毕业设计（论文）-山西乡宁焦煤集团申南凹焦煤煤矿矿井采区设计布置.doc

目录1矿井概况- 3 -1.1井田地质特征- 3 -1.1.1井田地理位置及交通条件- 3 -1.1.2地质勘探程度- 3 -1.1.3井田的水文地质情况及主要地质构造的分布情况- 3 -1.2煤层埋藏特征- 7 -1.2.1煤层赋存状况- 7 -1.2.2煤层围岩性质- 7 -1.2.3煤层瓦斯等级- 7 -1.2.4煤的自燃情况- 7 -1.2.5煤的爆炸性及爆炸指数- 7 -1.2.6煤的工业分析、牌号及其用途- 7 -1.2.7煤层赋存特征表- 8 -1.2.8煤的工业分析表- 9 -1.3井田境界与储量- 9 -1.3.1 井田境界及确定依据- 9 -1.3.2井田尺寸- 10 -1.3.3井田地质储量、工业储量和开采储量- 10 -1.4矿井开拓- 10 -1.4.1井筒位置、数目及形式- 11 -1.4.2采区的划分及划分依据、采区开采顺序- 11 -1.4.3开拓巷道的布置- 11 -1.4.4矿井通风方式、通风机型号及工作方法- 11 -1.4.5矿井的提升方式及设备和主要运输大巷的运输方式及设备- 11 -1.4.6目前矿井的开采情况- 12 -1.4.7目前矿井的年工作日数及每周夜生产班数- 12 -1.4.8矿井的生产能力、生产采区数目、位置及生产能力、采煤工作面数目- 12 -2采区地质特征- 12 -2.1采区范围- 13 -2.1.1采区的位置、尺寸及面积- 13 -2.1.2 邻近采区的开采情况及接替采区的位置- 13 -2.2 采区地质情况- 13 -2.2.1采区地形地势- 13 -2.2.2采区内煤层赋存特征- 13 -2.2.3地质构造的分布- 14 -2.2.4顶板岩石的性质及岩石的变化情况- 14 -2.2.5水文地质- 14 -2.2.6老窑和采区积水情况- 14 -2.2.7瓦斯的赋存情况- 15 -2.3 采区储量和生产能力- 15 -2.3.1确定有关煤柱尺寸、计算采区地质储量、可采储量- 15 -2.3.2简述储量分级情况- 16 -2.3.3确定采区生产能力- 16 -2.3.4计算采区日产水平和服务年限- 16 -3采煤方法及采区巷道布置- 16 -3.1采煤方法的选择- 17 -3.1.1根据煤层埋藏特征、结合开采经验、选择采区内采煤方式并选择采煤方法。- 17 -3.1.2根据赋存煤层顶底板条件选择顶板管理方法。- 17 -3.2矿压观测情况- 17 -3.2.1简述生产矿井现有的矿压观测情况、并对有关方面进行分析- 17 -3.3采区巷道布置- 19 -3.4回采工艺与劳动组织- 20 -3.4.1根据选定的采煤方法确定区段尺寸、工作面规格、区段煤柱尺寸- 20 -3.4.2根据采区生产能力确定工作面推进度、工作面生产能力- 20 -3.4.3确定采区内同时采煤的工作面数目- 20 -3.4.4确定回采工艺（落煤、装、运、支、处理方式）- 20 -3.4.5根据顶板压力，确定回采工作面的支架型式和有关参数- 21 -3.4.6回采工作面布置方式、最大与最小控顶距及放顶方式- 21 -3.4.7结合矿井生产经验，编制回采工作面劳动组织、工人出勤表- 21 -3.4.8回采工作面技术经济指标表- 21 -3.4.9回采工作面循环作业图表- 21 -3.5采区准备- 24 -3.5.1确定采区内各类巷道的断面形状、规格及支护方式- 24 -3.5.2阐明掘进月进度、计算采区准备时间- 24 -3.5.3计算采区的掘进出煤率、万吨煤掘进率和采掘比- 24 -3.5.4合理安排工作面的接替，确定采区内掘进工作面的数目及位置。- 25 -4采区运输、防排水与供电- 25 -4.1采区运输- 26 -4.1.1根据采煤方法和工作面条件初步选择运输方式及设备。- 26 -4.1.2确定辅助运输方式及设备。- 26 -4.2采区防排水和供洒水- 26 -4.3采区供电- 27 -5采区通风与安全- 28 -5.1采区通风系统- 29 -5.1.1通过巷道布置方式，结合矿井通风方式分析确定采区通风系统- 29 -5.2风量配备- 29 -5.3通风构筑物- 31 -5.4安全设施- 31 -5.4.1瓦斯防护措施- 31 -5.4.2煤层自燃发火防护措施- 32 -5.4.3煤尘爆炸防护措施- 32 -5.4.4机电设备保护措施- 32 -6采区巷道规格及支护方式- 33 -6.1概 述- 34 -6.2采区巷道规格及支护方式- 34 -7采区设备选型及计算- 35 -7.1采煤机的选型及验算- 36 -7.2运输机的选型及验算- 36 -7.3顺槽设备的选型- 37 -7.4支架的计算与选型- 38 -7.5其他设备的选型- 39 -8环境保护及采区主要技术经济指标- 39 -8.1环境保护管理制度- 39 -8.2采区主要技术经济指标- 40 -1矿井概况1.1井田地质特征1.1.1井田地理位置及交通条件1.