第四章采區(qū)布置及裝備第一節(jié)采煤方法一、首采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及煤層賦存特征1、首采區(qū)位置一采區(qū)位于工業(yè)場地東南側(cè)，北以工業(yè)場地保護煤柱和村莊保護煤柱為界，南以F45斷層和村莊保護煤柱為界，東以F51斷層和村莊保護煤柱為界，西以F50、F]4、F57斷層為界。南北（走向）長約2900m，東西（傾斜）寬650?1300m，面積2.5km2。采區(qū)計算可采儲量1174.3萬t,服務(wù)年限18.6a。2、采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造首采區(qū)形態(tài)類似一個不完整背斜的轉(zhuǎn)折端，總體為向東傾伏的單斜構(gòu)造，受F50、嶧山斷層等的影響，局部發(fā)育次一級褶曲，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，對開采影響較大的斷層有11條，其中落差大于50m的走向斷層有4條，其中落差大于30m的走向斷層有2條；落差大于30m的傾向斷層有3條，落差大于20m的傾向斷層有2條（詳見表4-1-1）。另有落差小于10m的斷層20條，對開采有一定影響。表2-5-1一采區(qū)斷層一覽序號名稱性質(zhì)落差（m）斷層產(chǎn)狀控制程度備注走向傾向傾角（°）1F57正28?145SNW32?50可靠走向斷層2F59正0?166SNE50?60可靠走向斷層3F60正5?105SNNW-W31?50可靠走向斷層4F61正0?123SNE55?65可靠走向斷層5DF38正26?80NNESEE60?65可靠走向斷層6DF65正0?33NNE?NESEE-SE65?70可靠走向斷層7F14正0?37NWSW40?60可靠傾向斷層8F571正10?68NWSW50?55可靠傾向斷層9F13正0?47SN~EWE-N60較可靠傾向斷層10DFno正0?23EW~NWS-SW60較可靠傾向斷層11DF -403—1正10?25EW~NES-SW60可靠傾向斷層3、煤層賦存特征采區(qū)內(nèi)含可采煤層兩層，分別為2、3煤層。其中3煤為主采煤層，厚度在5.95m?上8.09m之間，平均厚度為7.26m，煤層傾角一般在16?25°,平均在21。，計算可采儲量為965.3萬t；2煤層厚1.03?1.65m，平均1.10m。煤層傾角一般在20。左右，計算可采儲量上為209.0萬t；兩煤層間距26.9?31.4m，平均29.1m。4、煤層頂?shù)装鍘r性3煤直接頂以砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖為主，個別孔為細砂巖，砂質(zhì)泥巖、粉砂巖抗壓強度為55.11?94.83MPa,孔隙率1.9?4.5%,泥巖的抗壓強度為48.15MPa,屬中等穩(wěn)定?穩(wěn)定頂板，根據(jù)臨近生產(chǎn)礦井資料，頂板冒落性能為中等冒落的頂板；老頂為灰白色硅泥質(zhì)膠結(jié)的中、細砂巖，較硬，抗壓強度為55.11?94.83Mpa。底板以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主,孔隙率2.3?3.8%，厚度0.99?2.46m，據(jù)生產(chǎn)礦井資料,底鼓的可能性很小。2煤層頂?shù)装逯苯禹斠陨百|(zhì)泥巖、粉砂巖為主，厚0.55?6.80m,局部為中砂巖，個上別孔見有0.40m的泥巖偽頂，老頂為灰白色中細砂巖。底板以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，厚0.50?2.55m，有時具0.23?0.40m的炭質(zhì)泥巖偽底。