专题-五阳矿大采高可行性分析.doc

1、专题部分五阳矿大采高可行性分析摘要：在分析目前应用于厚煤层开采的几种采煤法的优缺点及适用条件基础上，确定了厚煤层大采高一次全厚综采的采煤方法；针对五阳煤矿3#煤层赋存条件的特点，建立了采区煤层地质条件模糊综合评价模型，确定更为科学有效的评价因素隶属函数和权重，并根据综合评价值，将未来开采采区条件分为4级，使模型应用的针对性和时效性大为增强，应用效果更为满意。通过可行性分析可知：五阳矿七六、七八采区的综合评价均属于级，宜采用大采高一次全厚综采工艺开采。通过理论计算与分析，并结合实际生产地质条件，对3#煤层大采高综采面主要设备进行了选型与配套。研究成果可为类似条件下厚煤层开采提供借鉴。关键字: 厚

2、煤层；大采高综采；可行性分析；采区地质条件；模糊综合评价模型；设备选型1引言目前，在我国一次能量消费结构中，煤炭占75%以上。煤炭不仅是我国的基本燃料，又是重要的工业原料，电力、钢铁、石油加工、水泥、化学原料五大行业都离不开煤炭，因此，煤炭工业的发展直接关系到国计民生。为使我国能源战略持续稳定的发展，必须稳步高效地发展煤炭工业。我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一。据不完全统计，己知含煤面积约55000km2，探明总储量在9000亿t以上，居世界前列。自1989年，我国一直是世界第一大煤炭生产国和消费国，煤炭产量占世界煤炭产量的1/4以上，而缓倾斜厚煤层煤炭产量又占我国总产量的40%以上，我国

3、很多矿区赋存有3.56.0m厚的煤层，这类煤层在邢台、开滦、徐州、充州、淮北、阜新、双鸭山、义马、西山、铜川、阳泉等矿区均为主采煤层。随着市场经济的发展，煤炭工业日趋向大型化、集中化、高产高效方向发展，建设高产高效矿井，提高企业经济效益己成为煤矿企业的基本经营理念，尤其是市场经济的激励机制极大地促进了采煤技术与装备水平的快速发展。我国在引进国外大采高装备技术后，综采工作面日产量可达万吨，取得了举世瞩目的成绩。据目前国内外开采技术的发展，大采高综采是指采高在3.56.0m，工作面使用大功率双滚筒采煤机和重型刮板运输机割、运煤，用大吨位液压支架（支架工作阻力、单架支护面积和支架支撑高度大）控制顶板

4、，一次采全高的综采技术。其设备趋于大型化、重型化和自动化，其特点是技术先进、性能可靠、装机功率大、生产效率高。对于煤层倾角小于30的厚煤层（3.56.0m）开采，大采高综采与综放采煤法相比，具有下列优点：煤炭资源回采率高；煤炭含研率低；回采工作面煤尘、煤的自然发火和瓦斯涌出安全性好；对于34m不适宜综放开采的厚煤层，大采高具有工效高、成本低等优点。大采高综采与分层开采相比，具有下列优点：工作面生产能力大，有利于合理集中生产；回采工效和煤炭资源回收率高、巷道掘进率和维护量低；回采工艺和巷道布置简化，综采设备搬家次数少，搬家费用省，增加生产时间；节省材料（人工假顶材料等）和回采成本低等优点。高产高

5、效大采高综采生产能力大、回采率高、安全条件和经济效益好，是目前国内外厚煤层（3.56.0m）开采技术的主要发展方向之一，其优势使得其在国内外被广泛采用。山西省潞安环保能源开发股份有限公司隶属的五阳煤矿，地处潞安矿区北部，是一座国有大型矿山企业，始建于1956年，1963年正式投产，原设计生产能力为90万t/a，经19801985年的两次改扩建工程，于2003年矿井生产能力核定为150万t/a，山西省煤管局以统晋煤生字（1990）第1006号文件批准同意五阳煤矿扩大井田面积增加储量，将南丰详查区划归五阳煤矿开采。扩区后井田面积76.778km2，其中南丰扩区面积13.5 km2，新建的南丰风井投

