采矿系统工程

采矿系统 《采矿系统工程》 — —期中考核作业 姓名:**** 班级:***** 学号:12345678 煤矿工作面长度及采区走向长度的优化 摘要:煤矿开采的对象是条件各异的煤炭资源，开采技术随煤层赋存情况不同而有很大的差异，而在一定的地质开采技术条件下，怎样去布置采区准备巷道以及在什么范围内布置，又有多种方式，所以开采设计是否合理将直接影响矿井的开采成本，结合矿井的实际，优化开采设计可从根本上扭转生产的被动局面，为安全生产提供系统保障。 在煤炭的开采过程中，采区的工作面长度、走向长度是采区的重要参数，因此，在开采过程中，必须对走向长度进行合理的优化，以提高采煤效率，提高经济效益。 关键词:煤矿开采 工作面长度 走向长度 优化设计 采区走向长度，单翼采区布置与工作面连续推进长度大致相同，双翼采区布置时与两倍工作面连续推进长度大致相同，要根据采区的煤层地质条件、开采机械化水平、采准巷道布置方式和技术经济效果决定。加大采区走向长度能相对减少采区上(下)山、车场和酮室的掘进量;减少上(下)山煤柱和采区间煤柱的损失;减少采煤工作面搬迁次数;增加采区储量和服务年限;对保持工作面错距，增加采区生产能力有利;对采区和矿井的合理集中生产有利，而加大到什么程度，要依据采区的具体条件确定。 一、采区走向长度的影响因素 1.1采区走向长度的地质影响因素 采区走向长度在一定程度上受煤层地质构造限制，如煤层受较大的倾向或斜交断层切割，煤层有变薄带、冲刷带或煤层倾角和厚度急 剧变化，或岩浆岩侵入煤层形成较厚的岩墙等。采煤工作面通过这些地带，既有困难，还不安全，落差较大的倾向断层或斜交断层，不但采煤工作面不好通过，还要留一定尺寸的保护煤柱。为减少无效进尺、开采困难和煤柱损失，要充分利用这些条件作为采区边界，尽可能使采区有合理走向长度。 在地面存在建筑物、村庄、铁路、河流、湖泊、水库，井下需留设煤柱时，也要尽可能利用这些煤柱边界作为采区边界。在因构造及留设煤柱等原因使采区走向长度较短时，为保持采煤工作面有一定的连续推进长度，可在采区一侧布置上山，成为单翼采区。 煤层顶底板的岩性对采区走向长度也有重要的影响，在煤层顶底板较为破碎时，若采区走向长度较大，缺乏有效的支护手段或不适合布置区段岩石集中平巷时，区段平巷维护就比较困难，这不仅增加了区段平巷的维护费用，还可能因维护状况不好而影响区段平巷的运输。在此情况下，就要适度缩短采区走向长度，煤层的自燃倾向性也影响采区走向长度，开采发火期短的煤层，其采区一翼不适合过长。 1.2采区走向长度的技术影响因素 技术因素主要涉及区段巷道的运输掘进通风、供电和采煤机械化程度。区段平巷内采用刮板输送机运煤时，采区走向长度不可太大，通常在 )800-1000m之间。这时采区一翼在400-500m之间，需要 4-5 台刮板输送机串联使用。在区段平巷或集中巷采用胶带输送机运煤时，一台输送机铺设长度可达500-1000m，采区一翼长度可达500-1000m双翼采区的走向长度可达1000-2000m甚至更长。区段平 巷采用单巷掘进时，受掘进通风限制，采取措施后采区一翼长度通常能达到 1000m。 供电对采区走向长度的影响在于供电电压等级和供电方式要采用升高电压的措施或采用移动变电站供电系统。 缓(倾)斜煤层，在地质构造简单，煤层稳定，在不受地质环境等限制时，普采的双翼采区，其走向长度通常在1000-1500m。 1.3采区走向长度的经济影响因素 合理的采区走向长度，不仅要求技术上可行，还应在经济上合理，使吨煤费用较低。采区走向长度的变化引起采区巷道的掘进费、维护费、通风费、工作面搬家费及工作面成本的变化。采区上(下)山，采区车场和硐室的掘进费和相应的机电设备安装费会随采区走向长度的增大而减少;区段平巷的维护费随采区走向长度增加而增大;区段平巷的掘进费与采区走向长度变化无关。所以，存在着在经济上合理的采区走向长度。 