井田地理位置山西乡宁焦煤集团申南凹焦煤有限公司煤矿井田地处山西河东煤田东南部，位于乡宁县管头镇铺上沟一带，其地理坐标为：北纬360327至360505，东经1105640至1110000。2. 交通条件公司煤矿工业场地距乡宁县城约22km。乡宁台头临汾一级公路从矿井工业场地南约2km东西向通过。距襄汾50km，距临汾80km，向东50km可在临汾市西与霍州侯马一级公路及与国铁平行的大（同）运（城）高速公路相接，北上可达太原，南下经侯马、运城、永济，过黄河可进入陕西。该区尚无铁路通达，矿井工业场地南约2km为临汾吉县高速公路，矿井距南同蒲铁路侯马站60km。综上所述，矿井交通运输比较便利。山西乡宁焦煤集团申南凹焦煤有限公司交通位置见图1-11.1.2地质勘探程度本论文所依据的地质报告是在乡宁矿区详查地质报告、台头井田精查勘测探及煤矿补充勘探成果的基础上编制而成，可为煤矿生产、设计提供一定的依据。但由于勘查阶段及范围的不统一性，在井田中部及北部约占扩界后井田面积一半以上的区域勘查情况程度较低，应补充勘查。煤矿扩区东部位于台头精查区西部C级储量区内，2号煤层共获得探明的（111b）、控制的（122b）、推断的（333）资源量151.849Mt。其中原矿区获得探明的储量（111b）、控制的（122b）34.677Mt、扩区获得控制的（122b）储量28.061Mt，推断的资源量89.111Mt。1.1.3井田的水文地质情况及主要地质构造的分布情况1.井田的水文地质情况1）含水层矿区及周围地带含水层，根据岩层含水性特征划分的含水层自下而上有：（1）中奥陶统峰峰组石灰岩溶隙含水层奥灰岩溶地下水是煤系地层下伏的主要含水层。出露于矿区东部及东南部，岩溶发育，见有溶洞，向西进入本区而隐伏于石灰、二迭系地层之下，由于埋深增加，背向排泄地点，岩溶裂隙变成为发育弱至不发育，再由于奥灰地下水水位埋藏深，根据周围钻孔推断在本区水位标高在500m至550m左右，因此，一般对开采不会产生影响，但井田中、深部尚未进行地质勘探，且煤层埋藏较深，奥灰承压水静水位高程可能变化，开采前应对此进行详勘，生产时应予以重视。（2）太原组石灰岩溶隙含水层含水层包括K3、K2石灰岩，K3石灰岩厚度变化不大，裂隙不发育,为弱含水性，K2石灰岩为主要含水层，成为9号煤层顶板直接充水含水层，厚度7m左右，由于补给条件所限，且随埋深增大，富水性减弱，富水性与埋藏条件有关，一般含水性弱，606号孔附近，用空压机抽干，抽水试验，单位涌水量只有0.00022L/s.m，水位标高+1304.81m，含水性极弱，因此，该层为含水性弱的裂隙含水层。（3）下石盒子组(K9、K8)砂岩裂隙含水层砂岩含水层位于1号、2号煤层以上，K8砂岩成为煤层顶板直接充水含水层，厚度6m左右，为灰色以石英为主的中粒砂岩，浅埋藏地带，风化裂隙发育，含水性较强，随埋深增加，风化裂隙减弱，含水性而减弱，606号孔抽水试验，水位标高为+1397.73m，单位涌水量仅为0.000127L/s.m，表明含水性极弱，K9砂岩位于煤层以上50m左右，含水情况与k8砂岩相似，因此，属含水性弱一中等裂隙含水层。（4）第四系砂砾孔隙含水层分布在山涧河谷地带，岩性为黄白色砂质粘土、亚粘土，砂砾层及砾石层，厚度变化大，由于大气降水和地表水补给条件较好，同时排泄条件也好，因此，埋藏厚度大时，将成为地下水较丰富的孔隙潜水含水层。 2）隔水层2号煤层至k2石灰岩之间的隔水层，由致密的粉砂岩、泥岩组成，一般厚65m左右，具有良好的隔水性能，在无裂隙贯通的情况下，2号煤层不与K2含水层发生水力联系。2号煤层至风化裂隙带含水层之间的隔水层，主要由具可塑性泥岩、粉砂岩组成，各层砂岩层之间均有泥岩分布，一般厚度2米至数米不等，可起到良好的层间隔水作用。3）水文地质条件类型矿区为一倾向北西的单斜构造，主要可采2号煤层顶板直接充水含水层为k8砂岩裂隙水，含水性一般较弱，水文地质条件属于简单类型。 4）矿井充水因素分析（1）主要可采2号煤层以顶板k8砂岩充水为主，其次为开采过程中产生的塌陷裂隙带，使得局部地带与风化裂隙带发生水力联系，补给k8砂岩含水层而进入巷道。（2）矿区下伏区域主要含水层为奥灰岩溶水，由于该含水层地下水水位绝大部分低于2号煤层，一般条件下不致于对煤层开采有底板突水危险。（3）地表水对巷道的充水影响，区内地表水为季节性冲沟，雨季尚有水流且很小，不会对矿井产生影响。4）矿井涌水量预测本矿井充水来源为顶板砂岩裂隙水，或开采产生的塌陷裂隙与风化裂隙水沟通，大气降水为主要充水水源，因此，雨季排水量将有所增大应引起注意。