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1、张家峁矿井初步设计（修改） 第四章 盘区布置及装备第四章 盘区布置及装备4.1 采煤方法4.1.1 采煤方法及回采工艺4.1.1.1 采煤方法本井田可采和局部可采煤层共有7层，分别为2-2、3-1、4-2、4-3、4-4、5-2、5-3号煤层。其中：2-2号煤层厚度5.269.85m，平均厚度6.49m。该煤层沉积稳定，厚度变化幅度较大，区内大面积自燃，局部有保留。该煤层结构较复杂，一般含夹矸23层，夹矸岩性以泥岩和粉砂岩为主，次为炭质泥岩。为区内局部可采煤层，可采面积11.246km2。煤层顶板岩性以粉砂岩、细粒砂岩为主，厚度0.9029.10m，偶见粉砂岩、细粒砂岩及泥岩伪顶。底板主要以泥
2、岩为主，局部为粉砂岩，厚度0.558.90m，偶见薄层泥岩、粉砂质泥岩底板。与3-1煤层间距22.7236.81m，平均间距27.96m。3-1号煤层厚度2.343.10m，平均厚度2.82m。厚度变化幅度小，一般不含夹矸，结构简单。局部地段顶部或底部含有一层夹矸，夹矸岩性为深灰色泥岩或粉砂岩。直接顶板以粉砂岩为主，其次为泥质岩、中粒砂岩、细粒砂岩；底板岩性以粉砂岩和泥岩为主，次为细粒砂岩。为沉积稳定的局部可采中厚煤层。可采面积22.994km2。与4-2煤层间距33.1257.41m，平均间距44.35m。4-2号煤层厚度1.704.05m，平均厚度3.34m。厚度变化幅度较大，煤层结构较复
3、杂，含夹矸03层，一般23层，夹矸岩性多为粉砂岩，少数为炭质泥岩。顶板岩性多为细粒砂岩、粉砂岩，次为泥岩；底板岩性以粉砂岩为主，其次为泥岩及粉砂岩。为基本全区可采薄中厚煤层，可采面积39.994km2。在ZH31、ZH33等钻孔一带煤层小范围分岔，下分层厚度0.201.41m。与4-3煤间距13.2026.11m，平均间距16.75m。4-3号煤层厚度0.101.90m，平均厚度1.28m，厚度变化不大。属大部可采的薄中厚煤层，可采面积29.617km2。煤层结构简单，一般不含夹矸，顶板以浅灰色厚层状中细粒长石砂岩为主，次为粉砂岩、泥岩；底板多为泥岩、粉砂岩，富含植物化石。与4-4煤层间距9.
4、3519.04m，平均间距14.56m。4-4号煤层厚度0.101.20m，平均厚度0.79m。可采范围内厚度变化幅度仅有0.40m，结构简单，一般不含夹矸，中部泥、铁质含量较高。顶底板岩性多为水平层理特别发育的泥岩或粉砂岩。可采区分布于井田中部，属大部可采的薄煤层，可采面积38.581km2，与5-2煤层间距28.2754.13m，平均间距35.14m。5-2号煤层厚度2.477.35m，平均厚度5.66m。属沉积稳定的全区可采中厚厚煤层。区内由西向东呈分岔状，分岔区上分层编号为5-2、下分层编号为5-3煤层。5-2煤层结构简单，大多数见煤点不含夹矸，部分煤层底部含1层夹矸，夹矸厚度一般为0
5、.100.20m。直接顶板以粉砂岩和砂质泥岩为主，其次为中粒砂岩和细粒砂岩。底板以粉砂岩为主，次为泥岩。分岔区与5-3煤层间距0.904.29m，平均间距为1.85m。5-3号煤层厚度0.451.10m，平均厚度0.88m。属沉积较稳定的局部可采薄煤层，可采范围不连续。该煤层结构简单，大多数见煤点含有1层夹矸，夹矸厚度一般为0.050.10m。直接顶板以粉砂岩和砂质泥岩为主；底板以粉砂岩为主，次为泥岩。井田内地质构造极为简单，为一平缓向西倾斜的单斜构造，倾角小于3，一般12，沿走向及倾向上有宽缓的起伏。区内未发现断裂，除烧变岩外，岩石裂隙也不发育。煤层瓦斯含量低，水文地质条件简单，煤层顶底板易
