第一篇：煤礦開采技術

煤礦開采技術

主要課程：計算機文化基礎、Visual Basic程序設計、工程制圖、工程力學、電工技術基礎、測量學、煤礦地質學、機械設計基礎、井巷施工技術、礦山壓力及其控制、流體力學與流體機械、采掘機械、采煤學、礦井通風與安全、礦井提升運輸、礦山電工、計算機繪圖、煤礦安全法規、礦山電工學、土力學與地基基礎、露天開采概論、露天礦爆破工程、露天礦線路工程、邊坡穩定、露天采掘機械、露天礦運輸設備、露天采礦工藝、露天礦設計原理、礦山供電等。

就業方向：可在礦山企業、科研院所、政府機構等企、事業單位就業。主要從事礦區規劃設計、礦山安全技術、生產技術、安全監察、科學研究等工作。

★ 礦井通風與安全

主要課程：計算機文化基礎、Visual Basic程序設計、工程制圖、電工與電子技術、采煤概論、工程流體力學、工程熱力學與傳熱學、燃燒學、安全工程學、礦井通風與空氣調節、瓦斯防治與開發技術、火災防止理論與技術、粉層防止理論與技術、水防止理論與技術、安全監測監控技術及應用、煤礦安全法規、礦山電工學、管理學原理、環保概論、電氣安全管理、通風與凈化工程、危險貨物運輸管理等。

就業方向：可在煤礦、金屬礦、非金屬礦從事礦山通風安全和環境保護技術管理工作；也可在上述系統的科研、設計、教學、管理部門從事科學研究、礦山設計、教學、安全監察等工作；還能在工礦企業中從事采暖通風技術工作。

第二篇：煤礦綠色開采技術

煤礦綠色開采技術

摘要:提出了煤礦綠色開采的概念，闡述了它的內涵和技術體系.綠色開采的理論基礎為:開采后巖層中的關鍵層運動形成的節理裂隙與離層規律以及瓦斯與地下水在破斷巖層中的滲流規律.綠色開采技術的主要內容包括:保水開采、建筑物下采煤與離層注漿減沉、條帶與充填開采、煤與瓦斯共采、煤巷支護與部分殲石的井下處理、煤炭地下氣化等.關鍵詞:綠色開采;關鍵層理論;巖層移動;綠色開采技術體系 中圖分類號:TD 82文獻標識碼:A 1煤礦綠色開采的提出

黨的十六大報告明確提出“??走出一條科技含量高，經濟效益好，資源消耗低，環境污染少，人力資源優勢得到充分發揮的新型工業化路子.”因此，我們必須充分考慮我國資源相對短缺，環境比較脆弱的基本特點，建立起適合我國國情的資源節約、環境友好的新型工業化發展道路.近期提出的循環經濟(recycling economy)是指遵循自然生態系統的物質循環和能量流動規律重構經濟系統[1]，將經濟活動高效有序地組織成一個“資源利用－綠色工業－資源再生”的封閉型物質能量循環的反饋式流程，保持經濟生產的低消耗、高質量、低廢棄，從而將經濟活動對自然環境的影響破壞減少到最低程度.它不同于傳統經濟的“高開采、低利用、高排放”，而是達到“低開采、高利用、低排放”的可持續發展目標.顯然，此處的“綠色工業”是廣義的概念，應由各個工業部門去實現.對礦業來說就是要實現“綠色礦業”.“綠色礦業”的核心內容之一就是要實現“綠色開采”

礦區在開發建設之前與周圍環境是協調一致的，而進行開發建設后，強烈的人為活動便使環境發生巨大的變化，由此形成了礦區獨特的生態環境問題，如造成農田以及建筑物破壞，村莊遷徙，矸石堆積，使河川徑流量減少，以及地下水供水水源干枯，在地面導致的土地沙漠化，由于開采而使礦物內的有害物質流入地下水中等.我國目前的煤礦生產是在以下兩種情況下進行的:一是生產成本不完全.如投入不足;技術裝備落后;安全設施欠帳;工人工資太低.二是相關費用支付不全.如礦產資源費以及植被恢復，地面塌陷與水損失;污染治理等.提出并形成綠色開采技術是為了使我們正視開采對環境造成的影響和破壞，并有清醒的認識與足夠的估量，以便提出必要的對策和對政府提出必要的政策建議.煤炭開采形成的環境問題主要為: 1)對土地資源的破壞和占用煤炭開采對土地資源的破壞損害，井工開采以地表塌陷和矸石山壓占為主，而露天開采則以直接挖損和外排土場壓占為主.2)對水資源的破壞和污染煤炭開采過程中，進行的人為疏干排水和采動形成的導水裂隙對煤系含水層的自然疏干，破壞了地下水資源.同時開采還可能污染地下水資源.3)對大氣環境的污染主要來自礦井排出的煤層瓦斯和煤礦研石山的自燃.以山西省為例，1949-1998年共生產原煤56億多噸，地面塌陷破壞面積達100多萬畝，其中40%是耕地.研石山占地3萬多畝，至1998年煤炭地下采空面積達1 300 km2(全省面積的1寫).采煤破壞地下水4.2億m3/a，地表水逸流減少，導致井水水位下降或斷流共計3 218個，影響水利工程433處、水庫40座、輸水管道793.89 km;造成1678個村莊，81.2715萬人，10.824 1萬頭牲畜飲水困難.使本來缺水的山西環境受到進一步破壞.平均每采萬噸原煤造成塌陷土地0.2 hm2，每年新增塌陷地約2萬hm2.礦井瓦斯即煤層氣，它是比CO2還嚴重的溫室氣體，也是導致煤礦重大安全事故的根源.據初步估計，我國2 000 m淺范圍內具有30-35萬億m3煤層氣資源，居世界前列.但由于我國煤層透氣性小，難以在開采前抽出.建國以來，我國煤礦發生煤與瓦斯突出事故1500余次，僅2001年由于瓦斯事故的死亡人數達2 356人，為煤礦總死亡人數的40％.煤礦每年排放瓦斯70-190億m3.同時瓦斯又是最好的清潔能源，因此必須加以利用，變害為寶.由此可見，提出并盡快形成煤礦的“綠色開采技術”已迫在眉睫.2綠色開采的內涵與技術體系