根据邻近矿井井下涌水量情况，预计正常涌水量为20m3/h，最大涌水量为30m3/h。2.主要地质构造（断层、褶曲、陷落柱）的分布情况本矿区位于河东煤田乡宁矿区北部，构造体系位置处于祁吕贺兰山字型构造前弧东翼内侧，区域地质应力的方向大体为北西南东向的挤压。因此，形成了区内北东向的构造走向，本区地层基本上为一倾向北西的单斜构造。在矿区中部有一组规模不大的背、向斜构造。在矿区东南部沿北东走向有一急倾向带，宽度400m左右。在矿区西南部有一落差35m的逆断层，该断层走向北东倾向南东，区内无发现有陷落柱和褶曲，无岩浆岩活动，构造属简单类。图1-1-1 交通位置图1.2煤层埋藏特征1.2.1煤层赋存状况本区含煤地层包括石炭系中统本溪组、上统太原组及二叠系下统山西组和下石盒子组。其中太原组和山西组为主要含煤地层，太原组含主要可采煤层10号煤层和局部可采煤层7号煤层，山西组含主要可采煤层2号煤层和大部分可采煤层3号煤层，本溪组含局部可采煤层12号煤层，下石盒子组含12层薄煤层。山西组共含煤四层(1上、1、2、3号)，平均总厚5. 70m,平均含煤系数21.4%；平均可采总厚5.22m，平均可采含煤系数19.6%。本区太原组6号、7号、10号及11号煤层均尖灭，所以共含煤2层(8、9号)，平均总厚1.Oom，平均含煤系数1.5%；平均可采总厚O.76，平均可采含煤系数1.1%。 山西组1上、3号煤层和太原组8、9号煤层均变化很大。 山西组l-2号煤层因层间砂体增厚而间距变大，2-3号煤层间距稳定。详见煤层赋存特征表1-2-1。本区自上而下的可采煤层(包括局部可采和个别点可采的煤层)为1上、1、2、3、9号等5层煤层。其中主要可采煤层为2号煤层。1.2.2煤层围岩性质以下所述为2号煤层顶底板岩石性质1顶板岩石性质 （1）基本顶：厚度为12.8m左右的粉砂岩，深灰色、灰黑色粉沙岩为主，夹灰色砂岩。（2）直接顶：厚度为6.5m左右的砂岩，局部有离层现象。（3）伪 顶：厚度为0.4m左右的炭质泥岩，深灰色炭质泥岩为主，局部为粉砂岩。2底板岩石性质（1）直接底：厚度为2.3m左右的炭质泥岩，灰黑色，上部含砂量交小，含植物化石碎片。（2）基本底：厚度为10m 及以上的中粒粉砂岩，灰白色，以石英为主，长石次之，夹泥质条带。1.2.3煤层瓦斯等级 据本矿测定结果，相对瓦斯涌出量为4.1m3/t.d，小于10m3/t.d，经计算绝对瓦斯涌出量为26.7510m3/min，小于40m3/min,属底沼泽矿气。1.2.4煤的自燃情况据矿井2号煤层煤样测试结果，吸氧量0.5908（cm3/g）,自燃等级II级，自燃倾向性属自燃。1.2.5煤的爆炸性及爆炸指数据矿井2号煤层煤尘爆炸性试验结果，火焰长度为50，最低岩粉用量为60%，2号煤有爆炸性性；爆炸指数为7%。1.2.6煤的工业分析、牌号及其用途a煤的工业分析（1）水分：2号煤层原煤空气干燥基水分含量平均为0.69%，精煤空气干燥基水分含量平均为0.67%；（2）灰分：2号煤层原煤干燥基灰分16.1917.45%，平均为16.82%，属中灰煤。精煤干燥基灰分为6.277.13%。平均为6.70%；（3）挥发分：2号煤层精煤干燥无灰基挥发分（Vdaf）15.87-17.13%；（4）胶质层厚度：2号煤层原煤干燥基胶质层最大厚度（y）11.9-12.8mm；（5）粘结指数：2号煤层原煤干燥基粘结指数（G）40-82；（6）硫磷含量：2号煤层原煤干燥基全硫含量0.28-0.39%，平均为0.29%，属特低硫煤，精煤干燥基全硫含量0.24-0.27%，平均为0.26%；2号煤层原煤干燥基磷含量平均为0.034%，属低磷煤。（7）发热量：2号煤层干燥无灰基弹筒发热量为35.43-35.79MJ/kg，属高发热量煤。b煤的牌号及其用途（1）煤的牌号：区内2号煤层煤类有焦煤（优质主焦煤）、瘦煤两种。（2）用 途：发热量高煤、中等粘结性煤、极易选煤、炼焦冶金。1.2.7煤层赋存特征表表1-2-1 煤层赋存特征时代煤层编号煤层厚度煤层间距夹石顶板岩性可采性稳定性最小-最大平均最小-最大平均底板岩性山 西组P1s1上0.47-1.300.793.08 - 9.706.394.74 - 9.567.151.38 - 2.001.7042.25-43.1142.68 4.050泥 岩粉砂岩仅102号孔可采不稳定10.65-1.200.790粉砂岩泥 岩局部开采不稳定23.01-3.782.911泥 岩泥 岩全区可采稳 定30.59-1.050.790泥 岩细粒砂岩仅102号孔可采不稳定太原组C3t80-0.400.140石灰岩泥 岩不可采不稳定90.65-0.750.690石灰岩粉砂岩局部开采不稳定1.2.8煤的工业分析表表1-2-2 煤的工业分析表序号分析成分代码煤 种分析结果备 注1水分Mad原煤0.69%-精煤0.67%2灰分Aad原煤16.82%中灰煤精煤6.70%-3挥发分Vdaf精煤15.87-17.13%-4胶质层Y原煤11.9-12.8mm-5粘结指数G原煤40-82中等粘结6硫磷含量SP原煤0.29%/0.034%低硫低磷精煤0.26%/0-7发热量MJ原煤35.43-35.79MJ/kg高发热量1.3井田境界与储量1.3.1 井田境界及确定依据(1)井田境界山西乡宁焦煤集团申南凹焦煤有限公司现井田境界由11个拐点坐标连线圈定，见表1-3-1。