根據(jù)生產(chǎn)礦井實際，2上煤層頂?shù)装鍖俨环€(wěn)定?較穩(wěn)定頂?shù)装?。二、采煤方法及工作面裝備1、采煤方法選擇經(jīng)對本井田地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存狀況及頂、底板巖性等條件的分析，本井田煤層厚度較大，斷裂構(gòu)造發(fā)育，對本井田開采影響加大，因此尋求一種適合本井田地質(zhì)條件的采煤方法是十分必要的。設(shè)計對采煤方法提出了長壁開采和短壁開采兩個方案，經(jīng)方案比較，并參照臨近類似礦井（古城、葛亭等礦井）開采的成功經(jīng)驗，設(shè)計推薦采用走向長壁式采煤法，后退式回采，全部冒落法管理頂板。2、回采工藝的選擇本井田地處兗州煤田的深部，主采煤層3煤為緩傾斜厚煤層，全井田3煤厚度在4.59?9.25m之間，平均厚度7.15m，屬于結(jié)構(gòu)簡單全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層。首采區(qū)3煤厚度在5.95m?8.09m之間，平均厚度為7.26m,煤層傾角一般在16?25。，平均在21。，計算可采儲量為1672.2萬to3煤直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚2m左右；老頂為灰白色含礦物較多的中、細粒砂巖。底板為厚5?7m的具有清晰波狀層理及生物擾動痕跡的細砂巖，有時相變?yōu)榛液谏百|(zhì)泥巖。本井田3煤厚度和頂?shù)装鍡l件與兗州礦區(qū)類似，不同之處是本井田埋藏深度大，斷裂構(gòu)造發(fā)育，尋求一種適合本井田實際情況的采煤工藝和技術(shù)裝備，將關(guān)系到礦井建成后持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展和礦井生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。在目前技術(shù)水平條件下，設(shè)計提出了兩個與礦井地質(zhì)和3煤層賦存條件基本相適應(yīng)的技術(shù)裝備方案：方案一：綜采放頂煤工作面裝備方案。礦井裝備一個綜采放頂煤工作面，一次采全高，工作面生產(chǎn)能力較高。方案二：高檔普采裝備方案，礦井裝備一個采區(qū)一個高檔普采工作面，煤層分層開采，工作面生產(chǎn)能力可達到45萬t/a。根據(jù)鄰近的兗州礦業(yè)集團所屬的興隆莊礦、東灘礦和鮑店礦的經(jīng)過幾年的研究、探索和實踐，3煤（厚煤層）采用綜合機械化放頂煤開采技術(shù)取得了系統(tǒng)完整的成果，實現(xiàn)了緩傾斜厚煤層開采技術(shù)的重大突破，在兗州礦區(qū)已發(fā)展成為一種成熟的采煤技術(shù)，而且給兗州礦區(qū)帶來了巨大的技術(shù)經(jīng)濟效益。主要體現(xiàn)在：（1） 工作面單產(chǎn)水平大幅度提高，隨著回采工作面的減少，實現(xiàn)了高度集中生產(chǎn)；（2） 井下生產(chǎn)系統(tǒng)大大簡化，巷道掘進率大幅度降低，降低了材料消耗；（3） 回采工作面底板管理有了實質(zhì)性好轉(zhuǎn)；（4） 工作面設(shè)備安裝和搬遷次數(shù)大為減少；（5） 提高綜放工作面、采區(qū)回采率的技術(shù)研究取得較大進展；（6） 攻克了綜采放頂煤開采瓦斯涌出量大、粉塵濃度大、煤層自燃現(xiàn)象嚴重等一系列技術(shù)難題。