從廣義資源的角度論，在礦區范圍內的煤炭、地下水、煤層氣(瓦斯)、土地以至于煤矸石以及在煤層附近的其他礦床，都應該是經營這個礦區的開發對象而加以利用.而原來對礦井瓦斯的定義是:“礦井中主要由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體”.而在礦井水文地質類型劃分中認為:“根據礦井水文地質條件、涌水量、水害情況和防治水難易程度，劃為……類型”.顯然，上述概念將原本為礦區資源的瓦斯和水單純作為有害物來對待是不合適的.煤礦綠色開采以及相應的綠色開采技術，在基本概念上是從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源;基本出發點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環境和其他資源的不良影響;目標是取得最佳的經濟效益和社會效益.根據煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，綠色開采技術主要包括以下內容:1)水資源保護－形成“保水開采”技術;2)土地與建筑物保護－形成離層注漿、充填與條帶開采技術;3)瓦斯抽放－形成“煤與瓦斯共采”技術;4)煤層巷道支護技術與減少殲石排放技術;5)地下氣化技術.這些內容構成的綠色開采技術體系簡要表達如圖1所示。

開采引起環境與主要安全問題的發生都與開采后造成的巖層運動有關(巖體不破壞上述問題都不會發生)，因此，綠色開采的重大基礎理論為:1)采礦后巖層內的“節理裂隙場”分布以及離層規律;2)開采對巖層與地表移動的影響規律;3)水與瓦斯在裂隙巖體中的滲流規律;4)巖體應力場分布規律及巖層控制技術.3巖層控制的關鍵層理論

采場老頂巖層“砌體梁”結構模型是針對開采過程中的礦山壓力控制而提出來的.近年來，為了解決巖層控制中更為廣泛的問題，提出了巖層控制的關鍵層理論[2-4].關鍵層理論提出的目的是為了研究覆巖中厚硬巖層對層狀礦體開采中節理裂隙的分布及其對瓦斯抽放與突水防治以及對開采沉陷控制等的影響.3.1相鄰硬巖層間相互作用的復合效應

關鍵層復合破斷研究表明，一定條件下相鄰兩層關鍵層會同步破斷.如假設相鄰兩關鍵層巖性相同，厚度分別為h1，h2，各自承擔的巖層組厚度分別為Σh2,Σh3，則按梁的破斷距計算公式可導出h1與h2同時垮落應滿足的條件為

Σh3+h2＝(Σh2+h1)(h2/h1)2(1)例如:h2是h1的2倍，則Σh3 + h2只要等于或大于Σh2 + h1的4倍，h2和h1將同時垮落.此時，雖然h2遠大于h1，但上部關鍵層將不會產生離層.3.2關鍵層初次破斷前的離層與采動裂隙“O”形圈

1)沿工作面推進方向，關鍵層下離層動態分布呈現兩階段發展規律:即關鍵層初次破斷前，隨著工作面推進，離層量不斷增大，最大離層位于采空區中部.關鍵層初次破斷后，關鍵層在采空區中部離層趨于壓實，而在采空區兩側仍各自保持一個離層區.工作面側的離層區是隨著工作面開采而不斷前移的，工作面側離層區最大高度僅為關鍵層初次破斷前最大離層量的1/3一1/4(參見圖2).從平面看，在采空區四周存在圖3所示一沿層面橫向連通的離層發育區，稱之為采動裂隙“O”形圈.2)沿頂板高度方向，隨工作面推進離層呈跳躍式由下往上發展.首先，第1層亞關鍵層下出現離層，當其破斷后其下離層呈“O”形圈分布;此時，上部第2層亞關鍵層下出現離層，當其破斷后其下離層呈“O”形圈分布，如此發展直至主關鍵層.3)貫通的豎向裂隙是水與瓦斯涌人工作面的通道，對“導氣”裂隙發育動態過程的研究表明，在開采初期，下位關鍵層的破斷運動對“導氣”裂隙從下往上發展的動態過程起控制作用，導氣裂隙高度

由下往上發展是非均速的，隨關鍵層的破斷而突變.當采空區面積達一定值后，“導氣”裂隙的分布也同樣呈“O”形圈特征，它是正常回采期間鄰近層卸壓瓦斯流向采空區的主要通道.上述成果對對“注漿減沉”及“卸壓瓦斯抽放”的鉆孔布置起指導作用.3.3關鍵層對地表移動的影響

實驗及實測研究結果都證明[5]，主關鍵層對地表移動過程起控制作用，主關鍵層的破斷將導致地表快速下沉，地表下沉速度隨主關鍵層周期性破斷而呈現跳躍性變化.關鍵層破斷后對地表變形的影響將與表土層的厚度有關.從而形成基于關鍵層理論的建筑物下采煤設計新原則.4綠色開采技術的主要內容 4.1開采對地下水分布的影響

煤層開采后，隨著關鍵層的破斷，在該區域內地下水將形成下降漏斗.地下水位能否恢復，則決定于隨著工作面的推進，上覆巖層中是否有軟弱巖層(事實上它是研究地下水滲漏的“關鍵層”)經重新壓實導致裂隙閉合而形成隔水帶.若有隔水帶，則隨著雨水的再次補給，下降漏斗也將隨之消失.它對地面生態的影響則決定于漏斗形成與消失的時間間隔.淮北礦區沖積層中的第四含水層(簡稱四含)與煤系地層相連，煤層開采后四含水位持續下降，形成了多個水位降落漏斗.目前淮北臨渙礦區四含水位下降范圍已達40 km2，造成了四含水資源的永久破壞.以臨渙礦西風井85-02四含水文觀測孔為例，1985年水位是97.2 m, 2001年水位降至205.8 m,16年間水位下降了108.6 m.實際觀測表明，含水層的水位下降與開采形成的導水裂隙通道緊密相關.圖4為淮北朱仙莊礦84-15四含水文觀測孔水位變化曲線，2000年3月以前水位緩慢下降，200。年3月開始84-15鉆孔鄰近的84采區開采，導致了鉆孔水位的急劇下降.黃縣煤礦在進行含水砂層下采煤試驗中，在1201面沿走向布置一組觀測鉆孔，在回采前后及整個回采過程中進行了為期一年的水位觀測，結果如圖5及表1所示[6].由表1可見，水位降與鉆孔孔底到開采煤層距離有關.由圖5可見，孔1水位短暫變化后水位恢復原狀，而孔2，孔3，孔4，孔5的水位下降后有所恢復，但在觀測期未能恢復原狀，而孔6則完全漏失了.因此，為了保護地下水資源，形成的保水開采技術應能使地下水位僅發生孔1所示的變化.在一般地區要把地下水視為資源，在我國西北地區必須形成保水開采技術，即開采后地表水暫時形成下降漏斗仍能恢復到原來狀態的開采技術.另外還應該進一步觀察和研究水位變化對地表生物根系的影響.對于底板承壓水的防治，也同樣應遵循綠色開采原則.4.2建筑物下采煤與減沉技術

1)基于關鍵層理論的建筑物下采煤設計新原則

基于巖層控制的關鍵層理論提出，可將保證覆巖主關鍵層不破斷失穩作為建筑物下采煤設計的基本原則.為了保證建筑物下采煤既具有較好的經濟效益，同時又確保地面建筑物不受到損害，關鍵在于根據具體條件下覆巖結構與關鍵層特征來研究確定合理的減沉開采技術及參數.2)離層注漿減沉技術