(2)确定依据山西省国土资源厅2009年11月26日颁发的采矿许可证，证号为C1400002009111220045112。表1-3-1 井田境界拐点坐标表拐点编号X 坐 标Y 坐 标备 注13994950.8719494430.5323994950.7119498323.5833994034.7019498323.5943994078.7019498486.5953993591.6919498611.5963992950.6919498719.6073992950.6819497998.5983992892.5819497973.5993991950.6719498430.51103991950.6519495930.58113993950.6719495930.561.3.2井田尺寸现井田长约5.5km，宽约3.0km，井田面积为8.1203km2，随后可扩到26.54km2，边界由扩区边界、原井田边界与采空区边界共同圈定，面积为34.66 km2，1.3.3井田地质储量、工业储量和开采储量a井田地质储量根据山西省煤炭地质144勘查院编制的山西省乡宁县申南凹焦煤有限公司煤矿及扩区地质报告，本井田参与储量计算的煤层为2号煤，面积为34.66 km2，视密度为1.36t/m3。 依据报告, 2号煤层共获得(l11b)探明的、(122b)控制的、(333)推断的矿井地质储量为151.85Mt。其中原井回获得探明的储量(lllb)、控制的储量(122b) 34.68 Mt；扩区获得控制的(122b)储量28.06 Mt，推断的资源量89.11Mt。b 工业储量矿井工业资源/储量由地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332中经分类得出的经济的基础储量111b和122b、以及推断的333资源量的折减量构成。矿井工业资源/储量=111b+122b+2M11+2M22+333k(式中, k为333资源量的可信度系数,本矿井地质构造简单、煤层赋存相对稳定,但勘查程度低,所以k值取0.7)。本矿井工业资源/储量=111b+122b+333k=25.082+37.656+89.111O.7 =125.116Mtc 开采储量（1）开采范围的确定井田共含一层可采煤层,即2号煤。2号煤厚度3.014.06m,最小可采煤层厚度为O.7m,为全区可采煤层。（2）开采储量矿井设计储量为工业储量减去断层煤柱、村庄煤柱、井田境界煤柱和已有建、构筑物煤柱后的储量。矿井开采储量为设计储量减去工业场地煤柱、大巷煤柱以及开采损失后的储量。经计算，矿井设计开采储量为90.58Mt。1.4矿井开拓1.4.1井筒位置、数目及形式a.井筒位置：工业场地和矿井井筒位于现有井田亦是扩界后井田的东南角、武家山西侧的沟谷中。b.井筒数目：设有三条井筒。c.井筒形式：矿井采用斜井开拓方式，即主副斜井和回风立井。三条井筒位于同一场地。主副井筒平行交错布置，井筒中心间距35m，主斜井井口与回风立井井口直线距离200m。（1）主斜井：倾角20，斜长375m，净宽3.4m，净均高3.0m，净断面8.78，三心拱砌碹支护，主要服务于进风、供电及监控线缆敷设、行人、提煤、压风管道铺设，为主要安全出口。（2）副斜井：倾角30，斜长185m，净宽2.8m，净均高3.0m，净断面7.60，半圆拱砌碹支护，主要服务于进风、供电及监控线缆敷设、辅助运输、供排水管道铺设，为主要安全出口。（3）回风立井：倾角90，垂深110m，直径3.0m，净断面7.07，砌石圈井支护，主要服务于回风，为辅助安全出口，内设梯子间。1.4.2采区的划分及划分依据、采区开采顺序1.采区的划分及划分依据根据井田内地质构造及煤层赋存特点，结合工作面装备水平，为适应综合机械化工作面布置的要求，本着适当加大采区尺寸、增加工作面推进产度、尽量减少工作面搬家次数，提高工作面单产及效率的原则，设计确定工作面推进长度为2.0至2.5km。2. 采区开采顺序根据煤层开采技术条件，按由近及远的顺序回采，先开采20采区，衔接21采区和22采区。