鑒于綜采放頂煤開采技術(shù)在兗州煤田具有較強的適應(yīng)性，而且經(jīng)濟效益顯著，工作面單產(chǎn)水平高，為礦井發(fā)展留有余地，在目前開采技術(shù)條件下，推薦工作面采用綜采放頂煤裝備。與綜采放頂煤工藝相比，方案二（高檔普采分層開采工藝）具有以下不足之處：（1）工作面單產(chǎn)水平較低；（2）井下生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，巷道掘進率較高，材料消耗量大，生產(chǎn)成本高；（3）回采工作面頂板管理較困難；（4）工作面設(shè)備安裝和搬遷次數(shù)較多。綜上所述，本礦井3煤開采推薦采用方案一，即綜采放頂煤回采工藝。對于2上煤層的開采，設(shè)計根據(jù)煤層賦存情況和煤層間距，推薦采用與3煤聯(lián)合開采的方案，同時回采的工作面錯距，按下式計算：Xmin=M十tgS+L+b式中：Xmin——上、下煤層工作面的安全錯距，m；M——兩煤層間距，m；d—層間巖石移動角，取70°；L—附加備用距離，一般為下煤層工作面的一個月推進距離，m；B——上煤層工作面的最大控頂距，m。實際生產(chǎn)中，工作面錯距根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗確定，一般不小于60m。條件允許的情況下，可考慮采用上行法開采。3、工作面裝備本礦井一水平煤層厚度較大，斷裂構(gòu)造發(fā)育，使綜采放頂煤長壁工作面的布置受到一定限制，因此，尋求一種適合本礦井地質(zhì)條件的開采工藝及裝備是十分必要的。根據(jù)有關(guān)資料，一種適合于村莊下煤層、殘留煤柱等60m以下短壁工作面的MG250/300-NWD短壁采煤機已由天地科技股份有限公司上海分公司研制成功，此系列短壁采煤機可高效率用于綜采、綜放短壁工作面。目前，此短壁采煤機已在大同煤礦集團四臺礦、兗礦集團的楊村礦等礦井投入使用。經(jīng)分析比較，本礦井3煤對于短壁工作面和短壁采煤機有一定的適應(yīng)性，而且這種采煤裝備在臨近礦井有成熟的經(jīng)驗，因此，本設(shè)計暫推薦采用綜采放頂煤短壁采煤機裝備。建議在下階段，應(yīng)根據(jù)采煤技術(shù)裝備和工藝的發(fā)展情況，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對采煤技術(shù)裝備和工藝作進一步分析論證，力求尋求一種適合本礦井地質(zhì)條件的開采工藝及裝備。礦井達到設(shè)計生產(chǎn)能力時，布置一個綜采放頂煤工作面，工作面裝備MG250/300-NWD型短壁采煤機，配套SGB-764/264型前、后部可彎曲刮板輸送機，SZB-764/132型轉(zhuǎn)載機。對于工作面液壓支架，借鑒兗州礦區(qū)綜采放頂煤工作面支護的成功經(jīng)驗，結(jié)合本井田3煤頂板巖性及頂板管理方式，考慮到本礦井采深較深，地壓較大，預(yù)計工作面來壓較強烈，故綜放面選用支撐掩護式低位放頂煤支架。支架所需支護強度計算如下：用估算法確定：XrP= XnX9.8X10-3(K-1)3.0X2.7= x2.2x9.8x10-3(1.3-1)=0.58(MPa)式中：P—支架支護強度，MPa；M 最大采高，取3.0m；r 煤層頂板巖石容重，取2.7t/m3；K―頂板巖石碎脹系數(shù)，取1.3；n—考慮老頂周期來壓不均衡的安全系數(shù)，取2.2。按經(jīng)驗公式計算：P=axMxrx9.8xl03=8x3.0x2.7x9.8x103=0.64(MPa)式中：a—頂板巖柱相當于采高的倍數(shù)，取8。根據(jù)以上計算結(jié)果，考慮本井田煤層賦存深度較大、斷裂構(gòu)造發(fā)育等特點，綜采放頂煤面選用ZFS5200/16/32型支撐掩護式低位放頂煤液壓支架，支護強度不低于0.75Mpa。