煤矿特厚煤层开采方案研究

1分类号密级太原理工大学工程硕士学位论文题目XXXX煤矿特厚煤层开采方案研究研究生姓名XXX学号XXXXX工程领域矿业工程研究方向特厚煤层开采导师姓名XXX职称XXX学位授予单位：太原理工大学论文提交日期XXX地址：山西·太原2XX煤矿特厚煤层开采研究摘要特厚煤层高效开采一直是困扰煤矿生产的重要课题，因此进行深度开展煤矿特厚煤层的开采技术研究有着相当重要的工程实用价值和实际经济意义。论文运用理论分析与与现场数据资料相结合的方法对XX煤矿特厚煤层开采及采区巷道布置的关键技术问题进行了探讨研究，提出了综采工作面布置调整建议；揭示了特厚煤层的地质特征规律，对选用液压支架型的适用性进行了检验评价。研究成果在生产实践中得到了适当有效应用，为解决生产技术问题发挥了积极作用。基于XX煤矿5-1#煤层地质条件，对煤层上部顶板的稳定性特征进行了研究，得出了通过放顶煤开采方式，一次开采全部煤层的结论；基于煤层结构特征及力学属性，对其在回采期间的力学行为效应进行了预测研究，得出了综采工作面顶板初次来压步距、周期来压步距、最大来压强度等重要参数，并确定了适宜的综采支架型号为ZF6400/16/32型液压支架。根据XX煤矿5-1#煤层位于太原组中部，上距4号煤层13.32-37.35m，平均25.55m，煤层厚度为4.15-14.60mm，平均10.29m，结构复杂，一般含3-5层夹矸，局部含1层夹矸，夹矸岩性为泥岩、炭质泥岩。煤层稳定赋存区全区可采。煤层厚度变化幅度较大，井田内向东南部逐渐变薄。其煤层顶板为粗砂岩、炭质泥岩、中砂岩，偶见含砾砂岩、泥岩，结构简单，发育稳定，强度较大的特征，确定了3工作面回采的设备选型的设计思路；根据5-1#煤层为稳定可采煤层的特征，5-1#煤层综采工作面综合考虑巷道围岩性质、地压大小和方向；巷道服务年限、用途及位置；再根据充分发挥其开采效率的原则进行采煤机设计；同时要认识到煤层开采是一个整体工程，确定开采相关配套设施的有机整体协调考虑，提出了XX煤矿综采工作面使用大型综喝式采放顶煤方式。本研究为XXXX矿区乃至周边矿区特厚煤层高效安全开采提供了值得借鉴的先进工艺和技术，实践应用结果验证了理论研究成果的合理性。关键词：特厚煤层，煤层开采，放顶煤开采4目录第一章绪论........................................................5第一节选题背景及其意义..........................................5第二节特厚煤层开采理论技术现状..................................6第三节研究内容与方法............................................7第二章地质力学条件特征研究.........................................9第一节地层......................................................9第二节井田构造.................................................11第三节煤层及煤质...............................................12第四节瓦斯、煤尘、煤的自燃倾向性、地温.........................21第五节井田水文地质.............................................26第三章矿井准备、回采巷道布置.......................................35第一节矿井地质条件.............................................35第二节掘进工作面个数及掘进设备.................................36第三节井巷工程量和掘进率......................................37第四章井下开采....................................................39第一节工作面布置..............................................39第二节采煤方法................................................41第三节首采煤层及首采工作面位置选择.............................48第四节采煤工艺.................................................52第五节回采工作面主要设备选型...................................54第六节工作面主要参数确定.......................................61第七节工作面设计生产能力.......................................64第八节盘区及工作面回采率.......................................64第五章结论........................................................665第一章绪论第一节选题背景及其意义煤炭是我国经济建设的主要能源，在国民经济中具有重要的战略地位。随着我国市场经济的发展，煤炭工业日趋向集约化、高产高效的方向发展，我国煤炭产量已居世界第一，但煤炭供应紧张局面仍然没有得到缓解。我国厚煤层储量丰富，约占探明储量的47.7%，每年地下开采厚煤层产量约占全国煤炭产量的40%~50%，为我国煤炭工业可持续发展提供了资源保障，大采高开采工艺已成为厚煤层开采发展的重要方向之一。山西省煤炭资源储量巨大，已探明储量居全国第一。大同煤田为我国开采时间最悠久，生产能力巨大的煤田主产区。