1.4.3开拓巷道的布置井筒及井底车场掘砌完工后，在2号煤层+1190m标高沿北方向（方位角360）布设两条大巷，分别为主运输大巷、主回风大巷，大巷中心间距110m，大巷沿煤层倾向布置，由于大巷所在煤层埋深度已达400m，为便于巷道支护与维护，大巷均采用锚喷支护。主运输大巷净宽4.2m，净高2.8m，净断面积11.76m2；回风大巷净宽4.2m，净高3.0m，净断面积12.6m2。1.4.4矿井通风方式、通风机型号及工作方法1.矿井通风方式：本矿采用中央并列（负压）式通风。2.通风机型号及工作方法：本矿通风机型号选用4-72-20B轴流式通风机；通风机工作方法为抽出法。1.4.5矿井的提升方式及设备和主要运输大巷的运输方式及设备1.矿井的提升方式及设备（1）主斜井选用一部DSP1040/1000/315型大倾角强力胶带输送机提煤；（2）副斜井选用一台JTP-1.6型矿用提升绞车运送材料；2.主要运输大巷的运输方式及设备（1）运输大巷选用一部DSJ100/80/2*160型胶带输送机运煤；（2）回风大巷选用两台CTL12/6GB矿用隔爆型蓄电池电机车运送材料；1.4.6目前矿井的开采情况 现本矿井下20采区至2010年底已开采结束，运输大巷和回风大巷两条开拓巷已开拓至21采区中部，并在21采区准备好了一个综采工作面即，1021-01工作面，正处于安装调试阶段；两个掘进工作面即，1021-02运输顺槽掘进工作面和1021-02回风顺槽掘进工作面，正处于正常掘进阶段。1.4.7目前矿井的年工作日数及每周夜生产班数 1.年工作日数：现本矿井的年平均工作天数为每月21.6天，全年按12个月计算，全年平均工作天数为259.2天。2.每周夜生产班数：现本矿井实行“三八工作”制，每周夜生产班数为3班。1.4.8矿井的生产能力、生产采区数目、位置及生产能力、采煤工作面数目1.矿井生产能力：根据山西省煤炭工业局颁发的煤炭生产许可证（编号：201426310292），确定矿井生产能力为110万吨/年。2. 生产采区数目、位置及生产能力现本矿井下生产采区为21一个采区生产；21采区布置在本矿井下20采区和22采区中间，距井底车场北东700m至1750m范围内；根据21采区圈定范围、采煤工作面设计个数及采高计算，本采区保有储量为390万吨，可采储量为350万吨，考虑到采区设计和实际生产能力及采区井下实际情况，按每年80万吨实际生产能力计算，本采区服务年限为4年以上。3. 采煤工作面数目：本采区共设计了5个采煤工作面，现已准备完成了一个采煤工作面，即1021-01综采工作面。 2采区地质特征2.1采区范围2.1.1采区的位置、尺寸及面积1.采区位置：21采区布置在本矿井下20采区和22采区中间，距井底车场北东700m至1750m范围内；由5个拐点坐标连线圈定，见表2-1-1。表2-1-1 采区圈定拐点坐标表拐点编号X 坐 标Y 坐 标备 注13994034.68819497692.04323994054.11319498472.252 33993587.53419498592.00843992970.689 19498695.948 53992970.66619497692.0432.采区尺寸及面积：21采区长约1.1km，宽约0.9km，面积为0.97km2。2.1.2 邻近采区的开采情况及接替采区的位置1.邻近采区的开采情况：21采区南部为20采区，20采区已开采结束；北部为22采区，22采区尚未开采，为21采区的计划接替采区；西部为本矿井田内规划区；东部为矿界。2.接替采区的位置：21采区的计划接替采区22采区，22采区位于21采区北部1km范围内。2.2 采区地质情况2.2.1采区地形地势该采区位于井田中东部，主要山梁走向呈北东向，最高点位于东北部的山梁上，标高为1557m，最低点位于西南部河谷，标高1200m，相对高差为3570m，属中高山区。区内地形复杂，切割强烈，河谷纵横，多呈“V”字型。2.2.2采区内煤层赋存特征采区内煤层赋存为山西组和太原组为本区主要含煤地层。山西组共含煤四层(1上、1、2、3)，平均总厚4.79m，平均含煤系数17%；含主要稳定可采煤层2号，较稳定的局部可采煤层1号及不稳定的局部可采煤层3号。主要赋存2号煤层，位于山西组中部，为本区主要可采煤层之一，与下层3号煤层间距为1.83-2.40m，平均2.10m。2号煤层厚3.003.50m，平均3.3m。含夹矸1-2层，夹矸主要为炭质泥岩或泥岩。结构较为简单，顶板大多为粉砂岩，局部为中砂岩；底板以泥岩为主，粉砂岩次之。属稳定的全区可采煤层。2.2.3地质构造的分布本采区位于本矿井田中东部，构造体系为祁吕贺兰山字型构造前弧东翼内侧，采区内地质应力的方向大体为北西南东向的挤压。