第二讲 煤矿生产和建设基本知识

第八章地面运输煤矿生产和建设基本知识第一节矿区建设情况滇东矿业分公司是滇东能源公司同法人的分支机构，负责对滇东公司老厂矿区内煤矿进行专业化管理，公司规划未来在老厂矿区建设五对矿井：富源一矿（白龙山煤矿）300万吨/年、富源二矿（细冲煤矿）240万吨/年、富源三矿（鲁依煤矿）240万吨/年、富源五矿（雨汪煤矿）300万吨/年、富源六矿（雨汪二号井）180万吨/年。目前，富源一矿在建，富源五矿于4月9日停工整顿，富源六矿于3月29日停建，富源二矿、三矿正在做前期准备工作。第二节煤矿地质基础知识建设项目的组成和分类：项目＞单位工程＞单项工程＞分部工程＞分项工程＞工序项目：矿井工程建设程序工程建设程序指建设项目从策划、勘察设计、建设准备、施工、生产准备、峻工验收到考核主评价的全过程。工程建设程序分为若干个阶段，其有严格的先后次序，可以合理交叉，但不能任意颠倒。一、策划决策阶段(前期)：1、编报项目建议书(立项)2、项目可行性研究报告：初步可行性研究和与详细可行性研究二、勘察设计阶段1、勘查阶段：探明煤炭资源赋存情况和开发技术条件进行的地质勘查，是煤矿建设的基础。勘探可分为找煤、普查、祥查、精查四个阶段。第八章地面运输找煤：是在煤田预测或区域地质调查的基础上进行的，主要任务是寻找煤炭资源，并对储煤地区有无进一步普查的价值进行评价。普查：在找煤的基础上对已有勘探价值的地区进行的，主要任务是对储煤地区有无开发价值作出评价，为煤炭工业的远景规划和下一阶段的勘探工作提供资料。祥查：在普查的基础上，根据煤炭工业规划的需要，选择资源条件好，开发比较有利的地区进行的，主要任务是为矿区建设开发总体设计提供地质资料。精查：是在矿区开发建设总体设计、井田划分已确定的基础上进行的，主要任务是为矿井初步设计提供地质资料。2、设计阶段：方案、可研(前期)、初设及安全专篇、施工图设计三、建设(施工)准备阶段：施工单位及监理单位招标及合同签定、施工队伍、监理等管理人员及设备进场、施工图纸会审、四通一平、施工组织设计、作业规程编制、报监理审批、业主备案及贯彻四、工程组织施工阶段：工程进度、质量、安全、投资控制每月度进行质量验收。平时业主委托监理对每一道工序进行验收。由月度验收由监理工程师组织，业主监督、施工单位参加，按照设计及国家验收规范进行验收。月度资料：自检、隐蔽工程、材料报验、五、生产准备阶段：矿井基本建设完成后，移交生产。第三节煤矿地质基础知识一．煤层埋藏特征（一）煤层顶板、底板通常把煤层上覆的岩层叫顶板，把煤层下方的岩层叫底板。煤层顶板按其与煤层的相对位置和开采过程中垮落的难易程度，可分为伪顶、直接顶和老顶。煤层底板可以分为直接底和老底。老顶位于直接顶之上厚而坚硬不易垮落的岩层，在采空区维持很大的悬顶面积，一般为砂岩、砾岩等。直接顶直接位于伪顶或煤层之上一层或几层，随回柱移架自行垮落的岩层，一般为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩等。伪顶直接位于煤层之上，极易垮落的薄层岩层，厚度一般小于0.5m，随落煤垮落，一般为泥岩、碳质泥岩等。直接底直接位于煤层之下的的岩层，一般为泥岩、砂质泥岩或粘土岩。老底位于直接底之下比较坚硬的岩层，一般为砂岩、灰岩等。（二）煤层的形态和结构1、煤层的形态层状煤层呈层状分布，厚度变化不大。第八章地面运输似层状煤层形状像藕节、串珠、瓜藤等，层位上有一定的连续性，但厚度变化较大。非层状煤层形状像鸡窝、扁豆等，层位上连续性不明显，常有大范围尖灭。2、煤层的结构根据煤层中有无比较稳定的夹矸，可将煤层分为简单结构煤层和复杂结构的煤层。3、煤层的产状要素煤层走向：煤层层面与水平面的交线成为走向线，走向线的方向就是煤层的走向。煤层倾向：在煤层层面上，与走向线垂直且向下延深的直线叫倾斜线，倾斜线的水平投影所指的方向称为煤层的倾向。煤层倾角：煤层层面与水平面所夹的锐角称为煤层倾角。近水平煤层：＜8°；缓斜煤层：8°～25°；倾斜煤层：25°～45°；急倾斜煤层：＞45°。4、煤层的厚度煤层的总厚度：煤层顶底板之间的垂直距离，包括夹矸层在内的厚度。