6、于管理。根据上述各可采煤层赋存条件及开采技术条件，设计确定各煤层采煤方法为走向长壁采煤法，全部垮落法管理顶板。4.1.1.2 回采工艺根据国内外煤炭开采技术发展现状，结合本井田各可采煤层赋存特点，设计认为本井田3-1、4-2号煤层属中厚厚煤层，煤层赋存稳定，倾角小，顶底板稳定完整，采用一次采全高综采最为合适，可充分发挥其潜力，取得最大经济效益。根据国家环境保护总局关于陕西煤业集团有限责任公司韩城矿务局张家峁矿井新建工程环境影响报告书的批复（环审2006106号），“2-2煤层和一些沟谷切割较深地带，如乌兰不拉沟3-1煤层采取保水弃煤措施，不予开采”。因此本次设计暂不考虑开采2-2煤层。对5-2
7、号厚煤层可供选择的采煤方法主要有：分层综采、放顶煤综采、大采高一次采全高综采；对4-3、 4-4及5-3号薄煤层可供选择的采煤方法主要有：薄煤层综采及刨煤机开采。1分层开采自70年代在开滦矿务局唐山矿试验成功厚煤层倾斜分层下行垮落金属网假顶综合机械化采煤法以后，分层开采的综合机械化采煤工艺又有了进一步的发展，目前是我国厚及特厚煤层的主要采煤方法之一，在大中型矿井得到普遍采用，积累了比较丰富的经验。但是，这种采煤方法采准巷道系统复杂，巷道掘进工程量大，巷道的掘进与维护费用也高；上分层开采时要铺设人工假顶，加大了工人的体力劳动强度，同时增加了工作面采煤作业循环时间和生产成本；对地质构造特别是断层的
8、适应性差；煤层厚度变化时容易丢煤；单产低、效率低、效益低。随着放顶煤和大采高工艺的日益成熟，这种采煤方法使用得已越来越少。2放顶煤开采我国自1982年开始试验放顶煤开采方法以来，这种对开采厚煤层行之有效的技术日趋成熟，在我国厚煤层矿井中得到了普遍采用，并已开始向三软、夹矸、硬煤等条件下的矿井进行延伸研究。1999年我国有80多个综采放顶煤队，占综采工作面的35.4%，其中年产超2.0Mt的11个综采队，大部分是综采放顶煤。2001年在煤层中硬、无夹矸、低瓦斯、煤厚79m、直接顶与老顶为厚层砂岩等条件下的兖矿集团已开始出现年产超5.00Mt的综放工作面。实践证明，在厚及特厚煤层中，综采放顶煤较分
9、层开采，简化了巷道布置和回采工序，降低了回采巷道掘进率，减少了工作面搬家次数，节省了人工、材料和时间消耗，降低了成本；提高了工作面单产和工效；生产高度集中，有利于矿井的管理与控制，实现安全文明生产；对于地质条件比较复杂、断层多、煤层厚度变化大的煤层适应性强。当然，放顶煤开采也不能解决所有厚煤层的开采问题，存在着煤尘大，工作面回采率偏低，高瓦斯煤层有局部瓦斯积聚危险和采空区浮煤易自然发火等固有问题尚待解决。同时煤层埋深、煤层厚度与强度、夹矸厚度、强度与层位、煤层裂隙发育程度等诸多地质因素也直接决定着放顶煤的效果。根据研究，当煤层埋深200m以内、煤层中硬时，单靠顶板压力难以破煤下落；当煤层硬度3
10、时，易产生台阶型悬煤或大块煤堵塞放煤口，如大同侏罗纪煤层；当硬质厚层（400mm）夹矸位于顶煤中部时，同样产生悬顶阻止煤层的及时垮落或造成大块矸石堵口，如太原市王封矿夹石为0.60.8m的砂质泥岩，冒块多在0.6m以上，部分1m以上，堵口严重，顶煤放出率60%以下，上述情况下采用放顶煤开采均存在一定的技术问题。由于放顶煤主要是利用矿山压力破煤，因此对煤层的冒放性及赋存条件有一定的要求，根据我国多年生产实践，影响顶煤冒放性的自然因素主要有开采深度、煤层厚度、煤层结构、夹矸层数多少及其硬度和厚度、煤层顶底板岩性及其厚度、老顶岩性及其厚度和岩、煤体裂隙发育程度，还有煤岩交界面地质结构整合程度等。下面
11、对张家峁矿井5-2号煤层的冒放性进行分析。（1）开采深度生产实践和理论计算都表明，顶煤冒放性随着开采深度的增加而提高。一般情况下，当开采深度小于200m时，顶煤冒放性差，当开采深度大于400m时，顶煤是易于冒落的。本井田5-2号煤层埋深多在120170m之间，平均150m以下。从开采深度看，顶煤受顶板压力作用极其有限，因此冒放效果比较差。同理分析2-2号煤层冒放效果也比较差。（2）煤层厚度及煤的硬度一般来讲，过厚的顶煤其上部难以达到充分松动，国内外综放工作面的实测和科研院所试验结果证明顶煤冒放性随煤层厚度的增大而减弱，其最大临界厚度为12.515m。本井田5-2煤层平均厚度为5.66m，在目前