因此，形成了采区内北东向的构造走向，地层基本上为一倾向北西的单斜构造。东部有一组规模不大的背向斜及一条落差10m的正断层可能穿过本采区，地表未发现陷落柱，总述本采区构造比较简单。2.2.4顶板岩石的性质及岩石的变化情况采区内2号煤层顶板岩石的性质及岩石的变化情况从上而下简述。1.基本顶：厚度为12.8m左右的粉砂岩，深灰色、灰黑色粉沙岩为主，夹灰色砂岩。2.直接顶：厚度为6.5m左右的砂岩，局部有离层现象。3.伪 顶：厚度为0.4m左右的炭质泥岩，深灰色炭质泥岩为主，局部为粉砂岩。2.2.5水文地质该采区位于本矿井田中东部，临汾盆地的西缘，吕梁山南部，属中高山区。区外东南部依次出露石炭系、奥陶系石灰岩，碳酸盐地层为区域地下水的补给区。区内及附近的河谷中为全新统和更新统的冲洪积物。山坡和山梁生长着茂密的灌木丛和森林，植被覆盖率较大，为大气降水渗入补给地下水创造了天然的优越条件。地表无大的河流，只有铺上河沟内长年流水，由北向南从本区西部边缘流过，年平均流量为1.25m3/min，地面水系属黄河水系。 含水层对采区煤层开采的水文影响和充水影响因素：作为煤层直接充水含水层，由于含水性弱，上覆地层有厚厚的泥岩、粉砂岩隔水层存在，且含水性弱，所以对采区开采一般不会造成威胁。但在煤层埋藏浅部基岩风化裂隙发育，由于开采塌陷裂隙或直接与含水层沟通。2.2.6老窑和采区积水情况由于采空区均已塌落和密闭，人无法进入，其积水情况只能够向矿方知情人员调查访问，并结合位置、开采时间、方法、煤层埋深、开采标高，开采过程中井巷涌水、排水情况、地表变形特征及所处地形地貌条件等综合分析推断，未采用地面物探方法。据调查、综合分析，推测井田内、采空区低凹处有积水。根据本矿实际情况，采用经验公式对井田内2号煤层采空区积水量进行估算如下：W静=KFh/cos式中：W静预测采空区积水量（静储量）（m3）F采空区积水水平投影面积（m2）M煤层采厚（m）（2号煤层平均厚度3.66m）K采空区充水系数（取0.1）煤层倾角（取11）井田外南部宁泰、东部文元煤业与本矿相邻边界附近有老空积水。由于该采空区位于本矿的上山方向，煤层埋深浅，大气降水或风化裂隙水可能会沿导水裂隙带进入采空区，从而积水。表4-1 井田内采空区积水量估算表编 号采空区积水水平投影面（m2）采空区充水系数煤层采厚（m）积水量（m3）采空区490500.13.6618288采空区314750.13.6611735采空区62500.13.662331采空区202750.13.667560采空区103500.13.663859备注井田外南部的宁泰和东部的文元煤业与本矿相邻边界附近有不明采空区积水。本矿与相邻煤矿矿井井田边界和本矿采空区都留有可靠的防水保安煤柱，并有专人观测维护，因此以上叙述的采空区和老窑积水不会对本矿及采区开采造成影响。2.2.7瓦斯的赋存情况根据山西省煤炭工业局晋煤安发20101135号文“关于临汾市2010年度30万吨/年及以上煤矿矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定的批复”，矿井CH4相对涌出量为2.56m3/t，绝对涌出量为3.16m3/min，CO2相对涌出量为1.03m3/t，绝对涌出量为1.27m3 /min，属低瓦斯矿井。2.3 采区储量和生产能力2.3.1确定有关煤柱尺寸、计算采区地质储量、可采储量1.煤柱尺寸确定根据本矿井田采区规划、21采区布置和采区工作面布置及实际生产情况确定煤柱尺寸。（1）北部煤柱：位于21采区最后一个工作面最后一条顺槽与22采区第一工作面第一条顺槽之间，设计长度800m，设计宽度30m；（2）南部煤柱：位于21采区1021-01工作面回风顺槽与20采区运输大巷及本矿中东部矿界之间，设计长度1000m，设计宽度40m；（3）西部煤柱：位于21采区各设计工作面距运输大巷30m范围之内，设计长度1070m，设计宽度30m；（4）东部煤柱：位于21采区各设计工作面切巷与本矿井田东部矿界及元甲煤矿井田边界之间，设计长度1110m，设计宽度20m；（5）采区设计工作面间隔煤柱：位于21采区各设计工作面运输顺槽和回风顺槽之间，平均设计长度876m，平均设计宽度30m。2.采区地质储量、可采储量根据21采区圈定范围、采煤工作面设计个数及采高计算，本采区保有地质储量为390万吨，可采储量为350万吨。2.3.2简述储量分级情况 通过本矿井田地质勘探控制查明和地质报告分析说明及本矿井下主运输大巷和主回风大巷开拓已揭露表明，21采区储量分级为B级储量。2.3.3确定采区生产能力本采区保有储量为390万吨，可采储量为350万吨，采区设计范围和采区工作面设计符合110万吨/年设计生产能力，同时符合80万吨/年实际生产能力。