1.4采区走向边界的确定 采区走向边界的划分要结合井田开采范围，充分考虑自然条件或地质条件对采区走向长度的限制，并在已有的开拓部署内进行合理的调整。在煤层受某种自然条件限制时，落差较大的断层切割，煤层有变薄带、局部不可采、或有向、背斜构造，或涉“三下一上”采煤需留置安全煤柱，在此情况下，要充分利用自然条件作为采区的边界，在保证采区走向长度合理的条件下划分双翼或单翼采区。一些煤矿的生产实践，煤层地质条件复杂的矿井，采区也应有较大的有利的采区 尺寸，以便为受自然条件限制、分割的煤层块段内布置巷道，形成完善的采煤生产系统、扩大采区储量、发挥采区设备和设施的作用，为节省巷道工程量创造条件。 顶板破碎、巷道维护困难，地质构造复杂或自然发火期短的煤层以及装备水平低的小型矿井，采区走向长度要适度缩短。 煤层赋存稳定，地质构造简单，在不受自然条件限制的条件下，要按技术上能够达到的采区走向长度和经济上合理的采区走向长度来确定采区走向边界，采区间垂直划分，其境界线与煤层倾斜线要趋于一致。 对近水平煤层，采区境界线应方便工作面布置，防止出现不规则的犬齿状和较难开采的三角煤，在开采多煤层的条件下，上下煤层(组)相互采动影响时，为防止出现复杂的压茬关系而造成上煤层(组)采后下煤层(组)开采困难，上下煤层(组)的采区划分要一致。 多水平开采的矿井，因下水平的回风、运料常利用上水平的采区石门或上山等巷道，划分下水平采区时，应照顾上水平的巷道布置现状，上下水平的采区石门和采区上山应相互对应，上下水平的采区划分应一致。 与走向长度影响因素类似，采煤工作面长度即采煤工作进行的场所，在整个开采过程中，采煤工作面是主要的作业场所。采煤工作面长度的主要影响有因素地质影响因素、技术影响因素、经济影响因素。 下面以济宁二号煤矿煤层开采工作面参数进行工作面长度、采区走向长度的设计与优化。 二、济宁二号煤矿实例 2.1煤层赋存条件 煤 3上，黑色，以亮煤为主，夹少量暗煤条带，玻璃光泽。工作面煤层产状变化大，煤层倾角 2?-5?，平均 5?，煤厚 1.2-2.0m，平均1.8m。 2.2煤层结构复杂 其结构复杂，含一层厚0.2m左右的泥岩夹矸，煤层普氏系数一般在 2.1左右，为软、中等硬度煤层，走向长度477.42m，倾向长132m。 2.3济宁二号煤矿三上煤层顶、底板条件 基本顶:中砂岩，厚 9.95-16.5m，平均13m;灰白色，成份以长石、石英为主，泥质胶结，含少量暗色矿物，岩性坚硬，=B0C5%通过已开采揭露情况判定，该基本顶大部分为?级来压显现明显顶板，局部为?级来压显现强烈顶板。 (1)直接顶砂岩，厚1.08-6.0m，平均3.6m;灰黑色,分以石英为主，长石次之，致密性脆，含植物根部化石碎片，通过已开采揭露情况判定，该直接顶为2类中等稳定以下直接顶。 (2)基本底砂岩，厚1.9-5.5m;灰黑色，波状层理，性脆易破碎。 该煤层起伏变化较大，宽缓褶曲发育。东部煤层走向近南北向， 倾向东，西部煤层走向 NE向，倾向SE向，总体趋势为北部高、南部低、西部高、东部低。 2.4工作面长度的确定 按照兖矿集团的生产组织及管理$技术水平，年生产月按10个月，年工作日300天计;“三、八”制作业方式，平均每班生产时间6.5h;采煤机截深0.8m计。 工作面产量目标分解如下: 表一:工作面年产量150万t目标分解表 目标 年产(万t) 月产(万t) 日产(万t) 产量 150 15 0.5 表二:工作面年产量100万t目标分解表 目标 年产(万t) 月产(万t) 日产(万t) 产量 100 10 0.334 工作面长度L的选择: (1) 按工作面年产量150万t计: 工作面日进尺m=3n×B截深 n—每班进刀数，取n=6; B=截深，取B=0.8m; 故:m=3×6×0.8=14.4m L=Q日/(m×H×γ×η) γ=煤质容量，取1.37 η=回采率，取0.98 