確定覆巖中的關鍵層位置，掌握其離層與破斷特征參數，是注漿減沉技術應用可行性分析、鉆孔布置與注漿工藝設計及減沉效果評價的基礎[7].關鍵層初次破斷前的離層區發育、離層量大，易于注漿充填;而一旦關鍵層初次破斷后，關鍵層下離層量明顯變小，僅為關鍵層初次破斷前的1/3-1/4(參見圖2)，注漿難度增加.因此，離層注漿必須在關鍵層臨初次破斷前進行.鉆孔布置及最佳的注漿減沉效果應保證關鍵層始終不發生初次破斷.4.3采空區充填開采技術

采空區充填開采技術是綠色開采技術的重要組成部分，尤其在經濟發達地區解決建筑物下開采更應受到重視.從理論上來說，充填采礦是解決煤礦開采環境問題的理想途徑，但由于目前充填采礦的成本相對偏高，限制了該項技術在煤礦的試驗與應用.在市場經濟條件下，充填技術的關鍵是充填材料的選取及如何降低成本.另外就是充填技術本身，它應該包括充填系統與開采系統的協調;充填運輸系統的暢通;充填后材料的力學特性等.順利解決上述問題將根本改變將來我國經濟發達區域的開采技術.為了降低充填成本，基于巖層控制的關鍵層理論，提出了部分充填(條帶充填)控制開采沉陷的思路:僅充填部分采空區，只要保證未充填采空區的寬度小于覆巖主關鍵層的初次破斷跨距，且充填條帶能保持長期穩定，就可有效控制地表沉陷.4.4煤與瓦斯共采

我國煤層普遍具有變質程度高、滲透率低和含氣飽和度低的特點，70%以上煤層的滲透率小于1× 10-3μm2，這對我國開展煤層瓦斯采前預抽是極為不利的.正因為如此，我國已鉆的200多口采前地面煤層氣井中，穩產高產井很少，單井產量超3000 m3/d的也只有約30口[8].實踐表明，一旦煤層開采引起巖層移動，即使是滲透率很低的煤層，其滲透率也將增大數十倍至數百倍，為瓦斯運移和抽放創造了條件.因此若在開采時形成采煤和采瓦斯兩個完整的系統，即形成“煤與瓦斯共采”技術則不僅有益礦井的安全，而且采出的還是潔凈能源.因此在開采高瓦斯煤層的同時，利用巖層運動的特點將煤層氣開采出來將是我國煤層氣開發的一條重要途徑.在“煤與瓦斯共采”技術方面，巖層運動中的關鍵層理論所得出的節理裂隙場分布、離層規律將對上鄰近層瓦斯動態涌出與下解放層開采最大卸壓高度的影響等瓦斯抽出技術有重要參考作用[9].4.5煤巷支護技術與減少矸石排放

采礦引起的矸石排放對環境形成影響，而減少矸石排放的主要措施是將巷道設置在煤層內.巷道維護是煤礦的永恒主題.過去，鑒于煤巷圍巖是大變形且不可抗拒，因此維護原理是:“大斷面預留量－可縮性支架－巷旁充填”.目前推行錨桿支護，首先是能否在煤巷中全面使用錨桿支護.顯然，我們要形成“應力場測定－數值計算－支護設計－現場測定”完整技術以及煤巷錨桿支護理論.例如，沿空巷道的維護方式與采動后巖體內的應力重新分布及關鍵層的破斷和形成的結構有關.而且直接影響支護參數的選擇(例如錨桿不完全受拉而是受剪切)，因而要形成抗剪切錨桿.矸石不上井涉及到煤巷維護問題，而且隨著采深的增加，巖石巷的開掘將不可避免.因此矸石不上井就存在一個研石井下處理系統，結果是成本如何?另一種考慮能否將研石在地面處理，變廢為寶，如變為建筑材料，充填材料等，終究矸石的地面處理要比井下處理簡單得多.應該說，在經濟原則下矸石的井下處理是綠色采礦問題.而矸石的井上處理就像地面復懇一樣是環境治理問題，不屬于綠色開采技術 4.6煤炭地下氣化

煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術.它是將地下煤炭通過熱化學反應在原位將煤炭轉化為可燃氣體的技術，是對傳統采煤方式的根本性變革.不僅極大地減少了井下工程及艱苦作業，而且消除了煤炭開采對環境的污染和煤炭燃燒對生態環境的不利影響和危害.煤炭地下氣化技術在近10余年來經余力教授等的實踐積累了一定的經驗，為今后發展我國煤炭地下氣化打下了良好技術基礎.今后地下氣化技術應解決:1)提高熱值和生產適合于用戶的氣體;2)建立起一套行之有效的測控系統，重點放在燃燒位置和燃燒速度的控制技術上;3)燃燒后地下氣化爐體結構變化及地面沉降狀況的研究;4)如何使地下煤炭氣化產生的致癌物質苯和酚不擴散、不污染和毒化地下水資源.其次是如何處理燃燒形成的大量二氧化碳對空氣的污染.否則煤炭地下氣化就失去了綠色開采的意義.5結語

綠色采礦首先要將巖層運動對工作面的影響轉為研究開采后巖層運動對巖體內形成空隙的影響，以及瓦斯、地下水的滲流規律.另外，幾個重要標志是: 1)將瓦斯作為資源，變害為利，在采煤的同時形成地面或井下瓦斯共同開采系統;2)根據巖層的組成，確定保水采煤的地層判別以及相宜的開采方法;3)根據具體條件，形成充填、條帶開采、離層區注漿等保護建筑物及地表的技術;對東部發達地區城鎮下采煤，充填與條帶開采是必然的選擇，因而如何降低充填成本與提高充填技術是科學研究的方向;4)形成在煤層內維護巷道的技術，減少矸石排放量;5)形成煤炭地下氣化技術，并研究其對地下水環境的影響.參考文獻: [1]中國科學院可持續發展戰略組.中國現代化進程戰略構想[M].北京:科學出版社，2002.[2]錢鳴高，繆協興，許家林.巖層控制中的關鍵層理論研究[J]?煤炭學報，1996,21(3):225-230.[3]許家林.巖層移動與控制的關鍵層理論及其應用 [D].徐州:中國礦業大學，1999.[4]錢鳴高，繆協興，許家林，等.巖層控制的關鍵層理論 [M].徐州:中國礦業大學出版社，2000.[5]許家林，錢鳴高.關鍵層運動對覆巖及地表移動影響的研究[J].煤炭學報，2000,25(2):122-126.[6]劉天泉.煤礦地表移動與覆巖破壞規律及其應用[M].北京:煤炭工業出版社，1981.146-147.[7]許家林，錢鳴高.覆巖注漿減沉鉆孔布置的研究[J];中國礦業大學學報，1998, 23(2):28-30.[8]黃盛初，朱超，劉馨，等.中國煤礦區煤層氣開發產業化前景[A].煤炭信息研究院主編.2001年煤礦區煤層氣項目投資與技術國際研討會論文集[C].上海:2001,11,5一11 [9]許家林，錢鳴高.地面鉆井抽放上覆遠距離卸壓煤層氣試驗研究[J].中國礦業大學學報，2000, 29(1):78-81