12、的开采条件下，采用大采高综采的采高完全可以达到煤层厚度，使用放顶煤则采放比太小，不能达到最佳的放煤效果。国内对放顶煤综采工作面的实测统计结果表明，煤层强度是影响顶煤冒放性的关键因素。试验结果证明：中硬煤层为半圆拱式冒落，椭柱体放出， 顶煤跨落角67，放出率73.1%；硬煤为拱桥式冒落，抛物体放出，垮落角55，顶煤放出率仅为13.4%。按照顶煤的强度与破坏关系理论计算，一般情况下，当煤的强度值Rc20Mpa时，顶煤的破坏程度降低，其冒落性较差。本井田5-2号煤层硬度较大，粒度大，块煤多，不易破碎，因此自然状态下冒放性较差。（3）节理裂隙发育程度顶煤裂隙发育程度直接影响到顶煤的冒放性，节理裂隙发育
13、的煤层，顶煤在支承压力的作用下易于破碎，节理裂隙越发育，顶煤的冒放性就越好，就越易于放出。地质报告介绍本井田各煤层具贝壳状、阶梯状、参差状断口；后生裂隙不甚发育，裂隙被方解石脉或黄铁矿薄膜填充。节理裂隙不甚发育或不发育，不利于煤层的冒放。（4）煤层夹矸若顶煤中存在厚而坚硬的夹矸，将会严重影响顶煤的冒放性。一方面，夹矸在顶煤中形成“骨架”，使顶煤不易跨落；另一方面，即使顶煤跨落，夹矸易形成大块，影响顶煤冒放过程中的流动性，且堵塞放煤口无法放出。一般认为，顶煤中单层夹矸厚度不宜超过0.30m，其硬度系数也不宜大于3，顶煤中夹矸层厚度占煤层厚度的比例不宜超过1015%，否则应采取预破碎措施。相对来说
14、本井田各煤层中的夹矸对顶煤的冒放无甚影响。（5） 顶板条件影响煤层冒放性的煤层顶板包括煤层直接顶和老顶两部分，直接顶对顶煤压裂无直接影响，但直接顶能够随采随冒，能充满采空区以防冲击来压，并促使顶煤放出，因此，具有一定的厚度是放顶煤综采开采顶煤破碎冒落后顺利放出的基本条件，否则不利于顶煤回收。本井田5-2煤层直接顶板以粉砂岩和砂质泥岩为主，其次为中粒砂岩和细粒砂岩，属坚硬半坚硬岩石，稳定性好。因此5-2号煤层直接顶较难冒落，对顶煤冒落不利。根据本区5-2号煤层赋存条件及冒放性分析，设计初步认为本井田煤层顶煤冒放性较差，在自然条件下不太适合放顶煤综采开采，即使采取措施使顶煤能冒落下来，其产量也不会
15、太高。3大采高一次采全高综采一次采全高综采采煤法是国外高产工作面采用的主要方法。我国从1978年开始试验厚煤层大采高一次采全厚开采方法，至今已取得了长足进步，国内条件适宜的矿井已普遍采用。国外高产高效综采长壁工作面由于采用重型化、强力化、自动化和机电一体化的设备，走生产集中的途径，工作面的单产和工效大幅度得到了提高。神东矿区各矿井，在煤层倾角5以下、硬度f=34、顶板稳定、无瓦斯危害、采高大多在4.0m左右。自1985年开发建设以来，利用先进的管理思想和科技手段，将资源优势迅速转变为生产力优势，实现了高起点、快发展和高效率。近年来大柳塔、榆家梁、补连塔等矿井一井一面，其原煤产量均突破10.00
16、Mt/a大关，实现了国内工效最高、吨煤成本最低的成果，极大地提高了产品在市场上的竞争能力。4薄煤层综采近年来，国内注重了对薄煤层综采设备的研制，已生产出性能可靠的采煤机，与国产液压支架配套使用，取得了良好的效果。其中较突出的是大同矿务局晋华宫矿，在上世纪90年代中期开始在1.31.5m厚的薄煤层试采，试采阶段平均月产0.0733Mt，最高月产0.0955Mt，创造了国产机组同类条件下的最好成绩。这套设备目前还在井下生产，日产稳定在2000t左右。这种采煤方法目前国内使用较多，积累的经验也较多。5刨煤机开采目前国际上对薄煤层的开采已达到较高的水平，德国利用刨煤机开采薄煤层技术走在世界的前列，其工作面装备的特点是
