古城煤矿机械设备选型计算的毕业设计.docx
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古城煤矿机械设备选型计算的毕业设计
1矿井概况
1.1矿井地理位置及井田布--------------------------------------------------------------------------------------------------5
1.2矿井发展史及现在年产量-----------------------------------------------------------------------------------------------5
1.3煤层赋存条件及顶底条件-----------------------------------------------------------------------------------------------8
1.4水文地质情况--------------------------------------------------------------------------------------------------------------11
1.5矿井开拓系统--------------------------------------------------------------------------------------------------------------14
1.6煤层开采方式---------------------------------------------------------------------------------------------------------------19
1.7掘井方式--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------21
1.8矿井自然灾害情况----------------------------------------------------------------------------------------------------------25
1.9通风要求---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------30
1.10排水要求-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------31
1.11主运输系统------------------------------------------------------------------------------------------------------------------31
1.12辅助运输---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------32
1.13主副井提升系统------------------------------------------------------------------------------------------------------------33
1.14供电系统---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------33
2采煤工作面设备选型
2.1采煤工作条件-------------------------------------------------------------------------------------------------------------35
2.2采煤工作面设计----------------------------------------------------------------------------------------------------------35
2.3采煤工艺及三机配套要求----------------------------------------------------------------------------------------------35
2.4采煤机选型计算--------------------------------------------------------------------------------------------------------37
2.5支护设备的选型选型----------------------------------------------------------------------------------------------------48
2.6乳化液泵站参数计算--------------------------------------------------------------------------------------------------57
2.7喷雾泵站选型-------------------------------------------------------------------------------------------------------------58
2.8工作面刮板机选型-----------------------------------------------------------------------------------------------------58
2.9配电设备的选型---------------------------------------------------------------------------------------------------------59
2.10采煤工作面生产管理--------------------------------------------------------------------------------------------------63
一矿井概况
1.1矿井地理位置及井田分布
古城煤矿位于兖州市东郊曲阜市以西,分属兖州、曲阜两市管辖,地理坐标北纬35°33′~35°36′,东经116°49′~116°54′,西南部以铁路煤柱线分界,浅部自煤层露头及单家村煤矿为界,具体由2003年颁发的采矿许可证核定的23个坐标点确定,开采深度-400~-1000m,矿井面积16.66km2。
本矿井交通非常方便,京沪铁路从古城煤矿西侧通过,矿井西南方2.5km即是兖州车站,三二七国道横贯本矿井,各村间均有简易公路可通汽车。
。
1.2矿井发展史及现在年产量
1992年8月开始筹建准备,主副井筒检查孔由临沂矿务局地质公司施工,主副井筒予注浆由枣庄中兴综合注浆公司、临沂矿务局地质公司共同施工。
主、副井掘砌工作于1995年5月和1996年8月分别由临沂矿务局工程公司和新汶矿务局工程公司施工。
截至2000年10月,基本完成-505m水平运输大巷、皮带及回风巷、井底车场的开拓及工作面的准备。
古城煤矿于2001年1月移交生产管理,设计年生产能力90万吨,2006年核定生产能力220万吨,根据《2006年度资源储量检测报告》截至2006年底,共动用煤炭资源储量3526.5万吨,采出煤量1052.7万吨,损失量2473.8万吨。
2006年底-1000m以浅矿井保有资源储量11486.8万吨,其中可采储量1126.0万吨,基础储量2613.1万吨,资源量8873.7万吨;-1000m以深表外资源储量8020.0万吨。
历年生产情况见表1-4。
矿井历年生产情况表表1-4
年度
动用储量(万吨)
采出量(万吨)
损失量(万吨)
1998
1.1
0.9
0.2
1999
12.6
10.2
2.4
2000
170.9
57.8
113.1
2001
246.1
77.6
168.5
2002
421.5
119.9
301.6
2003
541.5
186.8
354.7
2004
914.9
204.5
710.4
2005
611.6
198.1
413.5
2006
606.3
196.9
409.4
合计
3526.5
1052.7
2473.8
早在2001年,该矿只有一个普通机采工作面和两个炮采工作面,单面月产量只在3~5万吨徘徊。
第二年毅然上马了一个机采面,同时购进了一台现代化综掘机,加快了开拓掘进速度,缓解了采煤接续紧张局面。
2003年又上马了一个高档机采面和一个普采面,使三个采面均实现了机械化,且高档采面当年单产超过100万吨,改写了原临沂矿务局无单面年产100万吨的历史。
同时又购进了第二台综掘机,创出了单面单进5000米的快速掘进队。
