第四章采区布置及装备

第四章采区布置及装备-57-第四章采区布置及装备第一节采煤方法一、首采区地质构造及煤层赋存特征1、首采区位置一采区位于工业场地东南侧，北以工业场地保护煤柱和村庄保护煤柱为界，南以F45、断层和村庄保护煤柱为界，东以F51断层和村庄保护煤柱为界，西以F50、F14、F57断层为界。南北（走向）长约2900m，东西（倾斜）宽650～1300m，面积2.5km2。采区计算可采储量1174.3万t，服务年限18.6a。2、采区地质构造首采区形态类似一个不完整背斜的转折端，总体为向东倾伏的单斜构造，受F50、峄山断层等的影响，局部发育次一级褶曲，区内断裂构造发育，对开采影响较大的断层有11条，其中落差大于50m的走向断层有4条，其中落差大于30m的走向断层有2条；落差大于30m的倾向断层有3条，落差大于20m的倾向断层有2条（详见表4-1-1）。另有落差小于10m的断层20条，对开采有一定影响。表2-5-1一采区断层一览序号名称性质落差（m）断层产状控制程度备注走向倾向倾角(°)1F57正28～145SNW32～50可靠走向断层2F59正0～166SNE50～60可靠走向断层3F60正5～105SNNW-W31～50可靠走向断层4F61正0～123SNE55～65可靠走向断层5DF38正26～80NNESEE60～65可靠走向断层6DF65正0～33NNE~NESEE-SE65～70可靠走向断层7F14正0～37NWSW40～60可靠倾向断层8F57-1正10～68NWSW50～55可靠倾向断层9F1-3正0～47SN~EWE-N60较可靠倾向断层10DF93正0～23EW~NWS-SW60较可靠倾向断层11DF102正10～25EW~NES-SW60可靠倾向断层山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-58-3、煤层赋存特征采区内含可采煤层两层，分别为2上、3煤层。其中3煤为主采煤层，厚度在5.95m～8.09m之间，平均厚度为7.26m，煤层倾角一般在16～25°，平均在21°，计算可采储量为965.3万t；2上煤层厚1.03～1.65m，平均1.10m。煤层倾角一般在20°左右，计算可采储量为209.0万t；两煤层间距26.9～31.4m，平均29.1m。4、煤层顶底板岩性3煤直接顶以砂质泥岩、泥岩、粉砂岩为主，个别孔为细砂岩，砂质泥岩、粉砂岩抗压强度为55.11～94.83MPa，孔隙率1.9～4.5%,泥岩的抗压强度为48.15MPa，属中等稳定～稳定顶板，根据临近生产矿井资料，顶板冒落性能为中等冒落的顶板；老顶为灰白色硅泥质胶结的中、细砂岩，较硬，抗压强度为55.11～94.83Mpa。底板以泥岩、砂质泥岩为主，孔隙率2.3～3.8%,厚度0.99～2.46m，据生产矿井资料,底鼓的可能性很小。2上煤层顶底板直接顶以砂质泥岩、粉砂岩为主，厚0.55～6.80m，局部为中砂岩，个别孔见有0.40m的泥岩伪顶，老顶为灰白色中细砂岩。底板以泥岩、砂质泥岩为主，厚0.50～2.55m，有时具0.23～0.40m的炭质泥岩伪底。根据生产矿井实际，2上煤层顶底板属不稳定～较稳定顶底板。二、采煤方法及工作面装备1、采煤方法选择经对本井田地质构造、煤层赋存状况及顶、底板岩性等条件的分析，本井田煤层厚度较大，断裂构造发育，对本井田开采影响加大，因此寻求一种适合本井田地质条件的采煤方法是十分必要的。设计对采煤方法提出了长壁开采和短壁开采两个方案，经方案比较，并参照临近类似矿井（古城、葛亭等矿井）开采的成功经验，设计推荐采用走向长壁式采煤法，后退式回采，全部冒落法管理顶板。2、回采工艺的选择本井田地处兖州煤田的深部，主采煤层3煤为缓倾斜厚煤层，全井田3煤厚度在4.59～9.25m之间，平均厚度7.15m，属于结构简单全区可采的较稳定煤层。首采区3煤厚度在第四章采区布置及装备-59-5.95m～8.09m之间，平均厚度为7.26m，煤层倾角一般在16～25°，平均在21°，计算可采储量为1672.2万t。