则经计算:L=258.6/H (2) 按工作面年产量100万t计: 工作面日进尺m=3n×B截深 n—每班进刀数，取n=6; B=截深，取B=0.8m; 故:m=3×6×0.8=14.4m L=Q日/(m×H×γ×η) γ=煤质容量，取1.37 η=回采率，取0.98 则经计算:L=172.2/H 由上式计算可得:工作面长度 L-H采高的关系表: 采高H分别取:H2.2=2.2m，H1.5=1.44m，H1.2=1.2m时，工作面的长度下限见表三 表三:工作面年产量150万t目标分解表 采高H 2.2m 1.44m 1.2m 工作面斜长L 118m 179m 216m 表四:工作面年产量150万t目标分解表 采高H 2.2m 1.44m 1.2m 工作面斜长L 79m 120m 145m 根据济宁二号煤矿布置方式及条件，平均采高1.44m，工作面长度为120-140m。 2.5工作面走向长度确定 (1)按工作面年产量150万t计: 单一工作面走向长度L走: L=L走/(m×H×γ×η) L=150×1000/(L×H×γ×η)=1500000/(130×H×0.98×1.37) 得L走=8595/H (2)按工作面年产量100万t计: 单一工作面走向长度L走: L=L走/(m×H×γ×η) L=100×1000/(L×H×γ×η)=1000000/(130×H×0.98×1.37) 得L走=5730/H 由上式可得:工作面走向的长度L走-采高H关系表如下: 采高H分别取:H2.2=2.2m，H1.5=1.44m，H1.2=1.2m时，则所需单一工作面走向长度下限见表五: 表五:按单一布置工作面走向长度下限表 走向长度 采高 工作面斜长 年产100万t 年产150万t 2.2 130 2605 3907 1.44 130 3979 5969 1.2 130 4775 7163 由上表可以看出，按达产目标核算，基于济宁二号煤矿条件，单一工作面走向长度过长。 按年生产月10个月，年工作日300天，搬家时间按60天计算，两套设备保一个综采队生产，工作面数量拟布置5个合适。 表六:按年布置5个工作面走向长度下限表 走向长度 采高 工作面斜长 年产100万t 年产150万t 2.2 130 521 781 1.44 130 796 1193 1.2 130 955 1432 2.6济宁二号煤矿煤层工作面参数的优化确定 由以上分析优化可知，结合济宁二号煤矿的地质条件，工作面参数如下表七: 表七:济宁二号煤矿煤层工作面的主要参数表 倾角 采高m 工作面斜长m 截深m 走向长度m 2?-10? 1.2-2.0 132 0.8 447.42 结语:通过对1.2-2.0m煤层工作面参数的设计与优化，在较薄煤层开采中发挥了重要作用，使得工作面劳动组织、管理水平大幅提高，发挥出了工作面成套设备的最佳能力和作用，大幅提高了生产效率，提高了工效，减少了人员、工作面整体生产、水平、安全状况、工程质量都有了明显改观，为提高该条件下工作面综合管理水平和生产水平具有重要的现实意义，同时，也为我国类似煤层条件的工作面设计 提供了示范。 参考文献:[1] 马永欣, 郑山锁. 结构试验. 北京: 科学出版社, 2002. 8 何 华. 复杂地质条件下煤与瓦斯突出矿井优化设计. ,2, 张荣立，何国伟，李 铎. 采矿工程设计手册,R,. 北京: 煤炭工业出版社 ,3, 采矿设计手册编辑部. 采矿设计手册( 矿床开采卷),R,. 北京: 中国建筑工业出版社 [4]启源, 谢金星. 数学模型 [M ]. 3版. 北京: 高等教育出版社,2003: 82- 121 . [5] 轩 涛 济宁二号煤矿煤层开采工作面参数的设计与优化 《煤矿现代化》 2009-5-28 [6] 寇纪淞, 林丹, 等. 遗传算法的基本理论与应用 [M ].北京: 科学出版社, 2002 : 137- 185.