2004年下半年上马的一个高档机采面,使全矿形成了两个百万吨高档机采和一个普通机采的现代化采面的采煤格局,大大提升了矿井的科技含量。
目前,该矿有两个现代化百万吨综采面、一个普通机采面在正常生产,四台综掘机用于开拓掘进,现代化的装备完全满足了生产的需求。
现在年产量接近300万吨,由原先的亏损转为现在的年盈利12亿。
1.3煤层赋存条件及顶底条件
古城井田地层属全隐蔽的华北型石炭、二叠系地层。
煤系以奥陶系为基底,沉积了中石炭系本溪组、上石炭系太原组、二叠系下统山西组及下石盒子组、二叠系上统上石盒子组,其上被侏罗系及下第三系、第四系所覆盖。
含煤地层为山西组和太原组。
1)奥陶系中统马家沟组(O2)
厚度640~660m,上部为灰色、棕色厚层状灰岩,夹白云质灰岩和角砾状灰岩。
中部以深灰色灰岩为主,夹黄色白云质灰岩。
下部以褐色厚层状灰岩、花斑状灰岩为主,夹泥灰岩薄层。
与下伏地层整合接触。
2)石炭系中统本溪组(C2)
厚度为16.05~47.55m,平均厚度为27.21m。
为一套滨海相铁铝质泥岩沉积。
由深灰色泥岩、浅灰色或灰绿色夹紫红色粘土岩、粉砂岩、铝土岩、2~3层灰岩及薄煤层组成。
本组地层假整合于奥陶系中统马家沟组灰岩之上,底部为一层褐红色含铁很高的铁铝质泥岩。
3)石炭系上统太原组(C3)
厚度143.3~193.5m,平均厚度173.37m。
本组地层由灰色、深灰色、灰黑色的细砂岩、粉砂岩、灰质泥岩、泥岩,绿灰色粘土岩,灰白色石灰岩及油页岩组成。
其中石灰岩有11层,自上而下依次编号为二灰、三灰、四灰、五灰、六灰、七灰、八灰、九灰、十上灰、十下灰、十一灰。
本组含煤19层,其中局部可采5层,即6、10下、15上、16上、17煤层。
4)二叠系下统山西组(P11)
该组是本区最主要含煤地层,厚度56.7~97.8m,平均76.12m。
岩层主要由灰色至灰黑色细砂岩、中砂岩、粉砂岩夹砂质泥岩、泥岩和含砾砂岩组成。
本组含煤2~4层,可采煤层为2上和3煤两层。
5)二叠系石盒子组
为一套陆相碎屑岩,厚度东北薄,西南厚,一般厚度为280~320m,依其岩性不同,分为三段。
(1)下石盒子组为灰绿色,浅灰白色砂岩和灰绿色带紫红色斑块的砂质泥岩、泥岩组成,厚度在7~25勘探线间变化不大,为50~60m,全区一般厚度30~40m,平均厚度53m,与下伏地层山西组整合接触。
2)上石盒子组一段的岩性主要有杂色泥岩、铝土质泥岩组成。
厚度在8~14勘探线以东变薄,一般小于200m,全区厚度200~230m,平均厚度229m。
本段与下石盒子组沉积连续。
(3)上石盒子组二段的岩性为浅灰略带红色和灰白色砂岩组成,间夹薄层紫红色泥岩、砂质泥岩。
14勘探线以东,除少数孔有残留外,大部分被剥蚀。
残厚29~98.1m,一般厚为40~50m,平均厚度47.53m,与上石盒子组一般为连续沉积。
6)侏罗系上统蒙阴组(J3)
分布于18勘探线以西及西南部,为砖红色、灰绿色的陆相碎屑岩沉积,厚度变化大,最薄25.9m,最厚564.9m,在25勘探线至30勘探线间,厚度为300~400m。
7)下第三系(E)
分布于14勘探线以东,为断陷盆地沉积,与下伏地层呈不整合接触。
厚度变化大,为0~680.2m,依岩性分为上、下段。
上段:
以砖红色砂岩夹灰绿色斑块的粉土质泥岩、粉砂岩及砂砾岩组成,胶结不良,厚度110~200m。
下段:
以灰褐色、棕色,砂岩、粉砂岩、砂砾岩和红色粘土岩组成,胶结不良,砾岩成份以石灰岩为主。
厚度220~480m。
8)第四系(Q)
主要由亚粘土、亚砂土及砂层组成,厚度107.9~254.5m,一般170~180m,由东北向西南逐渐变薄,按沉积物组合可分成上、中、下三组:
上组:
由亚粘土、亚砂土及砂组成,在8~13m处,有一层厚约2~5m的灰黑色淤泥层。
本组含砂1~3层,粘土类占80%,厚度一般在41.9~55.6m。
中组:
由粘土、亚粘土及砂砾层组成,本组砂类占65%,厚度40.42~98.01m,平均厚度为58.82m。
下组:
由灰绿色粘土、亚砂土及砂组成,距底界30m处有一层钙质层,层位较稳定,含砂3~8层,稳定者2~3层。
砂层含粘土质较高,呈半固定状态,厚度为55.42~84.33m,平均厚度为70m。
1.4水文地质情况
区域范围:
东起峄山断层,西至嘉祥断层,北起长沟断层,南至凫山断层,面积约2500km2。
兖州、济宁煤田位于该单元的东西两翼,中北部和南部奥灰隐伏区,分别为兖西水源地和邹西水源地。
区内地势平坦,地表水系发育,主要有泗河、京杭运河、白马河等,自北向南流入南阳湖。
