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煤矿变更综采放顶煤采煤工艺为一次采全高采煤工艺可行性报告 煤矿变更综采放顶煤采煤工艺为一次采全高采煤工艺可行性报告 一、煤矿采煤设备现状及进行采煤工艺改革的必要性 1、建矿以来矿的开采条件发生了巨大的变化。 煤矿自2009年3月兼并重组以来，先后由60万吨/年提升至120万吨/年，矿井在2012年8月通过竣工验收以后，于2013年9月又进行了生产能力核定，生产规模从120万吨/年批准核定至210万吨/年，从建矿到现在生产能力有了大幅度的提高； 开采条件也由原来一采区的煤层埋深较浅、倾角较平缓、瓦斯涌出量小、矿压显现不明显的煤层赋存条件，向二、四采区煤层埋深大、倾角大、带压开采、矿压显现明显的方向转变，矿井瓦斯等级也由原来的低瓦斯升级为高瓦斯矿井。 因此，随着开采的自然条件变得越来越复杂，开采的技术难度越来越大，要求员工的技术水平和装备水平也必将越来越高。必须依靠科技进步，不断创新工作方法才能应对开采条件的变化，实现企业的可持续发展。 2、煤矿现用的两套采煤设备老化、损坏严重，已超过了其服务年限。 在煤矿建矿初期，购置的两套综采放顶煤支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机等采煤设备，已使用多年，设备损坏非常严重。目前许多支架设备处于失修状态和带病工作状态。失修的原因是副斜井整架提升困难，副斜井绞车设计提升最大件重量为17吨，而过渡支架重量22.5吨，副斜井提升能力不足。支架入井后十余年未升井大修，支架、立柱、千斤顶、护帮板、侧护板、尾梁等部件损坏严重，已严重制约煤矿生产能力的发挥，大部分设备已超过了其设计的服务年限，急需进行设备更新。 另外，目前煤矿正在回采的1024工作面受前期1022工作面开采动压影响，运输顺槽巷道变形严重，工作面顶板破碎，由于支架护帮板损坏较多，不能有效背帮护顶，造成工作面漏顶现象较为普遍，恶化了工作面生产环境，影响安全生产，设备更新已势在必行。 3、推广采用先进的一次采全高开采工艺是大势所趋。 煤矿建矿初期选择的综采放顶煤回采工艺，在当时也是比较先进和成熟的工艺技术，经过多年的应用，也为本企业做出了巨大的贡献。但随着国内采煤技术的科技进步，采煤工艺和装备技术也有了迅猛的发展。 综采放顶煤工艺相比目前国内较先进的一次采全高工艺，其缺点也越来越突显。 一是煤炭资源回收率较低，一般只有75～80，这是由于放顶煤工艺缺陷所决定的，因为总有一部分煤放不到运输机上，而留在采空区内。这在目前优质煤炭资源越来越枯竭的前提下，已明显不能满足要求。 二是煤质不易控制，特别是含矸率不好控制，要减少矸石混入势必以牺牲煤炭回收率为代价。 三是容易自燃煤层采用综放工艺开采，对采空区自燃发火的控制一直是个技术难题。 四是对于高瓦斯矿井采用综放工艺，放顶煤时采空区瓦斯涌出也不容易控制。 一次采全高采煤工艺则具有更高的资源回收率，煤炭回收率可达93。同时，还可大大提高煤炭质量，一次采全高支架能更好地控制顶板，从而可以减少矸石混入。工作面减少了一部运输机，其工艺简单。支架支撑力大、工作面空间大，工人操作环境好。支架可选择安装电液控制，有利于今后进行自动化升级，达到减少工作面操作人员，实现安全、高产、高效的目的。 鉴于煤矿综采放顶煤支架及设备业已老化、失修严重，达到了其年限的时候，急需进行设备更新，同时，一次采全高采煤工艺目前在国内已有很多应用成功的案例，已经是非常成熟的技术了，因此，推广使用一次采全高开采工艺是大势所趋，势在必行。 