第三篇：煤礦開采技術畢業論文

淺析當今煤炭開采技術的發展趨勢

摘要：在當今社會發展的新形式下,煤礦開采技術的進步和完善始終是采礦學科發展的主題。在發展現代采煤工藝的同時,繼續發展多層次、多樣化的采煤工藝,建立具有中國特色的采煤工藝理論。我國采煤方法已趨成熟,放頂煤采煤的應用在不斷擴展,應用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷提高。本論文就對煤礦開采技術作了分析并對其帶來的環境影響闡述了針對性的技術以及向綠色開采的發展趨勢。

關鍵詞: 煤礦 采煤工藝 控制技術 機械化開采 綠色開采: 保水開采 煤與瓦斯共采 充填開采 煤炭地下氣化

一、現階段開采技術

1、采煤方法和工藝

開發煤礦高效集約化生產技術、建設生產高度集中、高可靠性的高產高效礦井開采技術以提高工作面單產和生產集中化為核心,以提高效率和經濟效益為目標,研究開發各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝,簡單、高效、可靠的生產系統和開采布臵,生產過程監控與科學管理

等相互配套的成套開采技術,發展各種礦井煤層條件下的采煤機械化,進一步改進工藝和裝備,提高應用水平和擴大應用范圍,提高采煤機械化的程度和水平。

1.1 開發“埋深淺、硬頂板、硬煤層高產高效現代開采成套技術”,主要解決以下技術難題。

硬頂板控制技術,研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術,主要通過巖層定向水力壓裂、傾斜深孔爆破等頂板快速處理技術,使直接頂能隨采隨冒,提高頂煤回收率,且基本頂能按定步距垮落,既有利于頂煤破碎,又保證工作面的安全生產。

硬厚頂煤控制技術,研究開發埋深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術,包括高壓注水壓裂技術和頂煤深孔預爆破處理技術,使頂煤體能隨采隨冒,提高其回收率。頂煤冒放性差、塊度大的綜放開采成套設備配套技術,研制既有利于頂煤破碎和頂板控制。又有利于放頂煤的新型液壓支架,合理確定后部臵輸送機能力。

兩硬條件下放頂煤開采快速推進技術,研究合適的綜放開采回采工藝,優化工序,縮短放煤時間,提高工作面的推進度,實現高產高效。5.5m寬煤巷錨桿支護技術,通過寬煤巷錨桿支護技術的研究開發和應用,有利于綜采配套設備的大功率和重型化,有助于連續采煤機的應用,促進工作面的高產高效。

1.2 緩傾斜薄煤層長壁開采

主要研究開發:體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機、刨煤機;研制適合刨煤機綜采的液壓支架;研究開發薄煤層工作面的總體配套技術和高效開采技術。

1.3 緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁采

應進一步加強完善支架結構及強度,加強防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變、防止嚴重損壞千斤頂措施等的研究,提高可靠性,縮小其與中厚煤層(采高3m左右)產高效指標的差距。

1.4 各種綜采高產高效綜采設備保障體系

要實現高產高效,就要提高開機率,對“支架—圍巖”系統、采掘運設備進行監控。今后研究的重點是:通過電液控制閥組操縱支架和改善“支架-圍巖”系統控制,進一步完善液壓信息、支架位態、頂板狀態、支護質量信息的自動采集系統;乳化液泵站及液壓系統運行狀態的檢測診斷;采煤機在線與離線相結合的 “油-磨屑”監測和溫度、電信號的監測;帶式輸送機、刮板輸送機全面狀態監控。2、深礦井開采技術

深礦井開采的關鍵技術是:煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害治理及深井通風、井巷布臵等;需要攻關研究的是:深井圍巖狀態和應力場及分布狀態的特征;

深井作業場所工作環境的變化;深井巷道(特別是軟巖巷道)快速掘進與支護技術與裝備;深井沖擊地壓防治技術與監測監控技術;深礦井高產高效開采有關配套技術;深礦井開采熱害治理技術與裝備。3、“三下”采煤技術

提高數值模擬計算和相似材料模擬等,深入研究開采上覆巖層運動和地表沉陷規律,研究滿足地表、建筑物、地下水資源保護需要的合理開采系統和優化參數,發展沉降控制理論和關鍵技術,包括用地表廢料向垮落法工作面采空區充填的系統;研究與應用各種充填技術和組合充填技術,村莊房屋加固改造重建技術,適于村莊保護的開采技術;研究近水體開采的開采設計、工藝參數優化和裝備,提出煤炭開采與煤礦城市和諧統一的開采沉陷控制、開采村莊下壓煤、土地復墾和礦井水資源優化等關鍵技術。

4、優化巷道布臵,減少矸石排放的開采技術

改進、完善現有采煤方法和開采布臵,以實現開采效益最大化為目標,研究開發煤礦地質條件開采巷道布臵及工藝技術評價體系專家系統,實現開采方法、開采布臵與煤層地質條件的最優匹配。、采場圍巖控制技術

5.1 進一步完善采場圍巖控制理論

以科學合理、優化高效的巖層控制技術來保證開采掘活動的安全、高效、低成本為目標,深入總結我國幾十年的礦山壓力研究成果,以理論分析(解析法)、現代數學力學(統計分析預測、數值法)和實測法相結合運用先進的計算機技術,深入研究各種煤層地質及開采條件。

5.2 研究堅硬頂板與破碎頂板條件下應用高技術低成本巖層控制技術

目前,由于應用高壓注水、深孔預裂爆破處理堅硬頂板和應用化學加固技術存在工藝復雜、成本高的問題,因而需進一步研究開發新技術、新工藝、新材料來解決這些問題。

5.3 放頂煤開采巖層和支架—圍巖相互作用機理 研究放頂煤開采力學模型、圍巖應力、頂煤破碎機理、支架—頂煤—直接頂—基本頂相互作用關系;運用離散元等方法研究頂煤放落規律,提出放頂煤優化準則和提高頂煤回收率的途徑。

5.4 支護質量與頂板動態監測技術

在總結緩傾斜中厚長壁工作面開展支護質量與頂板動態監測方面,應進一步在堅硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護質量與頂板動態監測,同時應不斷完善現有的監測技術,發展智能化監測系統,改進監測儀表,使監

