《比较法在矿井采区布置系统设计中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《比较法在矿井采区布置系统设计中的应用（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、方案比较法在矿井采区布置系统设计中的应用摘要：文章从矿井的背景和地质条件出发,论证了采场位置及采区布置的合理性,提出了三个采区布置方案并进行了详细的经济技术比较, 以适应开采的工艺要求。文中从多方位考虑，在安全生产、回采煤量以及水平接续等主要因素基础上，最终解决了矿井重大技术问题难题并开创出新思路，为矿井的布置系统设计方案提供了科学依据。关键词：采区布置；最优方案；地质构造；井田开拓引 言 随着国内矿产资源需求量的日益增大，地下施工深度也在逐年加深，传统采区布置存在的问题随着施工深度增加、机械化程度提高和技术的发展以及生产集中化的发展,传统的采区布置系统已经不能适应当前的需求, 问题已日益突出
2、1 。因此分析矿井地质构造特点和煤层赋存条件，在技术经济合理的基础上，应用经济数学等理论基础，运用比较方案并解算，并从方案中选取出最优方案。本文将矿井区巷道布置，设计了三个方案，并进行了方案设计对比，为类似施工工程提供依据。 矿井概况晓南煤矿于 1971 年建矿，1980 年建成投产，截止到 2005 年末矿井剩余地质储量万 t，可采储量 5889.3 万 t；其中一水平现有西二和西三两个生产采区，根据矿井水平、采区接续安排，西二采区预计 2014 年末开采结束。届时将以二水平南翼采区接替西二采区以保证矿井产量。1.1 煤层地质条件、地质构造及储量煤层煤田位于松辽盆地东南侧，井田位于城市断陷盆
3、地的东南角，其地层层序和煤层生成年代与煤田一致，开采的是上煤组，共 20 个煤层，其中有 14 个煤层普遍发育，将煤组分为上下两段，即上含煤段和下含煤段。上含煤段主采层为 4 2#和 7 2#煤层，下含煤段主采层为 14#、15-1#、16-2#煤层。煤层结构总的变化规律是北部、东部煤层结构较简单，西部、南部煤层结构较复杂。煤层倾角多在 3 18之间，一般为 8左右，在断层附近由于受牵引，煤层倾角变化较大。主可采层煤多以半光亮型为主，煤层呈条带状，玻璃光泽或沥青光泽，节理发育。煤种为长烟煤，下水平有部分气煤发育。二水平煤层属于下含煤段，主采层 14#、15-1#、16-2# ，属于薄煤层和中厚
4、煤层。地质构造以高角度正断层为主，多数为走向正断层。地质储量 5107.6 万吨，可采储量 3230.8 万，其中厚度 1.33.5m 地质储量 2977.0 万 t，可采储量 1858.1 万 t。南翼采区地质储量万 t,可采储量 1724.46 万 t;北翼采区地质储量 2744.9 万 t,可采储量 2003.8 万 t。地质构造井田地质构造较简单，主要以断裂为主，褶曲次之。井田内共发育大断层 32 条，褶曲条。火层岩全井田发育，但对煤层影响不大。井田的地质条件评定为: II - IIa IId IIe IIg 型，即断层、褶曲、火层岩等构造复杂程度为 IIa；煤层特征及稳定性为 IId
5、；煤层顶底板复杂程度为 IIe；其它地质条件 IIg。储量矿井地质储量是指矿井技术边界范围内的全部煤炭储量，包括能利用的储量和不能利用的储量2。截至 2005 年末矿井采出地质储量 3172.0 万 t，剩余地质储量 9543.5 万 t，剩余可采储量 5889.3 万 t，矿井剩余服务年限还有 25a（其中残采 5a） 。井田开拓二水平开采深度-450-720m，水平标高-522m。开拓方式为斜井、大巷方式，设计利用四条暗斜井开拓， 即一个材料暗斜井（兼主要入风） ，一个行人暗斜井（装备架空乘人装置）和两个皮带暗斜井（南翼皮带暗斜井和北翼皮带暗斜井） ，皮带暗斜井与上水平中央皮带道缓冲仓上口