端頭液壓支架選用ZT4700/20/40型端頭支架，支護強度不低于0.70Mpa。運輸順槽選用SQJ-150型可伸縮膠帶輸送機運煤，運量 630t/h，軌道順槽選用SQ-1200/55型順槽連續(xù)牽引車和JD-25型調(diào)度絞車擔負輔助運輸。三、工作面參數(shù)及年產(chǎn)量1、采高及放高首采區(qū)3煤厚度在5.95m?8.09m之間，平均厚度為7.26m，煤層傾角一般在16?25。，平均在21°，屬于結(jié)構(gòu)簡單全區(qū)可采的較穩(wěn)定緩傾斜厚煤層，放頂煤開采設(shè)計采高為3.0m，采放比控制在1.0?2.0之間。2、 工作面長度根據(jù)兗州礦區(qū)綜采放頂煤工作面長度研究成果，綜放工作面最較適合長度為100m?200m。鑒于本井田斷裂構(gòu)造發(fā)育，工作面的布置受到限制，為使工作面的布置具有較強的靈活性和便于工作面的接替，設(shè)計確定工作面長度為60?110m。3、 綜放工作面回采率據(jù)調(diào)查，兗州礦區(qū)綜放工作面回采率一般為0.80?0.85，鑒于本礦井地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，本礦井綜放面回采率取0.80。4、 工作面產(chǎn)量根據(jù)以上工作面參數(shù)，達到設(shè)計產(chǎn)量時回采工作面生產(chǎn)能力時，工作面產(chǎn)量計算如下：A=Lxmxlxrxa式中：L—工作面年推進度；m 工作面平均采高，7.26m；l——工作面長度，100m；r——3煤層容重，1.39t／m3；a——工作面回采率，0.80。當工作面年推進度為500m時，回采工作面年產(chǎn)量為：A=540x7.26x100x1.39x0.80=435948t=43.6萬t另外加上約6%的掘進煤，礦井年產(chǎn)量可達46.2萬t。當工作面年推進度為1100m時，回采工作面年產(chǎn)量為：A=1100x7.26xl00xl.39x0.80=888043t=88.8萬t另外加上約6％的掘進煤，礦井年產(chǎn)量可達94.1萬t。第二節(jié)采區(qū)布置一、首采區(qū)概況根據(jù)礦井設(shè)計生產(chǎn)能力和礦井開拓部署，以一個采區(qū)保證礦井生產(chǎn)能力。1、首采區(qū)位置選擇首采區(qū)位置的選擇宜根據(jù)井田開拓部署，選擇在儲量可靠、開采條件好，并靠近工業(yè)場地保護煤柱邊界線的塊段。根據(jù)礦井開拓部署，將F50斷層以東至井田邊界之間的塊段，扣除斷層煤柱、高速公路保護煤柱、工業(yè)場地保護煤柱、村莊保護煤柱等保護煤柱，剩余部分作為首采區(qū)。選擇該塊段作為首采區(qū)具有以下優(yōu)點：（1） 首采塊段勘探程度高，儲量可靠，全井田勘探中的全部A+B級（1142.6萬t）儲量，都在本塊段；（2） 煤層賦存深度淺，煤層埋藏深度大部分在-650m?-1000m之間，有利于一水平（-870m水平）的開拓開采；（3） 煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度大，該塊段煤層厚度在5.95m?8.09m之間，平均厚度為7.26m，有利于綜采工作面開采；（4）靠近工業(yè)場地保護煤柱，可減少初期井巷工程投資和設(shè)備投資。同樣，該塊段也存在一些明顯的不利因素：（1） 斷裂構(gòu)造發(fā)育，首采區(qū)內(nèi)對開采影響較大的斷層有13條，其中落差大于30m的走向斷層有6條，落差大于20m的傾向斷層有7條。另有落差小于10m的斷層20條，對開采有一定影響；（2） 煤層傾角大，一般在16?25°，平均在21°，對采煤方法的選擇有一定影響。