二、选择在煤矿北翼1026工作面一次采全高开采工艺的优点 按原来煤矿总体设想北翼采区采用综采放顶煤工艺开采结束后，进入南翼开采时要淘汰北翼综采放顶煤开采工艺，采用较为先进的一次采全高开采工艺。 考虑到南翼10号煤层倾角较大，在南翼推广一次采全高新工艺难度较大，职工熟练掌握这一新工艺，必然有一个适应过程，这一过程可能会影响煤矿的产量，因煤矿矿的产量在整个集团公司的总产量中占比较大，为了两种工艺能平稳过渡，确保整个集团持续稳产、高产，实业集团提出了提前在北翼1026工作面进行一次采全高工艺开采的方案。该方案好处如下 1、1026工作面煤层赋存条件好，新工艺实施难度小。 南翼10号煤层倾角14～24平均21，与南翼相比北翼1026工作面煤层倾角相对较小，平均只有9，采用一次采全高工艺开采时，不容易出现支架倒架、下滑现象。还可以积累一些开采经验，提高职工的熟练程度，为南翼大倾角一次采全高开采打好基础。 2、可多回收煤炭资源，提高煤质，增加效益。 由于一次采全高工艺具有资源回收率高、煤质好、安全高效等优点，提前在北翼1026面安装大采高支架，还可以提高资源回收率，实现多回收煤炭资源，提高煤质，增加收益。 3、可节约成本，提高生产效率。 淘汰原有的综采放顶煤设备，提前安装一次采全高设备可以节约老旧设备的维修费用，降低成本。避免因继续使用损坏的综采放顶煤设备而造成生产效率低下和避免因生产事故造成的经济损失，同时还可以做到减人提效，实现经济效益最大化。 4、有利于新设备的参数的优化 新设备的选型设计以南翼为主，同时兼顾北翼。支架的设计服务年限一般15年左右，该套设备在北翼要回采5个工作面，使用时间约5年，然后服务于南翼开采。目前只是提前在北翼1026工作面推广使用，通过北翼应用，有利于发现设备在使用中出现的各类问题，为南翼第二套设备的设计优化提供依据，以避免因设计上的缺陷给生产造成的不便和损失。 三、推广一次采全高采煤工艺的考察、调研情况 从今年4月份开始，实业集团公司及矿相关生产技术人员通过走出去，请进来，进行了多种形式的调研工作，通过调研，既增长见识，开阔了眼界，又学到了经验，为下一步装备选型决策打下了坚实的基础。 近几个月来，实业集团公司及煤矿有关生产技术人员先后考察了集团能源公司大城二矿、大城五矿、煤矿等厚煤层大倾角工作面一次采全高开采情况。收集了大量相关信息和资料。 两个大城矿均开采9号煤层，煤层厚度为4.3-4.5m，工作面倾角范围为20～44平均38，仰俯采达到12，工作面面长240m。支架的工作阻力为9000-12000kN，支撑高度为2.4-5.5m。采煤机均为MG650/1710-WD型，刮板输送机均为SGZ1000/2700型； 该大城二矿和五矿均实现每天1万吨的常态产量。其中大城二矿是国内最早进行大倾角大采高综采的矿井，已经采完2个采区，使用效果良好。大城五矿还实现了回风顺槽单轨吊车运输，长度2000米的远距离供液，泵站设在下水平可同时供2个工作面使用。 煤矿煤层厚度4.40～5.0米，平均4.75米，倾角6～12，选用ZY10000/27/60D型液压支架，采煤机选用MG750/1800-WD型电牵引采煤机。 考察的三个煤矿，煤层赋存条件与本矿南翼10号煤层赋存条件相似，他们一次采全高工艺的开采成功经验完全可以借鉴，指导本矿一次采全高开采工艺的实践。 从7月份开始，实业集团公司机电、生产技术、供应等部门的相关领导和技术人员还去了山东塔高公司、三一重工、郑州煤机厂、上海天地科技公司、北京煤机厂进行实地考察、调研，并邀请上述厂家来公司汇报方案。