6、相通，主要用途提煤及辅助入风。运输大巷布置在-522m 水平岩石中，采用石门与采区相连。二水平总回风道布置在各采区的 14#煤层中通过 20上山与上水平回风巷相连构成回风系统。采区布置、生产能力及服务年限二水平布置两个采区，南翼采区和北翼采区，南翼采区走向长平均 2420m，倾斜宽平均，可采储量 1724.46 万 t。北翼采区走向长平均 3000m，倾斜宽平均 4000m，可采储量 2003.8 万 t。开采煤层均以 14 层为主，15-1#、16-2#煤层局部开采。采区布置均以水平大巷通过材料上山，甩车场沿 14#煤层回风中巷及采区回风上山构成运输、通风系统。通过沿 14#煤层皮带中巷，采
7、区煤仓和皮带暗斜井构成出煤系统。二水平设计能力 150 万 t ，服务年限 21a（加残采 5a） 。采区地质构造褶曲二水平南翼采区总体为一地堑式背斜，属晓南背斜的一部分。它的轴部位于19 号断层以东、18 号断以西，轴向为18左右，西翼地层倾角为 1013，东翼地层倾角为5。采区内有 5 条褶曲发育，褶区舒展平缓，对生产无直接影响，但在晓南背斜两侧多有小断层发育。断层根据一水平生产实践，二水平南翼采区内断层较为发育，以高角度正断层为主，采区内落差大于 5m 的断层共 25 条。二水平南翼采区内断层以北北东及北东走向占绝对优势。分别按可靠程度、展开方向和落差进行了分类。4.3 岩浆岩二水平南翼
8、采区的 528 孔附近玄武岩体覆于 14#煤层顶板，玄武岩的颜色为灰灰黑色，成分以长石为主，橄榄石少见，含磁铁矿颗粒，隐晶质，上部多气孔，气孔中充填白色方解石，杏仁状构造，本采区西南部煤层受火成岩影响。煤层情况煤层发育情况二水平南翼采区含可采和局部可采煤层 6 个， 其中 14#煤层普通发育，为主要可采煤层。12#、15-1#、15-2# 、16-2#、17-1#为局部可采煤层。当 15-1#与15-2# 煤层合层时称之为 15-1#。15-1# 、14#煤层全井田发育，尤其是 14#煤层发育最广, 其它各可采煤层的可采范围主要发育在井田西部。4.4.2 煤层厚度、结构及其变化本井田所见的各可
9、采煤层，其夹石以泥岩和粉砂岩为主，炭质泥岩次之。煤层结构总的变化规律是北部、东部煤层结构较简单，西部、南部煤层结构较复杂。煤层倾角多在 5之间，局部受构造影响倾角变化较大。与 15-2#煤层的分层依据是当夹层厚度大于或等于 0.80m 时即分开，小于 0.80m 时便合层，煤层的厚度以中厚煤层为主，薄煤层次之，无厚煤层。煤层变化的总规律：井田的西部、南部厚，东部、北部及东南部较薄。4.4.3 煤层顶底板南翼采区主采层 14#煤的顶板一般由伪顶、直接顶和老顶组成，伪顶多为泥岩，但局部煤层无伪顶，而直接揭露直接顶或老顶。14#煤层的直接顶在南翼采区内岩性不相同，一般为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩组成，泥
10、岩、砂质泥岩一般为灰黑色，无层理，岩石破碎，内夹薄煤层。粉砂岩一般为灰色，层理发育，多含植物化石，泥质胶结，岩石致密。局部直接揭露老顶。14#煤层老顶由各类砂岩、泥岩石组成。煤层底板由粉砂岩或细砂岩、中砂岩组成，局部有泥岩、砂质泥岩发育。煤层底板平整。煤质情况井田内煤质牌号以长焰煤为主，气煤次之，各煤层灰分在 1520之间，低硫、低磷，虽然下部煤层有气煤，但因发热量低（在 22.26KJ/g 左右） ，煤层的内在灰分又太高，仍不能做配焦煤，故本井田的煤只能做动力用煤。从垂直方向上来看，15-1# 煤层以上的各煤层均为长焰煤，其下均为气煤。从平面看，气煤主要分布井田西部,长焰煤分布在东部。煤的变
11、质因素以区域变质为主，煤的变质程度随煤层赋存深度增加而逐渐增高3。仅个别钻孔，如 296、528 孔附近，因受火成岩影响，煤层变为不粘煤或天然焦。煤尘、瓦斯、发火期情况煤尘、瓦斯晓南井田瓦斯含量较高，属高瓦斯矿井。瓦斯含量预计 21m3/t,本采区矿井瓦斯涌出量预计 17m3/t。煤尘属强烈爆炸性煤尘，煤尘爆炸指数41.97%，瓦斯储量 50692 万 m3。发火期煤的自燃为一类自燃发火煤层,自燃发火期一般在 13 个月。煤层围岩性质煤层顶板岩石多以砂砾岩、复合层和砂岩为主。底板多为细砂岩，个别地段为粗砂岩和泥岩、砂岩。顶板岩石硬度 23，顶板岩石抗压强度，凝聚力 33.6kg/cm2。煤层顶