3煤直接顶为砂质泥岩，厚2m左右；老顶为灰白色含矿物较多的中、细粒砂岩。底板为厚5～7m的具有清晰波状层理及生物扰动痕迹的细砂岩，有时相变为灰黑色砂质泥岩。本井田3煤厚度和顶底板条件与兖州矿区类似，不同之处是本井田埋藏深度大，断裂构造发育，寻求一种适合本井田实际情况的采煤工艺和技术装备，将关系到矿井建成后持续、稳定、协调发展和矿井生产的经济效益。在目前技术水平条件下，设计提出了两个与矿井地质和3煤层赋存条件基本相适应的技术装备方案：方案一：综采放顶煤工作面装备方案。矿井装备一个综采放顶煤工作面，一次采全高，工作面生产能力较高。方案二：高档普采装备方案，矿井装备一个采区一个高档普采工作面，煤层分层开采，工作面生产能力可达到45万t/a。根据邻近的兖州矿业集团所属的兴隆庄矿、东滩矿和鲍店矿的经过几年的研究、探索和实践，3煤（厚煤层）采用综合机械化放顶煤开采技术取得了系统完整的成果，实现了缓倾斜厚煤层开采技术的重大突破，在兖州矿区已发展成为一种成熟的采煤技术，而且给兖州矿区带来了巨大的技术经济效益。主要体现在：（1）工作面单产水平大幅度提高，随着回采工作面的减少，实现了高度集中生产；（2）井下生产系统大大简化，巷道掘进率大幅度降低，降低了材料消耗；（3）回采工作面底板管理有了实质性好转；（4）工作面设备安装和搬迁次数大为减少；（5）提高综放工作面、采区回采率的技术研究取得较大进展；（6）攻克了综采放顶煤开采瓦斯涌出量大、粉尘浓度大、煤层自燃现象严重等一系列技术难题。鉴于综采放顶煤开采技术在兖州煤田具有较强的适应性，而且经济效益显著，工作面单产水平高，为矿井发展留有余地，在目前开采技术条件下，推荐工作面采用综采放顶煤装备。山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-60-与综采放顶煤工艺相比，方案二（高档普采分层开采工艺）具有以下不足之处：（1）工作面单产水平较低；（2）井下生产系统复杂，巷道掘进率较高，材料消耗量大，生产成本高；（3）回采工作面顶板管理较困难；（4）工作面设备安装和搬迁次数较多。综上所述，本矿井3煤开采推荐采用方案一，即综采放顶煤回采工艺。对于2上煤层的开采，设计根据煤层赋存情况和煤层间距，推荐采用与3煤联合开采的方案，同时回采的工作面错距，按下式计算：bLtgMXmin式中：Xmin——上、下煤层工作面的安全错距，m；M——两煤层间距，m；δ——层间岩石移动角，取70º；L——附加备用距离，一般为下煤层工作面的一个月推进距离，m；B——上煤层工作面的最大控顶距，m。实际生产中，工作面错距根据生产经验确定，一般不小于60m。条件允许的情况下，可考虑采用上行法开采。3、工作面装备本矿井一水平煤层厚度较大，断裂构造发育，使综采放顶煤长壁工作面的布置受到一定限制，因此，寻求一种适合本矿井地质条件的开采工艺及装备是十分必要的。根据有关资料，一种适合于村庄下煤层、残留煤柱等60m以下短壁工作面的MG250/300-NWD短壁采煤机已由天地科技股份有限公司上海分公司研制成功，此系列短壁采煤机可高效率用于综采、综放短壁工作面。目前，此短壁采煤机已在大同煤矿集团四台矿、兖矿集团的杨村矿等矿井投入使用。经分析比较，本矿井3煤对于短壁工作面和短壁采煤机有一定的适应性，而且这种采煤装备在临近矿井有成熟的经验，因此，本设计暂推荐采用综采放顶煤短壁采煤机装备。建议在下阶段，应根据采煤技术装备和工艺的发展情况，在充分调研的基础上，对采煤技第四章采区布置及装备-61-术装备和工艺作进一步分析论证，力求寻求一种适合本矿井地质条件的开采工艺及装备。矿井达到设计生产能力时，布置一个综采放顶煤工作面，工作面装备MG250/300-NWD型短壁采煤机，配套SGB-764/264型前、后部可弯曲刮板输送机，SZB-764/132型转载机。对于工作面液压支架，借鉴兖州矿区综采放顶煤工作面支护的成功经验，结合本井田3煤顶板岩性及顶板管理方式，考虑到本矿井采深较深，地压较大，预计工作面来压较强烈，故综放面选用支撑掩护式低位放顶煤支架。