2.3.4计算采区日产水平和服务年限考虑到采区设计和实际生产能力及采区井下实际情况，按每年80万吨实际生产能力，全年平均工作天数为259.2天计算，日产水平为3086.42吨；本采区服务年限为4-5年之间。3采煤方法及采区巷道布置3.1采煤方法的选择3.1.1根据煤层埋藏特征、结合开采经验、选择采区内采煤方式并选择采煤方法。本区内2号煤层位于山西组中部，为本区主要可采煤层之一，层厚3.00-3.50m，平均3.3m。含夹矸1-2层，夹肝主要为炭质泥岩或泥岩。结构较为简单，顶板大多为粉砂岩，局部为中砂岩；底板以泥岩为主，粉砂岩次之。属稳定的全区可采煤层。、结合目前国内综采设备及开采技术水平开采经验，本采区适宜壁式（综合机械化）采煤，并适宜后退式一次采全高采煤法。3.1.2根据赋存煤层顶底板条件选择顶板管理方法。 煤层顶底板条件：本区内2号煤层顶板多为粉砂岩，稳定性较好，随煤层开采垮落；底板多为泥岩，遇水易发生底鼓现象，但隔水性能好。顶板管理方法：根据采掘实际情况和顶板岩石性质、厚度及变化情况，确定本采区巷道及掘进巷道顶板采用锚梁网支护管理，回采工作面顶板随回采工作面推进采取自行跨落法和强行跨落法管理。3.2矿压观测情况3.2.1简述生产矿井现有的矿压观测情况、并对有关方面进行分析1.矿压观测情况：该矿建立了KJ216型煤矿顶板压力监测系统，是用于煤矿顶板压力动态的计算机在线测量系统。系统将计算机检测技术、数据通讯技术和传感器技术融为一体。实现了复杂环境条件下对煤矿顶板的自动监测和分析。 系统包括五个组成部分：1、计算机及数据处理软件；2、KJ216-J矿用数据通讯接口；3、KJ216-Z矿用监测主站；4、KJF70矿用数据通讯分站；5、KGE30顶板离层监测传感器:6、本安型供电电源。另外还包括：电缆、接线盒等本质安全型部件组成。KJ216型煤矿顶板压力监测系统主要用于观测主要开拓大巷、采区巷道、回采工作面上下巷、掘进中顺槽巷道及其他掘进巷道的顶板变化及离层情况。综采工作面支架压力主要采用配套的液压支架压力表观测分析。2.观测结果分析：KJ216型煤矿顶板压力监测两点式离层传感器在监测顶板离层时，离层位置会产生如图所示的几种情况。（1）离层位置在A点与B点之间当离层位置发生在A点与B点之间，如图3-2-1所示。发生离层时，A点数据逐渐增大，B点数据不变，A-B数值逐渐增大。因此，可以把A或（A-B）作为A、B间离层大小的分析数据。图3-2-1 顶板离层示意图（2）离层位置在B点之下当离层位置发生在B点之下，如图3-2-2所示。发生离层时，A点数据逐渐增大，B点数据逐渐增大，A-B数值不变。因此，可以把A或B数值可作为监测分析数据。图3-2-2 顶板离层示意图（3）离层位置在A点以上 当离层位置发生在A点之上，如图3-2-3所示。发生离层时，A点数据不变，B点数据不变，A-B数值也不变。此种情况，顶板离层监测系统失效，非常危险。应增大A点的固定位置或采用多点离层传感器。图3-2-3 顶板离层示意图（4）离层位置出现B点上下两处此种情况，离层位置如图3-2-4所示。离层1的出现，将造成A点数据量增大，B点的数据不变，（A-B）的数据将增大；离层2的出现，将导致A、B两点的下沉量同时增大，（A-B）的数据为零。若离层1处出现相对位移为S1、离层2处出现相对位移为S2，则A点产生的相对位移S1+ S2，B点产生的相对位移S2，（A-B）的数值为S1。若S1 S2，可能会出现在离层1位置整体冒落；若S1 S2，则会在离层2处先冒落，在离层1后冒落的分层冒落情况。图3-2-4 顶板离层示意图3.3采区巷道布置3.3.1根据水文地质情况、开采技术条件、瓦斯涌出和矿山压力情况，结合矿井使用过的和正在使用的巷道布置方式提出两种或两种以上的采区布置方案，进行技术经济的分析论证，确定在技术上最佳的布置方式。1.采区巷道布置方案：方案一：主运输大巷和主回风大巷按煤层倾向布置，21采区内采掘工作面垂直大巷，顺槽和掘进工作面沿走向布置，切巷沿倾向布置，为走向长壁式回采工作面。方案二：主运输大巷和主回风大巷按煤层倾向布置，垂直主运输大巷和主回风大巷按走向布置21采区运输大巷和21采区回风大巷，平行主运输大巷和主回风大巷按倾向布置顺槽和掘进工作面，切巷沿走向布置，为倾斜长壁式回采工作面。2.技术经济的分析：方案一：走向掘进和走向长壁式回采。（1）水文地质情况。容易观测；（2）开采技术条件。采区内巷道布设简单，掘进速度快，平缓，回采工作面溜子机头会出现下滑，液压支架容易倒架，不会对回采工作面回采带来影响，（3）瓦斯涌出。掘进工作面采用局扇形成通风系统，回采工作面上巷为回风，下巷为进风，形成下行通风，上隅角瓦斯不予以积聚；（4）矿山压力情况。采区巷道、掘进巷道和掘进工作面矿压相对稳定，回采工作面初次来压和周期来压可随工作面推进顶板跨落减缓压力对液压支架的施压。