綜上所述，本塊段的主要特點時斷裂構(gòu)造發(fā)育，這也是對采區(qū)開采影響最大的不利因素。但鑒于本塊段埋藏深度淺（本塊段埋藏深度大部分在-650m?-1000m之間，而F50斷層以西塊段煤層的埋藏深度一般在-1100m以下），勘探程度高（全井田全部A+B級儲量都在本塊段，F(xiàn)50斷層以西無A、B級儲量），資源可靠，因此選擇本塊段作為首采區(qū)。二、采區(qū)巷道布置1、影響采區(qū)巷道布置的主要因素首采區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，斷層落差大，傾角緩，走向、傾向斷層縱橫交錯，是影響采區(qū)巷道布置的主要因素；根據(jù)井田開拓部署，礦井一水平標高確定為-870m,采區(qū)巷道布置受著一因素的制約；首采區(qū)煤層傾角較大，煤層傾角一般在16?25°,平均在21°,不宜采用傾斜長壁開采方法；地面村莊壓煤對采區(qū)巷道布置也有一定影響。2、采區(qū)巷道布置方案的選擇根據(jù)上述因素，設(shè)計對采區(qū)巷道布置提出了兩個方案，并進行了技術(shù)經(jīng)濟比較。方案一(順槽沿走向斷層布置方案)：-870m水平軌道大巷和膠帶輸送機大巷和回風(fēng)大巷向西南進入采區(qū)，沿工業(yè)場地保護煤柱和村莊保護煤柱邊緣布置采區(qū)石門和下山，工作面順槽大致與走向斷層平行布置，軌道順槽與-870m軌道石門或下山直接相連，膠帶輸送機順槽與-870m膠帶輸送機石門或下山直接搭接。采區(qū)巷道布置平面圖見圖4-2-1。方案二(順槽沿傾向斷層布置方案)：在采區(qū)西部邊界布置采區(qū)軌道上山和膠帶輸送機上山，其方位大致與F50斷層平行；工作面順槽大致與傾向斷層平行布置，軌道順槽與采區(qū)軌道上山相連，膠帶輸送機順槽與采區(qū)膠帶輸送機上山相連。采區(qū)巷道布置平面圖見圖4-2-2。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，方案一具有以下優(yōu)點：(1)工作面走向長度較長，有利于布置綜合機械化采煤工作面；(2)首采面不受地面村莊影響；有利于采區(qū)內(nèi)后期塊段工作面的接替。當然，方案一也存在一些缺點，采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)比方案二多一個環(huán)節(jié)，身產(chǎn)系統(tǒng)相對復(fù)雜一點。經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，確定方案一(順槽沿走向斷層布置方案)作為采區(qū)巷道布置推薦方案。三、采區(qū)各系統(tǒng)1、煤流系統(tǒng)工作面生產(chǎn)的的煤炭經(jīng)刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機和順槽膠帶輸送機，直接運到采區(qū)膠帶輸送機下山的輸送機上，經(jīng)采區(qū)溜煤眼裝載至-870m水平膠帶運輸機，由上倉膠帶輸送機巷運至井底煤倉。詳見井下運輸系統(tǒng)圖C1067-124。2、 輔助運輸系統(tǒng)石門或下山掘進煤和矸石經(jīng)扒斗裝巖機裝入礦車，經(jīng)過中部車場和軌道下山，提升到上部車場或-870m水平石門?，矸石經(jīng)軌道大巷至井底車場，由副井提升到地面；順槽掘進煤采用綜掘，直接進入煤流系統(tǒng)。掘進和采煤工作面所需材料和設(shè)備，經(jīng)副井、井底車場、軌道大巷運到采區(qū)上部車場，再經(jīng)軌道下山、中部車場運至各順槽和工作面。