支架所需支护强度计算如下：用估算法确定：3108.9)1(nKrMP(MPa)58.0108.92.2)13.1(7.20.33式中：P──支架支护强度，MPa；M──最大采高，取3.0m；r──煤层顶板岩石容重，取2.7t／m3；K──顶板岩石碎胀系数，取1.3；n──考虑老顶周期来压不均衡的安全系数，取2.2。按经验公式计算：P=α×M×r×9.8×103=8×3.0×2.7×9.8×103=0.64（MPa）式中：α──顶板岩柱相当于采高的倍数，取8。根据以上计算结果，考虑本井田煤层赋存深度较大、断裂构造发育等特点，综采放顶煤面选用ZFS5200／16／32型支撑掩护式低位放顶煤液压支架，支护强度不低于0.75Mpa。端头液压支架选用ZT4700/20/40型端头支架，支护强度不低于0.70Mpa。运输顺槽选用SQJ-150型可伸缩胶带输送机运煤，运量630t/h，轨道顺槽选用山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-62-SQ-1200/55型顺槽连续牵引车和JD-25型调度绞车担负辅助运输。三、工作面参数及年产量1、采高及放高首采区3煤厚度在5.95m～8.09m之间，平均厚度为7.26m，煤层倾角一般在16~25°，平均在21°，属于结构简单全区可采的较稳定缓倾斜厚煤层，放顶煤开采设计采高为3.0m，采放比控制在1.0～2.0之间。2、工作面长度根据兖州矿区综采放顶煤工作面长度研究成果，综放工作面最较适合长度为100m～200m。鉴于本井田断裂构造发育，工作面的布置受到限制，为使工作面的布置具有较强的灵活性和便于工作面的接替，设计确定工作面长度为60~110m。3、综放工作面回采率据调查，兖州矿区综放工作面回采率一般为0.80～0.85，鉴于本矿井地质构造较复杂，本矿井综放面回采率取0.80。4、工作面产量根据以上工作面参数，达到设计产量时回采工作面生产能力时，工作面产量计算如下：A=L×m×l×r×α式中：L——工作面年推进度；m——工作面平均采高，7.26m；l——工作面长度，100m；r——3煤层容重，1.39t／m3；α——工作面回采率，0.80。当工作面年推进度为500m时，回采工作面年产量为：A=540×7.26×100×1.39×0.80=435948t=43.6万t另外加上约6％的掘进煤，矿井年产量可达46.2万t。当工作面年推进度为1100m时，回采工作面年产量为：第四章采区布置及装备-63-A=1100×7.26×100×1.39×0.80=888043t=88.8万t另外加上约6％的掘进煤，矿井年产量可达94.1万t。山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-64-第二节采区布置一、首采区概况根据矿井设计生产能力和矿井开拓部署，以一个采区保证矿井生产能力。1、首采区位置选择首采区位置的选择宜根据井田开拓部署，选择在储量可靠、开采条件好，并靠近工业场地保护煤柱边界线的块段。根据矿井开拓部署，将F50断层以东至井田边界之间的块段，扣除断层煤柱、高速公路保护煤柱、工业场地保护煤柱、村庄保护煤柱等保护煤柱，剩余部分作为首采区。选择该块段作为首采区具有以下优点：（1）首采块段勘探程度高，储量可靠，全井田勘探中的全部A+B级（1142.6万t）储量，都在本块段；（2）煤层赋存深度浅，煤层埋藏深度大部分在-650m～-1000m之间，有利于一水平（-870m水平）的开拓开采；（3）煤层赋存稳定，煤层厚度大，该块段煤层厚度在5.95m～8.09m之间，平均厚度为7.26m，有利于综采工作面开采；（4）靠近工业场地保护煤柱，可减少初期井巷工程投资和设备投资。同样，该块段也存在一些明显的不利因素：（1）断裂构造发育，首采区内对开采影响较大的断层有13条，其中落差大于30m的走向断层有6条，落差大于20m的倾向断层有7条。另有落差小于10m的断层20条，对开采有一定影响；（2）煤层倾角大，一般在1