煤层的有益厚度：去处夹矸层之后的厚度。薄煤层：＜1.3m；中厚煤层：1.3～3.5m；厚煤层：＞3.5m；特厚煤层：大于6m。二、地质构造（一）褶皱构造煤层受地壳运动水平应力的挤压作用，发生弯曲变形，但仍然保持其连续性的构造形态。褶曲构造的一个弯曲称为褶曲。褶曲的要素：核部-褶曲的中心部位；翼部-褶曲核部两侧的岩层；轴面-平分褶曲的假想面；见附图。轴-轴面与水平面的交线。枢纽-褶曲中某一岩层面与轴面的交线。背斜：中部向上弯曲的褶曲，核部为老地层、两翼为新地层，新地层对称重复出现；向斜：中部向下弯曲的褶曲，核部为新地层、两翼为老地层，老地层对称重复出现。见附图。（二）断裂构造在地壳运动过程中，当地应力超过煤岩层的极限强度时，煤岩层将发生断裂，形成断裂构造。分为两种：节理(裂隙)：断裂面两侧的煤岩体没有明显相对位移的断裂构造。断层：断裂面两侧的煤岩体有明显相对位移的断裂构造称为断层。1、断层要素第八章地面运输断层面：断开的煤岩体发生相对位移的断裂面。断层面有的是平的，多数是曲面。用断层面的走向、倾向和倾角来描述断层面的空间位置。断盘：断层面两侧的煤岩体称为断盘。上盘：位于断层面上方的煤岩体；下盘：位于断层面下方的煤岩体。断距：断层两盘沿断层面相对位移的距离叫断距。常用水平断距和垂直断距。断盘上任一点发生位移而错开为两点，这两点相对位移的实际距离的垂直投影为垂直断距(落差)。见附图。2、断层分类正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层。见附图。逆断层：下盘相对下降，上升上盘相对下降上升的断层。见附图。平推断层：断层两盘沿断层面走向发生水平移动的断层。3、断层对煤矿安全生产的影响1)断层带岩石破碎，裂隙发育，易冒落，给顶板管理带来一定困难。2)较大的断层容易充水，导水，采掘过程中遇充水、导水断层容易造成水灾。3)断层破碎带容易积聚瓦斯，采掘过程中遇断层时容易造成瓦斯突出。4)断层破坏了煤层的连续性，给安全生产带来不利因素。三、矿井储量及采区回采率1、地质储量：（精查）勘探地质报告提供的储量；分为能利用储量和暂不能利用储量。2、工业储量：（精查）勘探地质报告提供的能利用储量中A、B、C三级储量。3、矿井设计储量：工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有地面建筑物和构筑物煤柱等永久性煤柱损失量后的储量。4、矿井设计可采储量：矿井设计储量减去工广煤柱，井下主要巷道及上下山煤柱后与采区回采率的乘积。厚煤层不小于75％；中厚煤层不小于80％；薄煤层不小于85％。四、矿井设计生产能力和服务年限矿井设计生产能力应根据资源条件，开采技术条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素经多方案比较或系统优化后确定。大型矿井为1.2、1.5、1.8、2.4、3.0、4.0、5.0、6.0Mt/a及以上；中型矿井为0.45、0.6、0.9Mt/a；小型矿井为0.3Mt/a及以下。第八章地面运输矿井生产能力按照年工作日300d计算，每天净提升时间14h计算。矿井设计生产能力（Mt/a）矿井设计服务年限（a）第一开采水平设计服务年限（a）α＜25°α＝25～45°α＞45°6.0及以上80403.0～5.070351.2～2.4603025200.45～0.950252015在计算矿井及第一开采水平设计服务年限时，储量备用系数取1.3～1.5。五、井田开拓及准备一)井田与井田的再划分煤田→井田→阶段→采区→区段（一）井田的概念煤田的面积和煤炭储量通常都是很大的。在开发煤田之前，通常将其划分为若干较小的部分，每一部分由一个矿井去进行开采，划分给一个矿井开采的那一部分煤田就称为井田。（二）井田的再划分(1)井田划分为阶段。在井田范围内，沿着煤层的倾斜方向，按照一定的标高将井田划分为若干条带，每一个条带称为一个阶段。(2)阶段划分为采区。在阶段范围内，沿着煤层的走向方向，将阶段划分为若干块段，每一块段为一个采区。