南部凫山有寒武系及奥陶系灰岩零星出露,北部滋阳山有奥陶系灰岩零星出露,其他区域均被第四系覆盖。
1.4.1边界条件
峄山断层:
落差2500m,东升西降,使区内奥灰与区外前震旦纪变质岩接触,形成阻水边界。
嘉祥断层:
落差400~200m,西升东降,区内奥灰与区外寒武系和前震旦纪变质岩在深部接触,大部地段为阻水边界,但在北部地段为透水边界。
长沟断层:
落差500m,南升北降,区内奥灰与区外二叠系接触,为阻水边界。
凫山断层:
落差2000m,北升南降,在孙氏店店断层以东寒武系及震旦系地层出露,在孙氏店断层以西,区内奥灰与区外上二叠统或侏罗系接触,形成阻水边界。
1.4.2含水层及隔水层
第四系厚0~338.76m,可划分为上、中、下三组,上组、下组砂层较发育,为间接充水含水层,而中组粘土发育,具有良好的隔水性能。
区域内一般都发育侏罗系三台组,三台组含有遇水膨胀的蒙脱石、伊利石,抽水试验其单位涌水量很小,原来普遍认为它富水性弱,具有隔水性能,但近几年矿井生产表明,当煤层开采冒落裂隙带到达侏罗系内时,其中的孔隙、裂隙水就会直接进入矿井,成为直接充水含水层,它是开采浅部煤层时矿井充水的主要补给水源之一。
当煤层距侏罗系底界间距大时,在断层的影响下,其中的孔隙、裂隙水会通过断层垂向或侧向补给煤系地层。
开采3煤层的直接充水含水层有3煤层顶底板砂岩和三灰,3煤层顶底板砂岩厚40m左右,单位涌水量最大0.504L/s.m,一般小于0.1L/s.m,富水性较弱,对煤层开采威胁不大,但在局部地段静储量较丰富,对矿井生产有一定的影响。
三灰厚5m左右,单位涌水量最大0.480L/s.m,岩溶裂隙发育不均一,富水性弱~中等。
煤系隔水层主要有上、下石盒子组泥岩、粉砂岩,山西组底部至三灰顶板之间的泥岩、粉砂岩,17煤至奥灰顶界之间的压盖隔水层。
1.4.3断层导水性
区域内煤系断层导水情况各有不同,主要与断层两盘接触部位的岩性有关,隔水层与隔水层对接时,断层带不导水。
断层是否导水与落差并无直接关系,有的落差仅几米的断层导致矿井突水。
不导水的断层在矿井开采排水的影响下有可能导水。
1.4.4地下水的补、泾、排条件
地下水主要以三种形式得到补给,其一为侧向补给,本水文单元东南的凫山,有约300平方公里的寒武系灰岩露头区,地表溶沟、溶槽及节理较发育,较易得到补给,其所含地下水向北迳流侧渗补给奥灰;其二为降水补给,凫山北缘及滋阳山的灰岩裸露区直接接受大气降水的补给;其三是上覆第四系水的下渗。
地下水的迳流方向基本与地表水迳流方向一致,由东北向西南,南部凫山的寒武系灰岩、奥灰裸露区接受的补给水,顺岩层的倾斜方向向北运动,与向南运动的水在露头附近汇合,形成强迳流带而入湖区。
地下水的排泄主要以泉的形式泄出地表或泄入湖区,但随着奥灰水开采量及矿井排水量的增加,区域范围内原有的地下水流场已发生较大的改变,人工排泄成为地下水的主要方式。
古城煤矿位于兖州煤田的东北部,矿井范围内主要地面水系有泗河、沂河,它们与第四系上组存在补给关系,与基岩含水层没有直接水力联系。
含水层
(一)第四系砂砾层松散孔隙含水层组
第四系主要由粘土、砂质粘土、粘土质砂及砂砾层组成,属冲积、湖积相沉积。
厚度157.50~218.60m,平均170.92m,其厚度变化从东北向西南逐渐变薄。
主要含水层为砂砾层,上部为黄褐色,结构松散,透水性好;下部为灰绿色,结构紧密,透水性较差。
第四系底部与基岩接触处大部为一层厚度不等粘土层,对第四系向基岩渗透起一定的阻水作用。
仅第2勘探线以南为砂层接触。
(二)下侏罗统砂岩含水层
本矿井侏罗系厚度大,厚0~607m,平均272.07m,分为上下两段,主要由中、细砂岩夹粉砂岩组成,属裂隙承压含水层。
未发现漏水,充水空间不发育。
根据8-1号孔抽水试验资料,水位标高为+40.07m,单位涌水量0.0943~0.1000L/s.m,水质类型为HCO3—K+Na·Ca型,矿化度0.247g/L,富水性弱。
(三)上组煤直接充水含水层
1、山西组3层煤顶底板砂岩裂隙含水层
3层煤顶板砂岩含水层由中细~粗粒砂岩组成,厚度0.92~39.69m,平均17.77m,底板砂岩厚约10m,属于上组煤直接充水含水层。
砂岩裂隙不发育,仅6-4孔钻进中漏水,根据精查阶段3-3、3-7、7-6三个钻孔抽水资料:
水位标高:
+41.61~+44.45m,单位涌水量:
0.000465~0.00117L/s.m,水质类型为HCO3—K+Na~HCO3·Cl—Ca·K+Na型,矿化度0.372~0.562g/L,其富水性较弱。