測儀表向直觀、輕便、小型化方向發展。

5.5 沖擊地壓的預測和防治

通過計算機模擬研究沖擊性礦壓顯現發生的機理;進一步完善沖擊性礦壓顯現監測系統,發展遙控測量和預報技術,完善沖擊性礦壓綜合防治措施的優化選擇專家系統。

5.6 研究開發新型的支護設備

研究硬煤層、硬頂板放頂煤液壓支架,完善液壓支架性能和快速移架系統,開發耐炮崩、輕型化單體液壓支柱和厚煤層巷道錨索和可伸縮錨桿。、小煤礦技術改造和機械化開采技術

實施國家關閉小煤礦,淘汰落后生產技術和生產設備,提高平均單井規模的技術政策,開發小型煤礦機械化、半機械化開采技術和裝備,改進小煤礦的采煤方法和開采工藝,提高采煤工作面的單產和工效;提高小煤礦的頂底板控制技術水平,最大限度地減少頂底板事故率。

二、針對環境的影響所暢導的綠色開采技術

綠色開采是煤炭開采的發展方向,對提高煤炭采出率、保護生態環境和實現煤礦可持續發展都具有十分重要的意義。本文分析了綠色開采技術,總結了我國煤礦綠色開采方法的發展現狀,對科學采礦具有一定的指導意義。

煤炭開采造成巖層移動破壞,引起巖層中水與瓦斯的流動,導致煤礦瓦斯事故與井下突水事故;煤炭開采引起巖層移動,進而造成地表沉陷,導致農田、建筑設施的損壞;煤炭開采形成的大量堆積在地面的矸石,既占用良田,又造成環境污染;隨著我國礦井開采深度的不斷增加,礦山壓力顯現及沖擊地壓等動力災害發生的頻次增加,強度增大,危及礦井的安全生產。上述問題若得不到有效解決,在未來幾十年內,隨著能源總需求和煤炭產量的不斷增長,煤炭資源開采所帶來的礦區安全和生態環境問題將更為嚴重,人類的生存和社會發展環境將受到嚴重威脅。

根據我國的能源資源狀況,煤炭作為我國最重要的一次性能源,在未來20年內,其在能源構成中的主體地位將不會改變。2020年我國煤炭消費量將達到40億t。屆時,煤炭產量很可能無法滿足工業需求。不能再單純地通過提高煤炭的產量緩解煤炭供應的壓力,而應該綜合考慮發展煤炭循環經濟,減少煤炭開采對環境的破壞,而且也應該把“發展煤炭循環經濟,實現煤炭綠色開采”作為理念,大力發展綠色的采煤技術。

1、煤炭綠色開采體系

煤礦綠色開采以及相應的綠色開采技術,在基本概念上是要從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水等一切

可以利用的各種資源。基本出發點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環境和其他資源的不良影響。目標是取得最佳的經濟效益和社會效益。根據煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等,綠色開采主要包括以下內容:水資源保護—“保水開采”;瓦斯抽放—“煤與瓦斯共采”;土地與建筑物保護—“充填開采”;排放矸石占用土地污染環境—“煤炭地下氣化”等。2003年,中國礦業大學錢鳴高院士首次提出了煤礦綠色開采的概念和技術體系,隨后明確了實現煤炭資源開采和環境保護協調發展的綠色開采研究目標,為我國綠色開采技術的研究指明了方向。錢院士提出的綠色開采技術體系, 綠色開采理論依據:(1)關鍵層理論。

(2)開采對巖層移動的影響及移動規律。(3)水在裂巖體中的滲流規律。

(4)開采后巖層內節理裂隙分布發育規律等。

2、保水開采

保水采煤在不同的礦區有不同的技術內涵,缺水礦區要以水資源保護和利用為主;大水礦區,要以減少水資源破壞和防治水災害為主。因此,保水開采包含水資源保護、水資源利用(煤水共采)和水災害防治等多項重要內容。煤礦開采過程中破壞了地下含水層的原始徑流,大量排出地下水;采

空區上方導水裂隙帶與地下水體貫通,形成大規模地下水降落漏斗,造成區域含水層水位下降,直接影響到區域水文地質條件。采動影響穩定后產生的地表沉陷往往影響到地表水體(河流、湖泊、井泉等)的原來形態,造成部分溝泉水量減少甚至干涸;影響當地居民正常的生產生活,進而影響區域植被生長,甚至土地沙漠化。我國大部分礦區處在干旱半干旱地區,而每年采煤破壞地下水22億m3,可見保水開采具有重要的意義。

3、煤與瓦斯共采

瓦斯既是礦井有害氣體也是潔凈能源。因此,應該使其資源化,其技術途徑有:(1)采前抽采:若能在開采前將煤層內瓦斯抽出,則是利用瓦斯改善煤礦安全的最好辦法。但由于我國大部分煤體透氣性低,在本層內抽采瓦斯有難度。

(2)煤與瓦斯共采:開采后圍巖壓力降低,大量瓦斯在采空區釋放,有利于瓦斯抽采,因此形成煤與瓦斯共采體系。

(3)廢棄礦井抽采瓦斯。鑒于廢棄礦井煤層經過采動而充滿瓦斯,因而可以利用采動后巖體內裂隙場的分布及鉆孔,將瓦斯抽排管裝在井下、封閉井口后,抽出瓦斯。

(4)回風井回收瓦斯。

(5)煤與瓦斯共采的技術主要有:留巷鉆孔法、卸壓法

等。

4、充填開采

我國多數煤礦存在建筑物下、水體下、鐵路下壓煤的問題,充填采礦法對解決這類問題具有重要的意義。充填開采法是用充填材料充填采煤工作面采空區的巖層控制方法。該法可以緩和工作面支承壓力產生的礦壓顯現,改善采場和巷道維護狀況,有效減少地表下沉和變形,提高煤礦采出率,保護地面建筑物、構筑物、生態環境和水體。按照充填材料的不同,充填采礦法分矸石充填、水砂充填和膏體充填。

4.1 矸石充填利用井下采空區處臵煤矸石的充填采煤方法,既可以減少煤礦固體廢棄物排放,又可以減輕開采沉陷災害、提高礦井資源回收率,是實現煤礦綠色開采的關鍵技術途徑之一。

(1)拋矸機拋矸充填。將巖巷和半煤巖巷掘進矸石用礦車運至井下矸石車場,經翻車機卸載后,矸石經破碎機破碎,而后進入矸石倉。通過矸石倉下口,膠帶或刮板輸送機將破碎后的矸石運入上下山,而后由膠帶或刮板輸送機轉載進入采煤工作面回風平巷,再由工作面采空區可伸縮膠帶輸送機運至工作面采空區拋矸膠帶輸送機尾部,由拋矸膠帶輸送機向采空區拋矸充填。