3、 通風(fēng)系統(tǒng)新鮮風(fēng)流由副井經(jīng)井底車場、軌道大巷、軌道石門、軌道下山、各中部車場和運輸順槽進入工作面。工作面乏風(fēng)經(jīng)軌道順槽、采區(qū)膠帶輸送機下山、回風(fēng)斜巷和-870m水平回風(fēng)大巷，由主井抽至地面排入大氣。4、排水系統(tǒng)礦井移交時，利用-870m水平軌道石門，和膠帶運輸機下山（沿煤）布置順槽，由于膠帶運輸機下山比-870m水平軌道石門低，回采及掘進工作面涌水通過自流或污水泵排入膠帶運輸機下山，在膠帶運輸機下山落平段設(shè)小水倉，由水泵排至-870m水平軌道石門，經(jīng)-870m軌道大巷自流進入井底水倉。采區(qū)開采后期，在-1200m水平設(shè)排水系統(tǒng)，由水泵排至-870m水平軌道石門，經(jīng)-870m軌道大巷自流進入井底水倉。第三節(jié)巷道掘進一、巷道斷面及支護形式本礦井為新建礦井，煤層埋藏較深（一水平-870m）,斷裂構(gòu)造發(fā)育，特別是落差較大的斷層較多，無實測資料，對支護方式和支護參數(shù)確定有一定難度。在礦井施工過程中，應(yīng)對圍巖松動圈進行實測，根據(jù)實測參數(shù)，對巷道支護做認真研究，調(diào)整支護方式和支護參數(shù)。并采用工程類比法，借鑒臨近類似礦井，特別是臨近的古城、唐口、葛亭礦井的支護方式和支護參數(shù)，以合理確定本礦井的支護方式和支護參數(shù)。1、主要巷道礦井井底車場巷道、大巷及采區(qū)各主要巷道斷面設(shè)計滿足運輸設(shè)備、通風(fēng)、行人、管線布置等的要求。一般均采用半圓拱斷面，根據(jù)鄰近兗州、濟寧等礦區(qū)巷道支護的成功經(jīng)驗，主要采用錨噴支護。由于構(gòu)造影響，井下巷道一般存在穿越不同巖層的情況，因此巷道圍巖巖性較復(fù)雜，應(yīng)按照實際情況采用不同的支護組合，根據(jù)鄰近礦區(qū)經(jīng)驗，一般在砂巖類硬巖段采用錨噴支護；泥巖類軟巖段采用錨網(wǎng)噴支護，以增強軟巖表面的強度和整體性。若巷道變形嚴重，可研究采用開卸壓槽或噴射鋼纖維混凝土等方式。2、工作面順槽支護工作面上、下順槽支護方式，目前在鄰近礦區(qū)較成功和應(yīng)用較多的有兩種支護方式，即剛性梯形棚支護和近期發(fā)展起來的錨梁網(wǎng)支護。結(jié)合本礦井具體條件，推薦順槽支護采用錨梁網(wǎng)支護。根據(jù)巷道用途、圍巖性質(zhì)、服務(wù)年限等經(jīng)計算選擇主要巷道支護參數(shù)見表4-3-1。3、大硐室支護本礦井大硐室主要有：副井井筒與井底車場連接處、膠帶輸送機機頭硐室、箕斗裝載硐室、主排水泵房硐室、主變電硐室等。根據(jù)精查地質(zhì)勘探資料，設(shè)計盡量使上述大硐室位于穩(wěn)定圍巖中，以有利于硐室支護。大硐室永久支護一般采用鋼筋混凝土碹、錨噴支護或錨噴—混凝土碹聯(lián)合支護。硐室支護參數(shù)應(yīng)根據(jù)硐室尺寸、圍巖情況，在施工圖設(shè)計時計算確定。

表4-3-1主要巷道斷面特征表順序巷道名稱斷面形式斷面（m2）支護方式支護厚度（mm）支護參數(shù)（mm）凈掘進類型(pxL間排距1井底車場（雙軌）半圓拱16.719.0錨（網(wǎng)）噴120樹脂20x20008002井底車場（單軌）半圓拱9.110.6錨（網(wǎng)）噴100樹脂20x18008003軌道大巷（石門）半圓拱14.116.2錨（網(wǎng)）噴120樹脂20x20008004運輸機大巷半圓拱12.213.8錨（網(wǎng)）噴120樹脂20x20008005回風(fēng)大巷半圓拱11.312.2錨（網(wǎng)）噴120樹脂20