山阴晋泰煤业

1.1矿区概述1.1.1交通位置山西晋煤集团山阴晋泰煤业有限责任公司井田位于山西省山阴县城西北约35km处的吴马营乡宋家沟、马家洼、范家屯、前榆林村一带，其地理坐标为东经112°29′27″～112°32′18″，北纬39°41′37″～39°43′45″。井田东南直距山阴县城30km，距元元公路5km，距北同浦铁路及大运高速公路33km，距大运二级公路直线距离28km，矿井工业广场到吴马营乡及相邻村庄有公路相通。交通较为便利。矿区交通位置详见图1－1－1。1.1.2地形地貌井田位于管岑山与洪涛山之间的低山丘陵区，地表多被黄土覆盖，地形深切陡峻，沟谷发育。地势总体为东部较高，西南部较低。最高点位于井田东部的虎头山顶，标高为1612.10m，最低点位于田西南边界处，标高为1395m，相对高差为217.10m。1.1.3地面水系本区属海河流域，位于永定河水系的桑干河I级支流－源子河上游。井田内无常年性河流，雨季沟中有短暂水流，向北汇入桑干河。1.1.4气象特征井田位于山西北部晋北高寒地带，属干旱大陆性季风气候，冬季寒冷干燥多风，春季多风沙，夏秋凉爽。年平均气温4.5℃，一月份气温最低，一般为零下11℃－15℃，七月份气温最高，一般为19℃－20℃，历年来极端最高气温为36℃（1961.6.11），极端最低气温达40.4℃（1971.1.21）。雨季集中在7、8、9月，年降水量450mm左右，年蒸发量为2097.8mm，蒸发量远大于降水量。无霜期约为150天，最大冻土深度为1.34m，最大积雪厚度为0.30m。冬春刮西北风，最大风速可达到17m/s。1.1.5地震情况根据中华人民共和国GB50011－2001《建筑抗震设计规范》标准，山阴县抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.15g。据历史记载，1022～1582年，在大同、怀仁、应县发生地震多起，烈度为4～7度。近期1962年6月5日左云地震，烈度为4度，震中位置为北纬40°，东经112°06′。1977年2月2日右玉地震，烈度为7度，震中位置北纬40°11′，东经112°15′。1.1.9电源条件矿井附近有平鲁区向阳堡变电站和千井变电站。向阳堡220kV变电站，在拟定的晋泰矿井工业场地西南约18km处，该站设有两台150MVA变压器，变压比220/110/35kV，220kV、110kV及35kV均为单母线分段接线方式，220kV侧分别与右玉、方城及朔州220kV变电站相接。千井110kV变电站为2010年新建变电站，其双回110kV电源接至右玉220kV变电站。在拟定的晋泰矿井工业场地东南约9km处，该站设有两台50MVA变压器，变压比110/35kV。110kV及35kV均为单母线分段接线方式。上述两处变电站可作为矿井兼并重组整合后的双回供电电源，且矿方已经朔州供电分公司签定了供电协议。1.1.10水源条件原各整合矿井生产用水取自地下潜水，矿井用水为井下水。井田内奥陶系基准面之上各含水层水量较小，不能满足煤矿需要。奥陶系灰岩岩溶水虽埋藏较深，富水性弱。但据井田外玉井井田35号钻孔水文资料，水位标高为1210.5m，地下水赋存在奥灰侵蚀面之下，水质为HCO3－Ca·Mg型，固型物0－0.48g/L，总硬度20.9度，属硬水，PH值为7.3，属弱碱水，氟离子含量0.36mg/L，其它离子含量符合饮用水标准。矿井兼并重组整合后供水需进一步探测地下水含水情况，可于井田外选取奥灰水富水性强的地段打井取水。4.1井田开拓方式的确定4.1.1矿井开拓方式（一）影响开拓方式确定的因素1、井田构造总体为背斜构造。在背斜构造基础上，东南部发育一向斜构造，其它区域在背斜基础上也有起伏变化。地层倾角平缓，一般为1°～4°，东南部倾角略大，为4°～5°。南向斜东翼倾角达13°左右。井田内发育有两条断层，11号煤层存在部分冲刷带，地质构造对矿井开拓开采影响较小。2、井田内9号煤顶板为泥岩，砂质泥岩。