6、入运行后，矿井通风系统发生较大变化，采掘生产能力进一步提高，2008年山西省煤炭工业局批复五阳煤矿核定矿井生产能力为300万t/a。从2003至2008年五阳矿利用综采放顶煤开采技术在煤炭产量上实现了大的飞跃，由2003年的150万t/a提高到2008年的300万t/a。近20年来，综放开采技术得到了快速发展，取得了一系列有价值的科研成果，为我国高产高效矿井建设作出了巨大贡献，五阳也利用综放开采技术在产量上实现了大的飞跃，但不可否认的是，综放开采尚有很多技术难题尚未得到根本性解决，如回收率低、煤尘大、自燃的危险性大等等。在大采高技术的优越性尚未被人们接受前，放顶煤开采技术无疑是五阳矿较为合理的

7、采煤方法，而大采高技术的发展，为五阳矿更合理、高效的开采所采厚煤层开辟了新的途径。论文根据五阳矿主要生产区（76、78采区）的地质情况，论述了该矿厚煤层（3#煤层）采用大采高开采的可行性，并给出了76采区7600大采高工作面设备配套选型方案。2大采高综采技术研究现状与发展2.1国外研究现状俄罗斯、德国、波兰、捷克、英国、日本等国从60年代开始就发展大采高综采技术。早在60年代，日本曾设计了一种5m采高并带中间平台的液压支架，获得了日本国家设计奖。德国早在1970年使用贝考瑞特垛式支架成功地开采了热罗林矿4m厚的7#煤层，德国拥有的大采高液压支架(简称高架)架型包括威斯特伐利亚BC-25/56、

8、赫姆夏特T55-22/60、蒂森RHS525-50BL及G320-23/45型大采高液压支架。20世纪70年代末，波兰利用3年时间在7个综采面装备了DOMA-25/45型两柱掩护支架，另外还开发了PLOMA系列两柱掩护式大采高支架，也取得了较好的使用效果；1983年美国在怀俄明州卡帮县1号矿采用长壁大采高综采技术开采厚煤层，采高达4.54.7m，日产量达6200t，工效达210360t/工；1980年前西德赫姆夏特公司开发出G550-22/60型掩护式支架，最大高度6m，在威斯特伐伦矿成功应用；捷克上西里西煤田已有10多个采煤工作面采高达4.5m；法国在洛林煤田的拉乌夫煤矿采用大采高综采技术；

9、1987年底，前苏联有47个综采面装备KM130-4型大采高支架，另外还研制了KM142型、YKM-4型、YKM-5型等大采高支架；澳大利亚在已探明储量中，有60亿t以上储量为厚度大于4.5m的煤层，常用长壁大采高综采技术，最大采高为4.5m。20世纪末期以来，高新技术不断向传统采矿领域渗透，美、澳、英、德等国家采用了大功率可控传动、微机工况检测监控、自动化控制、机电一体化设计等先进适用技术，研制出适应不同煤层条件的高效综采大型设备，实现了从普通综合机械化生产向高产高效集约化生产的根本性转变。目前，国外综采成套设备的生产能力已经达到3000t/h以上，以德国的DBT、Eick-hoff和美国J

10、OY公司为代表的国际采矿设备供应商，基本垄断了综采高端产品市场。美国新一代高产高效综采设备基本上实现了采煤工作面的半自动化，其中液压支架的发展尤为突出，据统计，美国长壁综采面中液压支架基本以掩护式为主，约占全部架型的96%，支架阻力平均在70008000kN，最大为9800 kN，6.0m高支架已逐步成系列化生产，美国大采高液压支架的发展趋势为向应用电液控制技是术两柱式掩护支架。2.2国内现状我国1978年从德国引进大采高综采设备，开始研究大采高综采技术，1984年在西山官地矿18202工作面首次采用全套国产大采高综采设备进行工业性试验。如图1-1所示，由于开采设备能力的限制、工作面设备的适应

11、性差、围岩控制技术研究相对滞后，1998年之前大采高综采面最高单产均在250万t/a以下，处于较低发展水平。1998年之后，大采高综采技术发展加速，特别是在神东矿区的成功应用，工作面单产水平大幅提高。2000年大柳塔煤矿采用JOY公司生产的6LS5型采煤机、DBT公司生产的WS1.7掩护式支架等全套进口设备，工作面最高单产803.4万t；2003年大采高综采面最高单产超过1000万t，达到了世界领先水平；2006年，晋城寺河煤矿2307工作面首次采用ZY9400/28/62型国产液压支架、德国Eickhoff公司生产的SL-500型采煤机，开采厚6.2m的煤层，平均月产66万t，最高月产78万