对一次采全高支架的制造工艺、原材料、市场价格、使用中存在问题等方面进行了深入了解。对一次采全高支架、采煤机等设备的规格型号、最大不可拆卸部件的外形尺寸和重量等数据进行了收集整理，以供选型时参考。 支架、采煤机最大不可拆卸部件尺寸表 重量t 尺寸mm 设备 型号 重量 长宽高 厂家 一次采全高液压支架 ZY18000/32/70D 15.27 51201950900 郑州煤机 一次采全高液压支架 ZY18000/32/70D 21 55001950900 平阳重工 一次采全高液压支架 ZY18000/32/70D 21 500019301200 三一重工 一次采全高液压支架 ZY15000/32/70D 15 53001680900 平阳重工 一次采全高液压支架 ZY12000/32/70D 21.64 360017001300 山东塔高 采煤机 MG1000/2550-GWD 20 314022551640 西安煤机 采煤机 MG1000/2540-GWD 26 437027401860 天地煤机 采煤机 MG1000/2580-GWD 20 350011002000 三一重工 采煤机 MG1000/2040-GWD 17.5 340017501700 上海创为 从去年下半年开始，还先后三次邀请了北京开采研究所、太原理工大学以及山东塔高公司莅临我公司进行讲课，解惑答疑，并组织了科研院所设计人员与公司相关技术人员深入本矿井下，对10号煤赋存情况等进行了认真分析研究，收集掌握了第一手资料。 四、实施一次采全高开采工艺存在的问题及应对措施 一、煤矿井辅助运输系统 存在问题 1、副斜井绞车提升的最大重量为17吨，远小于一次采全高支架的重量63t，副斜井绞车的提升能力不满足设备整机运输方案。 2、副斜井井筒断面小，井筒宽度只有4.2m，敷设双轨道，轨道间距小，设备不能整机运输。 解决措施 1、在不对副斜井井筒及绞车进行改造的前提下，采取将一次采全高支架和采煤机进行解体下井，运输到工作面后进行组装的方法运输。 2、将支架和采煤机的最大不可拆卸部件的重量和尺寸设计成满足副斜井绞车最大提升重量17t和井筒最大件尺寸1.7m宽2.1m高的断面通过能力副井断面如下图。 3、为了给最大不可拆卸部件井筒运输提供最大的空间，副勾提升一侧加工制作0.6m宽重9.8吨的配重车辆。 二、矿井供电系统 存在问题 北翼采用一次采全高工艺，结合南翼开拓所需要的最大供电负荷，井下需增加负荷4024 KW，地面需增加负荷1117 KW，供电双回路中的宁梗线、12500KVA主变压器不能满足生产要求。 解决措施 1、县供电部门已同意对供电线进行改造，并承担了供电系统改造方案和设计，目前设计方案正在编制之中。 2、增加一台5000KVA变压器与现有的12500KVA主变压器分开供电。 安装利用矿闲置变压器，专供选煤厂（最大负荷3300KW）和井筒空气加热器（最大负荷1000KW）。在分担了一部分负荷之后，现有的12500KVA主变压器可以满足一次采全高的矿井供电需要。县供电部门已同意增容，供电系统改造方案和设计正在编制之中。 三、通风系统。 存在问题 1、1026工作面一次采全高工作面需净增加800 m3/min的风量，结合在此期间南翼开拓需增加3200m3/min4个掘进头的用风量，全矿井需增加约4000 m3/min风量，但目前主、副井筒风速均达到煤矿安全规程所规定的极限，不能再增加风量。 2、后期南翼开采时，本矿中央并列式通风方式不能满足煤矿安全规程规定的高瓦斯矿井应当实行分区式通风或对角式通风的要求。 