厚度0.92－11.14m，平均5.38m；底板为细砂岩、泥岩，局部为砂质泥岩。厚度2.06－11.50m，平均5.44m。11号煤层顶板为泥岩、中砂岩，局部为砂质泥岩。厚度0.80－11.40m，平均4.17m；底板为泥岩、砂岩泥岩，局部为粉砂岩。厚度0.77－11.12m，平均4.71m。4号煤层顶板为泥岩、砂质泥岩。厚度0.73－7.16m，平均4.99m；底板为粉砂岩泥岩，局部砂质泥岩。厚度3.65－9.24m，平均6.25m。各煤层顶底板条件较好，对矿井开拓开采影响较小。3、根据地质报告，9号煤层共有5处采空区积水，积水总面积11541m2，总积水量为11550m3。采空区积水不仅对其下山方向煤层开采有威胁，还会沿下层煤层导水裂隙带涌入11号煤层工作面。11号煤层古空区积水面积5000m2，积水总量为5000m3。对矿井开采有一定影响，要求矿方在建设生产过程中对11号煤层采（古）空区积水及时进行探放疏排，确保安全生产。4、根据地质报告，井田范围内奥灰水水位标高为+1204.25～+1204.75m，井田内各可采煤层底板最低处均高于奥灰水水位，因此奥灰水对矿井开采无影响。（二）开拓方式方案比选井田位于管岑山与洪涛山之间的低山丘陵区，地表多被黄土覆盖，地形深切陡峻，沟谷发育。地势总体为东部较高，西南部较低。该矿批采的4号、9号号煤层埋藏均较浅，11号煤层埋深8.60～158.60m，各批采煤层均为厚煤层，结合参与整合各矿现有开拓部署和井巷工程，设计初步选用斜井开拓方式。（一）水平划分根据井田开拓部署，设计以一个水平开采4号、9号、11号煤层。（二）水平标高水平标高为+1451m。三、大巷布置（一）大巷布置方式4号煤层平均厚度3.06m，9号煤层平均厚度4.34m，11号煤层平均厚度4.34m。设计主要大巷均沿煤层布置，9号、11号采用联合布置、分层开采。（二）大巷数目井下主要开拓大巷采用三巷式布置，主要布置有胶带大巷、辅运大巷和回风大巷。（三）大巷层位胶带大巷沿11号煤层底板布置，回风大巷沿9号煤层顶板布置，前期开采9号煤层时辅运大巷沿9号煤层底板布置，后期开采11号煤层时辅运大巷沿11号煤层底板布置。4.1.5煤层开采顺序本着“由上到下”的原则，设计前期开采9号煤层，以一个一次采全高综采工作面达到设计生产能力。4号煤层和9号煤层平均层间距13.67m，经计算，4号煤层和9号煤层层间距不能满足9号煤层上行开采的要求，9号煤层开采至零星赋存的4号煤层安全煤柱下部时，必须先对4号煤层进行探采。4号、9号煤层开采完毕后，再开采11号煤层。4.1.6采区划分与接替根据推荐的井田开拓方案，全井田共划分为六个采区，9号、11号煤层各三个采区。采区划分详见井田开拓图和采区特征表4－1－1。表4－1－1采区特征表采区接替顺序见表4-1-2表4-1-2采区接替顺序采煤方法6.1采煤方法的选择6.1.1采煤方法的选择及依据（一）采区煤层开采条件采区南部为一背斜构造，不存在断层、陷落柱、岩浆岩侵入区、地温地压异常区、带压开采区等情况，煤层倾角1°～3°。根据ZK8、ZK17、ZK2钻孔分布及钻孔柱状图，11号煤层位于太原组下部，上距9号煤层2.00－36.21m，平均13.16m，煤层厚度为1.49－6.09m，平均4.34m，结构简单－较简单，含0－3层夹矸，夹矸厚度0.10－0.72m。井田北部、西南部剥蚀。赋存区煤层稳定可采。顶板为泥岩、中砂岩，局部为砂质泥岩。底板为泥岩、砂岩泥岩，局部为粉砂岩。采区内11号煤层结构属简单～复杂类型。采区内11号煤层为低瓦斯，煤尘有爆炸危险性，属Ⅱ类自燃煤层。（二）采煤方法选择设计针对上述11号煤层厚度、夹矸厚度及岩性、顶板岩性等情况综合考虑，提出两种采煤方法开采井田内的11号煤层：一次采全高采煤法、分层采煤法。分层采煤法开采回收率较高，但其回采工艺复杂，掘进率较高，而且下分层开采时存在巷道掘进费用较高、巷道维护困难等诸多问题。