12、t；近3年来，大采高综采面最高单产均在1100万t/年以上，2008年补连塔煤矿采用德国Eickhoff公司的SL-1000型采煤机、国产ZY10800/28/63D型大采高液压支架，工作面单产达1180万t，万利一矿采用ZY8600/24/50D型液压支架，MG750/1815-GWD型采煤机等全套国产大采高综采设备，工作面单产1015万t。近年来，为适应我国煤矿综采机械化的发展，国内综采设备科研设计和制造企业已研制并开发出具有较先进技术水平的大功率电牵引采煤机、重型刮板输送机、电液控制强力液压支架和多点驱动大运力带式输送机。配套设备的生产能力达到15002500t/h，在适宜的煤层和矿井条

13、件下，综采工作面可实现年产300万t以上。图2-1 19942008年大采高综采面最高单产纪录天地科技股份有限公司研制成功的MG750/1815-GWD型交流电牵引采煤机，总装机功率达到1815kW；鸡西煤矿机械有限公司研制成功的MG800/2040-WD型电牵引采煤机，总装机功率达到2040kW；西安煤矿机械厂研制成功的MG750/1910-WD型和MG900/2210-WD型交流电牵引采煤机，总装机功率分别达到1910kW和2210kW。张家口煤矿机械制造公司、西北奔牛集团公司研制成功的SGZ1200/1575型刮板输送机，输送能力最大达到2500t/h，总功率达到1575kW。我国近期研

14、制成功了ZY8800/26/50型两柱掩护式液压支架、ZZ9900/20/45四柱支撑掩护液压支架。郑州煤机厂为神华上湾矿研制的ZY10800/28/63型两柱掩护式液压支架，整体结构强度高，调高范围2.86.3m，支护高度最大可达到6.3m，工作阻力10800kN，立柱缸径400mm，采用电液控制技术，寿命试验达5.8万次以上。我国新研制开发的新型大采高综采装备技术参数已经接近国外先进水平，综采工作面年产能力达到300万t以上。2.3大采高综采技术发展趋势综合分析国内外相关文献，可以看出大采高综采技术的发展，主要呈现以下趋势：（1）采高持续增大，大采高的开采高度由最初的3.5m到现在的6.0

15、m左右，随着7.0m高性能液压支架的研制成功，采高将持续扩大，大采高综采技术的使用范围进一步推广；（2）由赋存结构相对简单的神东、晋城等矿区向赋存结构复杂的两淮、潞安、阳泉、西山等矿区推广，两淮、阳泉、潞安等矿区对6.0m左右的松软厚煤层正开展大采高综采技术的试验。（3）采煤机的选型上以宁大勿小为原则。近年来，采煤机的截割速度一直在增加，目前采煤机的截割速度一般在1215m/min，一些新研究开发出来的采煤机的截割速度达到了2436m/min；截割功率、牵引功率更高更大，总装机功率将超过2400kW。（4）工作面液压支架工作阻力更高、单架支护面积更大，设计手段更先进，设计使用寿命要大于6000

16、0个循环。为满足采煤机截割深度大于1000mm的要求，增加支架顶梁的长度，以维护工作面顶板，防治冒顶；液压支架的宽度有1.5m和1.75m两种，从目前看还有加大的余地，支架中心间距可达到2000mm，可以增加大采高支架的稳定性，以满足增加支撑力的要求。（5）随着采高、工作面长度及生产能力的不断增长，工作面输送机链的直径也不断增大。刮板输送机的输送长度达到300m，小时运输量可达到5000t，输送机溜槽宽度、链条直径、总装机功率等都要增加，链条直径达到48mm以上，总装机功率达到3200kW，供电电压可达到4160V。3五阳矿概况3.1矿井地理位置山西潞安环保能源开发股份有限公司五阳煤矿位于长治市襄垣县境内，地理坐标为东经11258251130509，北纬362646363347。井田范围南以文王山北正断层为界，北至西川正断层，东起 15-3#煤层露头线及经线38418000，西至经线3