(2)刮板輸送機卸矸充填。充填裝備由后端帶懸梁的自

移式液壓支架和充填刮板輸送機組成。在自移式液壓支架后端增加后懸臂等配件,采用可調高但掛鏈懸掛充填刮板輸送機溜槽,懸掛是為了增加充填垂直高度。輸送機中部溜槽按順序連接,并與機頭和機尾組成整部刮板輸送機。每2節中部溜槽設臵1個溜矸孔,溜矸孔開在溜槽的中板上。由電機車牽引矸石礦車至采區矸石車場,通過翻車機卸載,矸石經轉載機、破碎機進入矸石倉。破碎后的矸石經上下山輸送機、平巷輸送機運至液壓支架后的充填刮板輸送機,在采空區卸載。

(3)風力拋矸充填。風力充填材料粒度的直徑不宜大于充填管道的1/2-1/3。并且要求充填材料沉縮率低、不自然、腐蝕性小。矸石經充填機、充填管路充填采空區。一般采煤機割兩刀煤充填一次,充填步距1.2-1.6 m,每次充填長度6-9 m,工作面每向前推進50-100 m,充填機前移一次。機械矸石充填對充填材料要求不嚴格,使用設備也較少,在我國山東礦區發展較快,有推廣趨勢。

4.2 水砂充填

水砂充填采煤法是利用水力通過管道把充填材料沙粒送入采空區的充填采煤法。我國早在20世紀初就開始應用水砂充填采煤法,目前水砂充填技術已經十分成熟。在地面用礦車將采出、破碎及篩分后的成品砂運到貯砂倉貯存。在貯砂室,砂與水混合成砂漿,經充填管路送至工作面采空區，并在采空區脫水,砂子形成充填體,廢水經采區流水上山和流水道流入采區沉淀池,經沉淀后,澄清的水流入水倉,用水泵經排水管將水排至地面貯水池,以供循環利用。水砂充填采煤法充填致密,可減少煤塵危害,能有效地控制地表下沉和變形,但井上下充填系統復雜,設備及設施投資大,充填材料昂貴,提高了噸煤成本。

4.3 膏體充填

膏體充填技術是1979年在德國的格倫德鉛鋅礦首先發展起來的,由于膏體充填具有料漿質量分數高、充填效率高、成本較低等優點,這項技術試驗成功以后在金屬礦山得到較快的發展,在包括中國在內的許多國家得到應用。為解放村莊壓煤,提高開采上限,提高煤炭資源采出率,延長礦井服務年限,太平煤礦與中國礦業大學合作開展了固體廢物膏體充填不遷村采煤技術的研究。太平煤礦膏體充填系統是我國煤礦第一個膏體充填示范工程,2006年5月工業性試采取得成功。膏體充填采煤技術主要由三部分組成,即充填材料、充填設備與工藝、采動巖層充填控制理論。膏體是由煤矸石、粉煤灰、水砂、水泥等組成,由地面設備加工而成的類似牙膏的流體,具有十分良好的流動性和可泵性。充填時,膏體通過巷道中的管路,由充填泵提供動力,輸送到液壓支架后的采空區。膏體充填技術的核心是膏體充填材料,膏體充填材料的強度對膏體充填的效果起決定作用。膏體充填后,地表

下沉減小。膏體充填開采是綠色開采技術的重要組成部分,是解決煤礦開采環境問題的理想途徑,是解決村莊等建筑物下大量壓煤開采問題的迫切需要。

5、煤炭地下氣化

煤炭地下氣化是指將地下煤炭通過熱化學反應在原位把煤炭轉化為可燃氣體。可以部分消除煤炭開采對環境的污染和煤炭燃燒對生態環境的不利影響與破壞。煤炭地下氣化技術具有投資少、安全、工期短、見效快、用人少、效率高、成本低、效益好等優點,尤其適合我國煤礦地質條件復雜、劣質煤比例高、“三下”壓煤嚴重的礦區。煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術。它開始于英國1912年,由于熱值低、成本高而未得到發展。我國于1958-1960年曾在16個礦區進行試驗,于1962年停止,1984年又開始了新的試驗,1994年達到連續產氣295 d,產氣量為200 m3/h,熱值13.81~17.57 MJ /m,采用的是有井式、長通道、大斷面的煤炭地下氣化方法。2005年中國礦業大學與重慶中梁山礦業集團合作實現了連續穩定生產優質水煤氣和混合煤氣。但是,地下煤炭氣化燃燒產生的苯和酚是致癌物質,有可能毒化水資源;燃燒形成的大量二氧化碳對空氣也是嚴重的污染。目前我國的地下氣化技術仍處于工業試驗階段,有很多問題需要去研究和探索。

3三、結 語

資源與環境協調的綠色開采是解決煤炭開采環境問題的根本出路。要實現綠色開采,需要綜合研究和解決經濟與技術等方面的問題。綠色采礦可以減少環境污染,還能帶來良好的社會經濟效益。綠色采礦是形成綠色礦業及礦區綠色家園的重要組成部分,相信隨著綠色開采的不斷發展和完善,煤礦綠色開采一定會發揮它應有的作用,為人類與自然的協調發展做出貢獻。

參考文獻: [1]張吉春.煤炭開采技術.中國礦業大學出版社,2007: [2]繆協興,錢鳴高.中國煤炭資源綠色開采研究現狀與展望[J].采礦與安全工程學報, 2009(3): [3]黃慶享.煤炭資源綠色開采[J].陜西煤炭.2008(03): [4]徐 睿,謝亞濤,周坤鵬.煤炭綠色保水開采[J].礦業快報,2008(6): 14

第四篇：煤礦開采技術畢業論文

摘要：

1、詳細查明了井田地質構造，發育有5條斷層，其中落差最大為20m在井田的西部邊界處，其余4條斷差在5-8m間，對井田內煤層開采影響不大。

2、井田工程地質條件，2號煤層為中等，9+10號煤層為簡單。2號煤層煤塵具有爆炸危險性，9+10號煤層煤塵具有爆炸危險性；2號煤層不易自燃，9+10號煤層自燃。無地溫、地壓異常。

3、井田內可采煤層為2號、9+10號兩層。2號煤層厚0.47～1.20m，平均厚0.95m。為較穩定煤層，井田內大部可采；9+10號煤層厚4.14～5.60m，平均厚4.80m，為穩定煤層，井田內全區可采。4、2號煤層為特低灰-中灰、特低硫-低硫、中熱值-高熱值貧煤；9+10號煤層為特低灰-中灰、高硫分、中熱值-特高熱值無煙煤。

5、井田內2、9+10號煤層采空區中有積水，且9+10號煤層部分塊段為帶壓開采，突水系數為0.061MPa/m，存在奧灰水突水危險，2、9+10號煤層水文地質條件為中等。