XX煤矿集团XXXX煤业有限公司隶属于XX煤矿集团有限责任公司，为了加快培育大型煤矿企业和企业集团,提高煤炭产业集中度和产业水平，促进煤炭产业结构优化升级。根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件晋煤重组办发[2009]35号《关于朔州市山阴县煤矿企业重组整合方案（部分）的批复》，以大同煤矿集团有限责任公司为主体企业，兼并重组整合原山西山阴XX煤业有限公司、山西山阴东湾沟煤业有限公司，并新增面积2.0429km2。兼并重组整合后企业名称为大同煤矿集团XXXX煤业有限公司。2009年12月10日山西省国土资源厅为XX煤矿集团XXXX煤业有限公司发放了6C1400002009121220047864号《采矿许可证》，批准开采3-2、4、5-1、5-2、8号煤层，生产规模90万t/a，井田面积10.7041km2。当煤层大于10m，上覆岩层折断的厚度将超过100m时，岩梁的折断步距、折断岩梁运动的自由空间均较大。工作面支架将承受岩梁大规模运动引起的动载荷和较大的偏心载荷，从而影响到支架的稳定性，使支架-围岩关系恶化。由于煤层厚度加大，设备趋于大型化、复杂化，致使设备的维护量和管理难度进一步增加；设备机动性变差，对变化的工作面地质条件适应性差，顶板控制更加困难，工作面推进能力降低。煤壁片帮加剧，工作面冒顶的机会增加，特别是当采高不断提升，需要垮落更多的岩层来充填采空区，当直接顶不能充填满采空区时，在普通采高工作面被看做老顶的上位岩层则要与直接顶一起垮落到采空区，成为垮落带的一部分，在坚硬顶板和坚硬煤层条件下，极易产生采空区动力灾害。随着工作面长度进一步加大，以及机械设备日趋重型化的一系列问题的出现，导致支架-围岩系统控制和综采装备配套问题成为国际性采矿难题。第二节特厚煤层开采理论技术现状近三十年来，我国在神东、徐州、宁东、铜川、开滦、阳泉、西山、兖州、邢台、双鸭山、铁法、枣庄等矿区，推广使用大采高综采，至今已取得了长足进步。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开发出具有独立知识产权、较先进7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1500~2500t/h，在适宜的煤层和矿井条件下，综采工作面可实现年产300万t以上。我国虽然在这方面起步比较晚，但是通过近三十年的努力，取得了较好技术经济效果。但是我国大采高综采设备受设计制造水平、优质材料等条件限制，在技术性能和工作可靠性方面，与国际先进水平有明显差距。煤矿使用的高端煤炭生产装备几乎被国外厂商所占领，重点矿区4~6m厚煤层一次采全高综采装备主要依靠进口。例如创造综采年产世界记录的神华、兖矿等煤炭企业，其大采高综采的高端装备仍以进口为主。美国、澳大利亚综采工作面全部采用计算机网络化自动化控制技术，而我国综采工作面成套设备平均生产能力(300万t左右)仅相当美国、澳大利亚的50%。我国在综机制造业上和国际水平的差距，正是今后我国大采高综采设备发展所需要弥补的。第三节研究内容与方法本论文以XXXX煤矿井下条件下特厚煤层放顶煤开采技术研究为背景，采用现场调查、理论研究和现场开采实践等方法，主要研究内容包括：（1）深入调查与分析XX矿区地质赋存环境、工作面地质特征和开采技术条件。8（2）回采工作面顺槽及切眼巷道的掘进方式和支护方案研究。（3）综采回采方法研究。9第二章地质力学条件特征研究第一节地层XXXX矿井田位于大同煤田南部边缘大同国家规划矿区南区中南部，地表大面积被第四系黄土覆盖，仅在沟谷中有少面积基岩出露，出露地层为二叠系下统下石盒子组、山西组、石炭系上统太原组、中统本溪组。据钻孔揭露地层并结合区域地层资料，地层由老至新如下：1、奥陶系中统上马家沟组（O2s）本次井田内钻孔揭露该地层不全，据《左云南普详查勘探区地质资料》中的3个岩溶孔揭露，厚度为22.0～60.4m，岩性为厚层状灰色、浅灰色石灰岩、白云质石灰岩夹少量泥灰岩。底部有一层厚约2m左右之灰黄色角砾状石灰岩。本次钻孔揭露厚度大于200m。2、石炭系中统本溪组（C2b）底界为山西式铁矿，即铁铝层，与下伏地层呈平行不整合接触。岩性为深灰色泥岩、砂质泥岩夹数层浅灰色中砂岩及1～2层褐红色石灰岩。厚度为5.89～44.06m，平均为27.09m。3、石炭系上统太原组（C3t）为本井田内主要含煤地层。从K2砂岩底到K3砂岩底，其岩性主要为灰白色砂岩、灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩及煤层组成。底部的K2砂岩为3.70～17.97m，平均8.86m的灰白色粗粒砂岩，发育良好，10是太原组与与本溪组的分界砂岩；中部一层厚砂岩，以长石为主，含砾，胶结松散，易风化，稳定性较好，常作为辅助标志层。太原组含6层煤层及2-3条煤线，煤层自上而下依次编号为4-1、4-2、5-1、5-2、8、11号煤层。据井田内利用钻孔揭露，本组地层厚度为85.40-123.05m，平均102.67m，与下伏地层本溪组呈整合接触。4、二叠系下统山西组（P1s）岩性主要由灰色、灰白色砂岩，灰黑色、灰色砂质泥岩、铝质泥岩组成。最底部K3砂岩为灰白色含粒粗砂岩，与太原组分界，一般为下伏4-1号煤层的直接顶板，厚度为1.40～22.80m，平均8.67m。山西组含2层煤层及1-2条煤线，煤层自上而下为3-2-1、3-2号煤层。据井田内利用钻孔揭露，本组地层厚度为59.66～110.10m，平均84.45m。与下伏地层太原组呈整合接触。5、二叠系下统下石盒子组（P1x）底界为中粗砂岩（K4），与下伏地层呈整合接触。K4砂岩厚度4.59～17.47m，平均12.70m，为长石石英砂岩，泥质胶结，风化后呈灰黄色，为疏松状。下部为灰绿色砂质泥岩夹薄层状中、细砂岩，厚度约30～40m。上部为灰绿色砂质泥岩夹有紫斑状铝质泥岩数层。风化后紫色增多，厚度30～40m。本组地层残留厚度为0-92.24m。6、第四系中、上更新