3、在用主通风机通风能力不能满足后期南北翼采区接替期间正常生产所需通风能力的要求。 解决措施 1、在北翼1026工作面采用一次采全高开采工艺之前，在副斜井东侧从地面施工一个进风立井，（约230m，工期3个月），并提前在井下施工南翼胶带大巷（800m，工期4个月），以解决矿井进风井风量不足的问题。 2、在原风井工业场地新建第二回风立井以解决南翼开采时，规程规定的高瓦斯矿井分区式通风的要求该项为南翼开拓配套工程。 3、在第二回风立井安装本矿原来拆除的24号主通风机，以解决南北翼采区接替期间正常生产时主通风机能力不足的问题该项为南翼开拓配套工程。 五、一次采全高工艺工作面三机配套选型设计 结合煤矿北翼、南翼10号煤层厚度，顶底板岩性，煤层倾角等赋存情况，支架选型设计原则以南翼使用为主，兼顾北翼。重点考虑南翼大倾角工作面支架的防倒、防滑及稳定性等方面问题，选型设计如下 支架支撑高度 2900-6500mm；中心距 2050mm；最大允许倾角不小于24；支架型号ZY17000/29/65，支护强度1.43-1.48Mpa，工作阻力17000kN，初撑力14718kN（P37.5Mpa），支架重量约63t。过渡支架型号相同，重量约64t。 煤机建议使用双滚筒电牵引采煤机，截割电机功率2750 kw，总装机功率1860KW左右；滚筒直径3000 mm； 3、工作面刮板输送机电机功率2700kw，槽宽1000 mm； 4、转载机电机功率 525kW，槽宽1000 mm； 经优化后的支架设计，具有较高的稳定性和防倒、防滑性能，能较好地适应南翼大倾角工作面的开采条件。在设计上还关注和优化了支架最大不可拆卸部件的尺寸和重量满足现有运输能力的要求。 六、投资与效益分析 （一）、投资概算分析 1、一次采全高支架 工作面长度180m；液压支架宽度2.05m,共用88架， 63t/架88架1.8万/t9979.2万元。 2、采煤机 800万元。 3.刮板机 转载机 破碎机合计 850万元。 以上工作面主要的大型设备投资估算为11629.2万元。 4、35KV供电线路改造需资金约200万元，其它机电投资增容费、基本容量费约需450万元，合计650万元。 5、矿井通风系统改造机电费用通风机等设备维修及增加的设备费用预计80万元（因新增进风井筒及南翼大巷为提前利用南翼设施，故井巷费用不计）。 6、支架组装所需行车2台，预计80万元。 7、乳化液泵、移动变压器、组合开关等约需300万元 以上合计12739.2万元。 （二）效益分析 与原来的综采放顶煤工艺相比 1、可提高煤炭资源回采率13左右；10208面走向长度1700m、工作面长度180m、煤层厚度5.7m，煤的容重1.42m3/t。工作面可多回收的煤炭 多回收资源量＝17001805.71.4213＝32.2万吨。 采用一次采全高开采工艺的工作面北翼二采区有5个，南翼有10个，共15个。 2、提高了煤质，根据调研同类矿井资料，含矸率约降低3.5，降低了洗煤成本及矸石处理费用。 3、降低了材料消耗，根据调研同类矿井资料，吨煤下降材料费约0.42元。 七、结论 经过分析论证，煤矿的煤层赋存条件具备一次采全高 开采条件，在北翼采区率先实施一次采全高采煤工艺改革是可行的。采用一次采全高采煤工艺可以大幅度提高煤炭资源回收率，减少原煤含矸率，提高原煤质量，有利于提高工效，降低成本，可起到减人提效，降低工人劳动强度，改善工作环境的目的，实现安全生产。同时，又可为南翼大倾角一次采全高工艺安全生产打好基础，实现企业的可持续发展。 16