第一章 井田概況和地質特征

第一節 礦區概述

一、礦區地理位置及交通條件

山西中強福山煤業有限公司水地莊煤礦位于浮山縣城東，與浮山縣直線距離6.25Km處的水地莊村東側、南北兩側一帶，行政區劃隸屬天壇鎮管轄。重組后井田東西寬2740m，南北長4000m，面積8.4763km2。地理坐標為111°53＇55＂—111°55＇44＂，北緯35°56＇30＂—111°58＇40＂。

交通位置圖1-1-1

二、礦區的工農業生產建設概況

礦區內有村莊及礦井工業廣場，洗煤廠等工業設施。區內多為山區荒地和林地，以雜草叢生為主，南、北部山上生長有落葉松樹，覆蓋率40%左右。

三、礦區電力供應基本情況

山西中強福山煤業有限公司已與浮山供電支公司簽訂了高壓供用電合同。礦井供電電源采用雙回路，一路10kv電源引自浮山110kv變電站，距離3km，另一路10kv電源引自灣子里35kv變電站，距離7.5km。

第二節 井田地質特征

一、井田所屬位置

據《山西地質志》井田所處區域構造位置為塔兒—九原山陷隆的中北部之東與郭道——安澤南北向褶帶之間的浮山斷裂帶中。

二、井田地質構造

本井田位于呂梁—太行斷塊之沁水塊坳的次級構造單元，郭道—安澤近南北向褶帶中南段西部邊緣。該褶帶走向北北東，北寬南窄，褶皺排列較為緊密，成組出現的褶皺表現為若斷若續。但因井田處于褶皺帶西部邊緣，受鄰近構造帶影響，井田內構造特征表現為中部、東部以褶皺為主，西側斷裂發育，使地層、煤層均受破壞，但總體傾向以南東為主，傾角一般3°-11°。主要褶皺、斷裂特征如下：

1、褶曲

井田內發育三條軸向北北東向褶皺，編號分別為Z1、Z2、Z3、Z4。Z1背斜：發育在井田的中部，軸向為北北東向，兩翼地層傾角5°-10°，軸向延伸3500m。

Z2向斜：發育在井田的南東部，軸向為北東向，兩翼地層傾角6°-11°，基本為一對稱舒緩向斜，軸向延伸1500m。

2、斷層

F1正斷層：該斷層位于井田的西部邊界附近，斷層走向為近南北，傾向西，傾角70°，落差最大達20m。對井田煤層開采影響不大。井田內延伸長度2200m。

F2正斷層：位于井田的西部，F1正斷層東300m左右，該斷層走向N15°E，傾向NNE，傾角70°。落差6m。井田內延伸長度1200余m。南端與F1斷層相交。

綜上所述，井田內斷層較發育，但斷距較小，5-8m間，對煤層、地層的破壞影響較小；褶皺多屬寬緩褶曲，對煤層、地層沒有明顯影響。井田內未見陷落柱及巖漿活動。因此，本井田構造類型屬簡單類型。

三、水文地質概況

1、井田水系分布

井田地表水主要有三大溝谷，從北而南依次為清水河、渾水河、柏村河。清水河、渾水河平時干枯無水，雨季有水均由東向西匯集于井田西部外柏村河河谷，然后匯入澇河于臨汾注入汾河，汾河至河津縣禹門口流入黃河，屬黃河流域汾河水系。

2、井田主要含水層

井田內可劃分1—5個含水層，由下而上分述如下：（1）奧陶系中統巖裂隙含水層

隱伏于煤層之下。本組灰巖按上、中、下依次劃分為峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組。

強含水段主要為上、下馬家溝組灰巖。上馬家溝組厚度為40—150m。上部峰峰組灰巖一般巖溶不發育。由深灰色厚層狀灰巖夾薄層狀泥灰巖及角礫狀灰巖組成。據本井田北部約5Km的浮山春山井田內ZK103水文孔測得奧灰水水位標高618.21m，另據《山西巖溶大泉》資料推斷本井田奧灰水位標高為605-625m。水質類型屬重碳酸、硫酸—鈣鎂水。

（2）石炭系上統太原組碎屑巖夾碳酸鹽巖溶裂隙含水層。（3）二疊系下統山西組碎屑巖含水層

山西組碎屑巖含水層主要為2號煤層頂板以上由細、中粒砂巖組成，厚度變化大，平均12-13m，其含水層富水性與裂隙發育程度有關。單位涌水量0.0015L/s·m。屬于裂隙弱富水性段。

第三節 煤層的埋藏特征 1、9+10＃煤層為太原組下部可采煤層，煤變質程度為無煙煤階段。現綜述如下：

煤層的光澤類型屬于半亮及半暗類型，層狀結構比較清晰，煤的光澤最亮部分為亮煤，內生節理發育，層理中夾有極少量的扁豆狀絲炭，光澤較暗的部分為暗煤，煤質堅硬，灰分及絲炭的扁豆狀夾層較多，斷口呈角礫狀，節理不發育，呈黑色條痕。

2、工業用途評價

根據煤炭質量分級國家標準（GB/T152224.1-2004），9+10號煤為特低灰—中灰、高硫分、中—特高熱值無煙煤，由于硫分嚴重超標，建議作為化工用煤使用，若作為動力用煤及民用燃料，應首先研究解

決脫硫問題。

3、瓦斯等級和自燃情況

9+10號煤層瓦斯絕對涌出量0.53m3/min，相對涌出量0.87m3/t；二氧化碳絕對涌出量0.59m3/min，相對涌出量0.97m3/t，等級為低瓦斯礦井。

第二章

井田境界與儲量

第一節

井田境界

山西中強煤業有限公司水地莊煤礦井田面積8.4763Km2井田內無其它小煤礦生產。開采煤層9+10號，礦井能力0.90Mt/a。井田東西寬2740m，南北長4000m，面積8.4763 km2，由8個拐點坐（6°帶）連線圈定，井田境界拐點坐標見下表。

井田周圍均為國有空白區，再無其它小煤窯開采。

第二節 地質儲量的計算

按照中華人民共和國地質礦產行業標準之《煤、泥炭地質勘查規范》有關規定進行資源/儲量估算。

1、礦井地質資源/儲量（1）儲量估算范圍

9+10號煤層，在井田上部2號煤層屬于不可采區，2號煤層平均厚0.58m，新立井見2號煤層厚0.6m，不具開采條件，主要開采9+10號煤層。在所圈定的2號煤層不可采范圍內未進行資源/儲量估算。井田內僅9+10號煤層為可采煤層，并估算了其資源儲量。其它

