè)為上覆條形區(qū)域頂板為梁結(jié)構(gòu)，其對煤柱的作用力為均布載荷，煤柱則可視為一系列可動鉸支座來支撐上位巖梁。即假設(shè)為刀間煤柱-頂板的“連續(xù)梁”模型，模型簡化過程如圖所示。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\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，煤塊單向抗壓強度?。?8.4MPa煤層開采厚度為4.2m，通過模擬得出，在相鄰采硐間煤柱為0.8m時可以支撐上部直接頂?shù)闹亓?，我們采取保守?shù)值：即同支巷相鄰采硐間的煤柱寬度留設(shè)為1.2m。支巷間煤柱尺寸計算短壁工作面要求頂板不垮落，因此護巷煤柱為永久煤柱，需按有核區(qū)煤柱考慮，通過上述分析計算，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及配套系統(tǒng)相對比較成熟，能夠滿足礦井的生產(chǎn)要求，通過和三一重工及上海創(chuàng)立的設(shè)備對比，建議使用太原煤科院的設(shè)備，預計配備裝備如下表:設(shè)備配備表名稱型號數(shù)量（臺）金額（萬元）備注連米機EML34011200梭車WD131385履帶式行走支架XZ7000/24/2622X350給料破碎機GP2000/3001275四壁鉆車CMM13-41370鏟車CLX31330膠輪車WC2250皮帶機SSJ100024601100m風機FBD-N°63型2X30210合計3980八、短壁開采工藝：1）工作面掘進工藝：設(shè)備布置完畢后，由連采機、間斷運輸系統(tǒng)組成快速掘進系統(tǒng)、配備四臂錨桿鉆機用錨桿支護，連采機掘進與錨桿機支護交替作業(yè)。即連采機在支巷掘進一個循環(huán)，然后退出連采機，錨桿機進行支護，待錨桿機支護完畢后，連采機和間斷運輸系統(tǒng)再進行支巷掘進。2）工作面回采工藝：兩臺行走支架配合連續(xù)采煤機采用雙翼斜切進刀后退式米煤法進行煤炭開米。米硐與支巷呈45°角。米硐尺寸為長x寬x高=9mx3.3mx4m。區(qū)段內(nèi)支巷回米順序為：由里向外后退式交錯回米兩翼。支巷內(nèi)回采順序為：由支巷迎頭向支巷開口位置后退式回采。3）頂板管理：為便于連續(xù)采煤機進刀回采及頂板控制，每相鄰兩個采硐間留設(shè)11.2m煤墻，各支巷口留設(shè)10m護巷保護煤柱。支巷內(nèi)每3~5個采硐留設(shè)5m寬煤柱，支巷內(nèi)左右兩側(cè)5m寬煤柱平行布置。在工作面正常回采過程中采用兩臺型履帶行走式液壓支架支護頂板。連續(xù)采煤機每采一個采硐，履帶行走支架交叉邁步向前移動一個步距。在工作面回采過程中遇工作面頂板破碎、片幫嚴重等現(xiàn)象時，可根據(jù)實際情況將采硐間保護煤柱進行加寬留設(shè)。每回采100m左右，在主運巷、輔運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。

勞動組織表序號工種出勤人數(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1采煤機司機2221.242破碎機司機222213彳丁走支架司22204錨桿機司機及支護工666116鏟車司機22207膠帶機司機22248檢修電鉗工11161813帶班長1121415辦事員1116副隊長4317技術(shù)員1118書記1119隊長11合計181818188802、循環(huán)進度與班循環(huán)次數(shù)1、連采工作面掘進時循環(huán)進度4m生產(chǎn)班各循環(huán)2次，圓班進度24m正規(guī)循環(huán)率85%月進尺612m回采時采硐班循環(huán)2、正規(guī)循環(huán)作業(yè)表I掘進正規(guī)循環(huán)作業(yè)表巷道名稱作業(yè)方式循環(huán)進尺班循環(huán)平均個數(shù)小班平均進尺圓班進尺月單進〈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)方式采硐長度班循環(huán)平均個數(shù)小班平均單產(chǎn)圓班單產(chǎn)月單產(chǎn)〈萬噸〉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、掘進時生產(chǎn)能力：循環(huán)產(chǎn)量=循環(huán)進尺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運量計算：班運量二鏟車運量X車次=16X24=384t每小時鏟車運輸4次可滿足每班2個循環(huán)掘進出煤量。2、采硐回采時生產(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運量計算：班運量二鏟車運量X車次=16X40=640t每9分鐘鏟車運輸1次可滿足每班3個采硐出煤量。十一、經(jīng)濟效益(1)產(chǎn)出指標分析：該區(qū)段地質(zhì)儲量量約88萬噸(面積X容重X采高=153450X1.44X4=883872噸)。采用長臂開采該區(qū)段，可以布置一個順槽長度750米，采面長度100米的工作面，可采儲量=750X100X4.2X1.44X90%=40.8萬噸。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，可采儲量=88X0.53=46.6萬噸。相對比而言短壁開采可回收長臂開采所不能回收的資源，長臂開采雖然可大面積回收資源，但留設(shè)煤柱較大，對邊角煤、塊段煤資源回收率相對短壁開采較低，因此邊角煤、塊段煤采取短壁開采比較合適。(2)成本指標分析：①采用長臂開采需投用支架57架、采煤機一套、回采溜子、轉(zhuǎn)載溜子機破碎機各一部、皮帶機一部、負荷中心4臺及相配套的各類設(shè)備等，根據(jù)我們現(xiàn)有裝備水平，100米長工作面需投入資金大概8000萬元(采煤機1000萬元、順槽皮帶1500萬元、支架2400萬元、回采溜子、轉(zhuǎn)載機、破碎機等2000萬元、負荷中心4臺1100萬元），不包括掘進時投入的設(shè)備。采用短壁采煤法開采需投入資金：4000萬元（見上設(shè)備配備表）。經(jīng)濟指標：1、長臂開采噸煤單價按我礦噸煤實際價630元計算，可實現(xiàn)銷售收入2.57億元（40.8X630X=2.57億元），按我礦現(xiàn)在實際噸煤成本368元/噸計算，可實現(xiàn)利潤1.06億元。2、短壁開采如同掘進巷道，需施工有支護巷道6500米，經(jīng)計算延米支護單價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），預計支護成