方案二：倾向掘进和倾斜长壁式回采。（1）水文地质情况。容易观测；（2）开采技术条件。采区内巷道掘进数量增加，加大了掘进成本，降低了采区储量回采率，掘进速度慢，巷道倾斜，回采工作面形成仰采，有割底板现象，液压支架不易前移；（3）瓦斯涌出。掘进工作面采用局扇形成通风系统，回采工作面上巷为进风，下巷为回风，上隅角瓦斯不予以积聚；（4）矿山压力情况。采区巷道、掘进巷道和掘进工作面矿压相对稳定，回采工作面初次来压和周期来压顶板跨落，会给工作面液压支架增加压力。3.最佳布置方案确定：经上述技术经济分析最终确定为方案一为最佳布置方案，本采区设计主要是围绕方案一进行的编制。3.4回采工艺与劳动组织3.4.1根据选定的采煤方法确定区段尺寸、工作面规格、区段煤柱尺寸21采区共设计五个区段，即五个采煤工作面。第一个区段为1021-01区段即1021-01回采工作面。1.区段尺寸：1021-01区段长约1.0km，宽约0.28km，面积为0.28km2。2.工作面规格：1021-01回采工作面顺槽长0.99km，工作面壁长0.2km，面积为0.198km2。3.区段煤柱尺寸（1）区段北部煤柱：位于1021-01区段1021-01运输顺槽和1021-02区段1021-02回风顺槽之间，设计长度1000m，设计宽度30m，面积为30000m2。（2）区段南部煤柱：位于1021-01区段1021-01回风顺槽和矿井井田中东部矿界之间，设计长度1050m，设计宽度40m，面积为42000m2。（3）区段西部煤柱：位于1021-01区段1021-01工作面和主回风大巷之间，设计长度278m，设计宽度30m，面积为8340m2。（4）区段东部煤柱：位于1021-01区段1021-01工作面和矿井井田东部矿界之间，设计长度278m，设计宽度20m，面积为5560m2。3.4.2根据采区生产能力确定工作面推进度、工作面生产能力1.采区生产能力：21本采区保有储量为390万吨，可采储量为350万吨，采区设计范围和采区工作面设计符合110万吨/年设计生产能力，同时符合80万吨/年实际生产能力。2.工作面推进度：按每年80万吨实际生产能力，全年平均工作天数为259.2天计算，按年产80万吨工作面年推进度980m，按每月产6.7万吨月推进度81.65m，按日产3086.42吨日推进度3.78m。3.工作面生产能力：1021-01回采工作面顺槽长990m，工作面煤壁长200m，工作面设计采高为3.0m，煤层比重为1.36m/kg。工作面工业储量为807840万吨，与大巷保安煤柱储量为24480万吨，工作面工业储量为783360万吨。3.4.3确定采区内同时采煤的工作面数目 21采区现有一个采煤工作面，一个准备工作面，本采区可同时具备两个工作面同时采煤。3.4.4确定回采工艺（落煤、装、运、支、处理方式）1.落煤：采用工作面割煤机前后滚筒往返进行落煤；2.装煤：利用割煤机滚筒割煤自落、刨煤抛底煤进行装煤；3.运煤：利用工作面溜子带煤至顺槽胶带输送机至大巷胶带输送机；4.支护：工作面选用液压支架进行顶帮支护；两端头选用“一梁两柱”或“一梁三柱”交错迈步梁进行支护。5.采空区处理：采空区采用顶板岩石自行跨落充填法进行处理。3.4.5根据顶板压力，确定回采工作面的支架型式和有关参数1.回采工作面的支架型式：选用支撑掩护式液压支架。2.支架有关参数：型 号：ZZ4000/1.7/3.5(D) 工作阻力：4000KN初撑力：3510KN 支架高度：1700mm至3500mm支架宽度：1500mm 支护强度：0.73Mp重 量：8t3.4.6回采工作面布置方式、最大与最小控顶距及放顶方式1.工作面布置方式：根据采区布置方案一，工作面按走向长壁式布置。2.最大与最小控顶距及放顶方式：工作面最大控顶距为4360mm，最小控顶距为3760mm；采用自行跨落方式放顶。3.4.7结合矿井生产经验，编制回采工作面劳动组织、工人出勤表附表3-4-1 回采工作面劳动组织、工人出勤表3.4.8回采工作面技术经济指标表附表3-4-2 回采工作面技术经济指标表3.4.9回采工作面循环作业图表附表3-4-3 回采工作面循环作业图表表3-4-1 劳动组织、工人出勤表序号工种早班中班晚班1班 长1112机组司机2333机组维护2114支 架 工3665支架维护6006刮板输送机司机0117刮板输送机维护4118转载机司机0119转载机维护21110破碎机司机01111破碎机维护21112带式输送机司机01113带式输送机维护41114乳化泵司机11l15端头维护37716电 工21117清 煤 工25518队 长11119验 收 员11120群 监 员11121小 计37363622安全