(3)采区划分为区段。在采区范围内，沿着煤层的倾斜方向，将一个采区划分为若干走向条带，每一个条带为一个区段。(4)盘区的概念对近水平煤层井田进行再划分时，通常不再将井田划分为阶段，而是直接将井田划分为若干个与采区范围相当的盘区。二)井田开拓方式第八章地面运输井田开拓方式是指为井田开采服务的主要巷道（井筒、平硐、涌水大巷和回风大巷等）在井田内的布置方式。包括井筒的形式、数目和位置，开采水平的数目及布置等。按井筒形式不同分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓和综合开拓按井田内布置的开采水平数目不同分为单水平开拓、多水平开拓（一）斜井开拓：利用倾斜巷道由地面进入井下，并通过一系列巷道到达煤层的开拓方式。1、片盘斜井开拓在井田走向中央（浅部边界）沿煤层开凿一对斜井；主井进风，副井回风。2、斜井多水平分区式开拓对埋藏深度不大的缓倾斜煤层，可采用斜井多水平分区式开拓。在井田走向中央（浅部边界）沿煤层底板开掘一对斜井；同时开掘回风斜井；副井进风，回风斜井回风。斜井开拓的优点是：井筒掘进技术和设备相对简单，掘进速度快，初期投资少，出煤较快，石门工程量小，延深斜井井筒施工方便。缺点：不稳定岩层段井筒维护费用高，绞车提升速度慢，提升费用高；多段提升环节多，系统复杂，管线、通风线路长，通风阻力大，井筒穿过流砂层时，掘进技术复杂。（二）立井开拓：利用垂直巷道由地面进入井下，并通过一系列巷道到达煤层的开拓方式。当煤系地层上部的表土层厚度较大或煤层埋藏深度较大时，一般采用立井开拓，分为立井单水平开拓和立井多水平开拓。1、立井多水平上山式开拓井田划分多阶段、多采区；在井田中部（中心）开凿主立井和副立井，在井田上部边界开凿风井（立井）。2、立井单水平上下山式开拓井田只划分两个阶段，先开采上山阶段，下山阶段布置下山采区进行开采。立井开拓具有井筒短、提升速度快、提升能力大、管线敷设短、通风阻力小、维护较容易等优点，同时对地质条件适应性强，不受煤层倾角、厚度、瓦斯等条件限制。缺点：立井井筒掘进及延深施工技术要求较高，施工速度慢，装备复杂，基建投资相对较大。（三）平硐开拓平硐开拓是利用水平巷道由地面进入煤层进行开采的一种开拓方式。采用平硐开拓时，一般开凿一条主平硐担负运煤、出矸、运料、通风、排水、敷设管缆及行人等任务；在井田上部回风水平开凿回风平硐或回风井（斜井或立井）；当地形条件允许又不增加过多的工程量时，可另掘排水、排矸等用途的专用平硐。平硐的布置有走向平硐、垂直平硐、阶梯平硐等多种形式。第八章地面运输平硐开拓具有投资少、运输环节和占用设备少、系统简单，井巷工程量小、施工条件好，出煤快、成本低等优点，只要条件适宜，应优先选用。（四）综合开拓1、立井－斜井综合开拓2、斜井－平硐综合开拓3、立井－平硐综合开拓4、立井－斜井－平硐综合开拓六、井田准备及采区布置（一）、阶段垂高的确定阶段垂高应根据煤层赋存条件、开采技术水平、辅助运输方式和水平接替等因素综合确定。缓倾斜或倾斜煤层的阶段垂高为150～250m；急倾斜煤层的阶段垂高为100～150m。16°以下的煤层且瓦斯涌出量小，涌水量较小时应采用上、下山开采相结合的方式。（二）、采区开采顺序采区开采必须遵循先近后远、逐步向井田边界扩展的原则。煤层群开采采区宜集中或分组布置。开采多种煤类的煤层，应合理搭配开采。工作面开采顺序为下行式。工作面推进方向为后退式。（三）采区参数走向长壁开采的采区走向长度为：综合机械化采区单翼开采不宜小于1.0Km，双翼开采不宜小于2.0Km；普通机械化双翼开采采区走向长度不宜小于1.0～1.5Km；当煤层倾角小于12°，条件适宜时，可采用倾斜长壁布置，上山部分倾斜长度宜为1.0～1.5Km，下山部分倾斜长度宜为0.7～1.2Km；（四）、采区巷道断面尺寸采区巷道断面尺寸应根据回采和掘进工作面装备、运输、通风、行人管线安装等要求确定。（五）同时生产的采区数及工作面数采区内同时生产的综采工作面宜为一个面，不宜超过两个；普采工作面宜为两个面，不宜超过三个面。第八章地面运输矿井同时生产的采区数如下