一次采全高采煤法开采回收率较高、遗煤少，对于自燃煤层有利于防止煤层自燃发火。设计推荐采用一次采全高采煤法。针对一次采全高采煤法设计又提出两种方案：方案一：采用长壁综采放顶煤一次采全高采煤法。方案二：采用长壁综采一次采全高采煤法。方案一采用综采放顶煤一次采全高采煤法，其工艺简单，技术成熟，能否采用该种采煤方法关键取决于顶煤冒放性、11号煤顶板岩性。现将放顶煤采煤法适用条件及优缺点分述如下：（1）放顶煤综采工艺的适应条件①适用于煤层厚度大，厚度变化也较大，一般平均厚度应在5.0m以上的煤层；②适用于煤层裂隙发育，结构简单或夹矸强度较低；中硬及以下顶板,易于冒落；埋深较大，有一定的地应力。总之，顶煤应具备一定的冒放性；③适用于煤层距离上部强含水层有足够的间距，不会引起矿井的水害或带来工作面涌水量大量增加，恶化工作面生产环境，影响工作面正常生产；④适用于无煤与瓦斯突出危险。（2）其优点为：①对厚度变化较大的厚煤层适应性强，有利于提高资源采出率；②可缓解采掘关系，降低巷道掘进率，减少工作面搬家次数和材料消耗；③顶煤利用矿压回收，工作面能耗低；④同等埋深和围岩条件下，对工作面液压支架支护强度和底板比压的要求较低；⑤设备国产化，建设投资和生产成本低,维护方便；国产放顶煤综采设备与技术较成熟。（3）其缺点为：①放顶煤综采工作面推进速度较慢，采空区残煤多，漏风大，采空区发火几率较大；②需要根据煤层裂隙、结构、埋深、顶板岩性等，对顶煤的冒放性进行论证，使用条件要求较高；③11号煤层埋藏较浅，且含0～4层夹矸，不利于顶煤冒放。设计11号煤层采用长壁综采一次采全高采煤方法，全部垮落法管理顶板。6.1.2回踩工作面的个数、工作面的长度及装备矿井以一个生产采区、一个一次采全高综采工作面保证矿井设计生产能力。在此前提下，结合工作面采高、11号煤层的煤质特征对工作面采煤、装煤、运煤方式进行确定和设备选型。（一）采煤机（1）采煤机选型原则①适合特定的煤层地质条件,并且采煤机采高，截深，牵引速度等参数选取合理，有较大的实用范围；②满足工作面开采生产能力要求，采煤机实际生产能力要大于工作面设计生产能力10%～20%；③与液压支架和刮板输送机相匹配。影响采煤机选型的主要因素是煤层的力学特性，厚度和倾角，工作面生产能力。（2）采煤机工作面生产能力计算设计11号煤层综采工作面采煤设备选用MG300/700－WD型电牵引采煤机。Q采=60MBV采γK式中：Q采－采煤机工作面实际生产能力，t/h；M－采高，取4.34m；B－截深，0.8m；V采－采煤机牵引速度，0～7.7～12.8m/min，取5.5m/min；γ－煤的容重，1.46t/m3；K－开机率，取0.40。Q采=60×4.34×0.6×5.5×1.46×0.4=492.8t/h经计算，采煤机工作面生产能力Q采=492.8t/h。可满足矿井设计生产能力的要求。其主要技术参数见表6－2－1。表6－2－1采煤机技术特征表（二）液压支架液压支架的阻力是支架设计中最基本的参数，支架所有结构的强度都由此决定。工作面顶板采用全部跨落法管理。根据矿方提供的资料及邻近煤矿实测的矿压数据，设计采用“老顶周期来压步距法”和“估算法”计算液压支架工作阻力。（1）老顶周期来压步距法P=（－3.6+5.8M+1.4L2+3.6Lm）·F式中：P－预计液压支架设计工作阻力，t/架；M－煤层机采高度，11号煤取4.34m；L2－实测老顶周期来压步距，11号煤取20m；Lm－控顶距，11号煤取5.6m；F－支架支护面积，11号煤取8.3m2。则：P=（－3.6+5.8×4.34+1.4×20+3.6×5.6）×8.3=578.9t/架=5673kN/架（2）估算法估算法首先考虑支撑冒落带岩层的重量。P=9.8SrΣhcosa式中：P－支架承受的荷载，kN；S－支架支护的顶板面积，m2，为8.3m2；r－顶板岩石视密度，t/m3，为2.6t/m3；Σh－冒落带岩石的高度（直接顶厚度），m；Σh=MK.1M－采高，m，11号煤层为4.34m；K－岩石碎胀系数