1.5矿井开拓系统
1.5.1采区数目
-1030m水平根据断层构造,自西向东划分为6个采区。
1.5.2采区位置
(1)F5-1断层以及-880水平保护煤柱以东和F14和F15断层与井田边界为31采区;
(2)轨道大巷保护煤柱以东至井田边界、F15断层保护煤柱以北至3DF202、3DF196和3DF191断层保护煤柱以南为32采区。
(3)运输大巷保护煤柱以东至井田边界、三水平延深斜井以北至F19和F19-5断层保护煤柱为33采区。
(4)F19断层保护煤柱以东至井田边界、F19和F19-5断层保护煤柱以北至F24和F25断层保护煤柱为34采区。
(5)F19-5断层保护煤柱以南至井田边界保护煤柱、3DF211以及3DF202和3DF196以及3DF191断层保护煤柱以北至井田边界为35采区。
(6)F24、F25和F19-5断层保护煤柱以北至井田边界为36采区。
1.5.3采区巷道布置
1)影响采区巷道布置的主要因素
(1)设计开采区域受村庄、公路以及断层的影响,几何形状不规整;
(2)煤层倾角平缓,一般为0~12°;
(3)煤层厚度较大,平均煤厚为9.3m;
(4)设计所在区域冲击地压较为严重,煤层埋藏较深。
2)采区巷道布置
根据以上影响因素,设计针对3层煤提出了两个采区巷道布置方案;
方案Ⅰ:
32采区沿煤层布置西北至东南方向的工作面,进行伪倾斜长壁仰斜开采;如图4.1、4.2所示。
方案Ⅱ:
32采区沿煤层布置北至南方向的近走向长壁工作面,用下山开采。
如图4.3、4.4所示。
图4.232采区巷道布置方案方案Ⅰ剖面图
图4.432采区巷道布置方案方案Ⅱ剖面图
1.6煤层开采方式
通过上述分析,近走向长壁采煤法布置比伪倾斜长壁采煤法布置施工工程量少,伪倾斜工作面连续推进距离较短,不有利于工作面接续;因此,结合矿井实际情况,采用方案II,即近走向长壁采煤法布置
1.6.1采区上部部车场
轨道大巷布置在岩层中,工作面顺槽布置在煤层之中,轨道顺槽与轨道大巷连接选用平车场。
1.6.2采区硐室
1)带式输送机硐室
皮带顺槽通过溜煤眼与-1030m运输皮带相连接。
2)变电所硐室
采区变电所布置在轨道大巷与运输大巷之间。
3)绞车房
采区绞车房采用半圆拱形,设有两个安全出口,即钢丝绳通道和绞车房风道。
4)其他硐室
轨道顺槽及掘进头均设防跑车硐室及信号硐室,带式输送机尾部设机尾拉紧装置硐室及水仓,下山每隔40m设一躲避硐室。
1.6.3采煤工作面的回采工艺
采煤工作面采用采煤机割煤,刮板输送机装运煤的综采放顶煤采煤工艺。
采煤面采煤机截深为0.8m,采煤面每割两刀煤,放一次顶煤,则放煤步距为1.6m,采煤面每割两刀煤、放一次顶煤完成一个循环。
具体工作面布置图如图4.5所示。
工作面进刀采用综采面自开切口,中部斜切留三角煤进刀方式。
综采面中部进刀方式特点是:
a采煤机割煤至工作面左端;b空牵引至工作面中部,并沿输送机弯曲段斜切进刀,继续割煤至工作面右端;c移直输送机,采煤机空牵引至工作面中部;d采煤机自工作面中部开始割煤至工作面左端,工作面右半段输送机移近煤壁,恢复初始状态。
1.7掘井方式
1.7.1掘进工作面个数
为保证三水平的正常生产接续,按照目前平均的掘进速度,投产初期共配备4个掘进工作面,其中1个为综掘工作面,其余均为普掘工作面;投产后期共配备8个掘进工作面,其中2个为综掘工作面,其余均为普掘工作面,回采与掘进工作面的采掘比为1:
4。
在实际生产过程中,应根据煤层开采条件的变化及回采的要求,合理增减掘进工作面的个数,以保证回采工作面的正常接续。
1.7.2掘进机械配备
(1)综掘工作面:
设备主要由综掘机、带式转载机、双向可伸缩胶带输送机、局扇、湿式除尘风机、单体锚杆机等组成。
设备配备详见表4.17。
(2)普掘工作面:
配备湿式气腿凿岩机、湿式煤电钻、耙斗装岩机、局扇、风镐、锚杆机、砼搅拌机和砼喷射机等设备。
设备配备详见表4.18。
1.7.3工作面接替与巷道掘进顺序表
本采区工作面进行下山开采,在工作面正常接替前,下一个工作面已经准备完毕。
工作面
编号
生产条件
面长×采高×进尺
可采
储量
/万t
月产
量/万t
2011
2012
2013
2014
2
4
6
8
10
12
2
4
6
8
10
12
2
4
6
8
10
12
2
4
6
8
10
3201
120×9.3×2100
234.4
8
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