12、板，即介于稳定或中稳定之间；老顶介于级之间， （即来压处于不明显和明显之间） 。采区水文地质二水平南翼采区为二水平首采区，根据已有的地质及水文地质资料分析;地下水及采空区积水为该采区的主要充水水源。侏罗系承压含水层是该采区主要地下水充水水源。火成岩裂隙含水带为次要的地下充水水源。采空区积水是该采区开采过程中主要解决的矿井防水问题，首先，该采区上部由上水平四层、七层的开采形成了较多的采空区，将来采完 9 层也必然形成采空区，这些采空区在本层的开采过程中虽然有的进行过探放水工作，但是在该采区生产过程中，还必须考虑冒落三带的影响范围。由于 14#煤层厚度在 1.34.2m 之间，平均煤厚 1.70m
13、，因此采高为1.3之间。由于南翼采区为缓倾斜煤层，因此利用斯列沙列夫的经验公式计算采空区的“三带”高度冒导 =（ 1.52.0）h 冒式中： h 冒采空区顶板冒落带的最大高度，导导水裂隙带的高度，煤层开采厚度，m 。在 1.34.2m 之间采空区顶板岩石的碎胀系数。为泥岩或砂岩，在 1.301.60 之间 a煤层倾角， 。在 5 15之间。经计算 h 冒最大为 14.5m。h 导最大为 29.0m。因此能够导水最大高度为 43.5m。由于9#与 14#煤层间距在 7490m 之间，平均为 83.1m；而 7-2#与 14#煤层间距在 91之间，平均在 110.2m。从上面 9#与 14#煤层、
14、7-2#与 14#煤层间距看，上部采空区积水对南翼采区生产不构成威胁。采区布置方案选择采区方案布置由 F23-4 号断层将采区划分东西两翼，采区布置均以 -522m 水平运输大巷，通过采区石门（或皮带道） 、材料上山，上风眼，沿 14#煤层轨道中巷，回风中巷及采区回风大巷，集中回风上山构成运输、通风系统。通过沿 14#煤层皮带中巷经煤仓至皮带暗斜井（南翼西） ；或通过沿 14#煤层皮带中巷经溜煤眼至水平皮带大巷到皮带暗斜井（南翼东）构成出煤系统。采区布置方案由 F23-4 号断层将采区划分东西两翼，首先在采区一侧布置一条专用回风大巷，在水平布置一条运输大巷贯穿整个采区，并分别在采区东西两翼各掘
15、一材料上山。在南翼西布置 3 条中巷，即皮带中巷、轨道中巷和回风中巷。由沿 14#煤层皮带中巷经南翼煤仓到南翼皮带暗斜井构成出煤系统。通过南翼西材料上山（或皮带道） ，轨道中巷、回风中巷及回风大巷构成运输、通风系统。在南翼东由沿 14#煤层皮带中巷经皮带石门至皮带暗斜井构成出煤系统。通过材料上山（或皮带道）经轨道中巷，回风中巷，回风大巷构成运输、通风系统。采区布置方案由 F23-4 号断层将采区划分东西两翼，采区内靠近工业广场煤柱布置一条专用回风大巷，在-522m 水平布置一条运输大巷贯穿整个采区，在采区东西两翼各布置 3 条中巷，即皮带中巷、轨道中巷、回风中巷。运煤由沿 14#煤层皮带中巷经
16、南翼煤仓至南翼皮带暗斜井到上水平中央皮带缓冲煤仓构成运煤系统。经运输大巷通过材料上山（或皮带道） ，沿 14#煤层轨道中巷，回风中巷，回风大巷至南翼集中回风上山构成运输、通风系统。井巷工程方案设计对比三个方案采区巷道布置共同点从三个方案巷道布置可以看出运煤都是通过南翼皮带暗斜井（兼辅助入风）与上水平中央皮带缓冲仓上口相通，运至主井煤仓提到地面卸载煤仓。运送材料及设备兼主要入风，由二水平材料暗斜井，井底车场经南翼运输大巷到材料上山，轨道中巷至采掘工作面；井下提矸与之相反。回风都是由各自工作面回顺，沿 14#煤层回风中巷，回风大巷，通过南翼采区集中回风上山与上水平南一回风石门相通，进入上水平回风系统，经排风井到地面，构成回风系统。三个方案采区巷道布置不同点运输、通风系统第 I 方案经南翼运输大巷通过运输石门，材料上山，甩车场分别沿 14#煤层皮带中巷，回风中巷，回风大巷构成运输、通风系统。而第 II、第 III 方案，南翼西由南翼运输大巷通过材