煤層均為不可采煤層。因此，未進行資源/儲量估算。

（2）工業指標

井田內批采煤層為9+10號，其中9+10號煤類為無煙煤。煤層傾角＜25°，依據“煤、泥類地質勘查規范”中表E·2煤炭資源估算指標：

煤層厚度≥0.8m 最高灰分（Ad）40% 最高硫分（St,d）3% 最低發熱量（Qnet,d）17MJ/kg(PM)、22.1MJ/kg(WY)9+10號煤硫分含量較高，平均5.77%，由于作為化工用煤使用。本次設計也對9+10煤資源/儲量進行了估算。

（3）資源/儲量估算方法

本井田主要可采煤層穩定、較穩定，傾角均小于15°，利用煤層的偽厚度和水平投影面積，采用地質塊段法進行資源/儲量估算。

（4）資源/儲量估算參數

1、計算面積厚度確定：面積采用水平投影面積；各塊段厚度采用鄰近工程點煤層厚度算術平均求得，煤層中單層厚度小于0.05m的夾矸，與煤分層合并計算采用厚度。

2、煤層視密度采用山西省煤炭工業局綜合測試中心2007年4月2日對該礦9+10號煤層視密度的測定結果，9+10號煤層為1.45t/m3。

（5）資源/儲量類別劃分原則

井田內構造復雜程度為簡單；煤層穩定程度：9+10號煤層為穩

定煤層，厚4.14-5.27m，平均4.64m，為厚度和資源/儲量占優勢的煤層，以此煤層選擇基本線距。

2、礦井工業資源/儲量

在全礦井保有的資源／儲量51.12 Mt 9 中，探明的及控制的經濟基礎儲量（111b+122b）占總資源/儲量的比例為77.8%，推斷的內蘊資源量（333）占總資源/儲量的比例為22.2%.根據《煤炭工業礦井設計規范》（GB50215－2005）及本井田的勘探情況，由于9+10號煤為穩定性好的煤層，設計對推斷的內蘊經濟資源量（333）9+10號煤可信度按90%考慮。

因此，礦井工業資源/儲量為49.09 Mt。

3、礦井設計資源/儲量

據本礦井的具體地質條件和煤層賦存情況，所需留設的永久煤柱主要為井田邊界、公路、地面建筑和村莊煤柱。

（1）井田邊界

井田邊界煤柱在本井田內一側按20m留設，本礦井共留設井田境界煤柱2.03Mt。

（2）地面建筑及村莊保護煤柱

本井田范圍內主要村莊為紅花窯村壓，壓煤量較大，中強福山煤業有限公司已考慮與地方政府簽訂村莊搬遷協議，其他規模均較小，考慮搬遷，本次設計不再考慮村莊煤柱的留設問題。

（3）斷層及陷落柱煤柱

本井田地質構造簡單，可采區域內無斷層、陷落柱，故不考慮留設斷層及陷落柱煤柱。

第三節 可采儲量的計算

礦井設計可采儲量為礦井設計資源/儲量減去工業場地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采區回采率的資源/儲量。

（1）工業場地煤柱

工業場地的煤柱：長*寬*煤厚經計算（2）大巷煤柱

設計考慮本礦井大巷兩側各留設30m保護煤柱。經計算，全井田共留設大巷煤柱2.75Mt 采區回采率根據《煤炭工業礦井設計規范》（GB50215-2005）第2.1.3規定，9+10號煤層取75%，經計算，礦井目前設計可采儲量為22.135Mt。

安全煤柱及各種煤柱的留設和計算方法。

井田邊界煤柱留20m，水平大巷之間留20m，兩側留35m煤柱，工業場地按二級保護，井筒按一級保護，再根據表土層和基巖厚度（表土移動角45°，基巖移動角72°）計算保安煤柱。

第三章 礦井工作制度生產能力

第一節 礦井工作制度

設計礦井井下采用“四·六”作業制，即每天4班作業，3班生產，1班準備，每班工作6h；地面采用“三·八”作業制，即每天3班作業，2班生產，1班檢修，每班工作8h。礦井每天凈提升時間16h。

第二節 礦井生產能力及服務年限

山西中強福山煤業有限責任公司生產能力根據井田儲量和生產條件按0.9Mt/a進行設計。

經計算，礦井可采儲量為49.99Mt，儲量備用系數取1.3考慮，本礦井設計生產能力按0.90Mt /a計算，其設計服務年限為42.72ａ。

第四章 井田開拓方式

第一節

井口位置、形式、數目

一、井田共布置三個井筒

主斜井、副斜井、回風立井。主斜井.副斜井及工業廣場在井田中部，井田邊界附近，在浮山—沁水縣級公路水地莊處，回風立井場地選在駝腰村西。

1、井筒數目及用途：

礦井，共布置三個井筒：即：主斜井、副斜井、回風立井。各井筒用途如下：

主斜井：井口標高+894.6。斜長540m。傾角24°34′，三心拱斷面，凈寬3.3m，凈高2.9m，凈斷面積9.26m2。落低9+10號煤層，標高+699m。裝備帶寬B＝1000mm的膠帶機，擔負礦井提煤任務，兼做進風井和安全出口。

副斜井：井口標高+916.00m，井底標高+698.00m，半圓拱斷面，井筒凈寬4.5m，凈斷面15.1m2，傾角29°56′，斜長408m。采用單鉤串車提升。選用JK-3.5/20型提升機，擔負排矸、運送材料、下放設備、上下人員等任務兼做進風井和安全出口。

2、井筒井壁結構

主斜井（已有）：表土段采用現澆鋼筋混凝土支護方式，支護厚度500mm。基巖段采用錨網噴支護方式，噴層厚度150mm。

副斜井：表土段采用現澆鋼筋混凝土支護方式，支護厚度500mm。基巖段采用錨網噴支護方式，噴層厚度150mm。

二、井口位置、工業場地以及開拓布置方案設計的主要原則（1）盡量利用現有地面工程及設施設備，以減少基建投資。（2）地面平坦、開闊，場地挖方填方量小，工程地質條件好，能夠滿足0.9Mt/a的設計要求。

（3）靠近公路、交通方便，運輸距離短。

（4）井口及工業場地盡量位于儲量中心，減少井下運輸、通風、井巷工程費用。

2、井田開拓方案

基于上述設計原則，根據本礦井煤層賦存特點，結合現有井筒、地面工業場地及井下條件，設計提出兩個開拓方案進行技術經濟比較。

方案一（三井筒方案）

主斜井.副斜井及工業廣場在井田中部，井田邊界附近，在浮山—沁水縣級公路水地莊處，回風立井場地選在駝腰村西。

本方案的特點是兩進一回采用中央邊界式通風.主斜井井口標高+894.6m。斜長472m。傾角24°34′，落底標高+698m。三心拱斷面，凈寬3.3m，凈高2.9m，凈斷面積9.26m2。擔負礦井提煤任務，兼做進風井和安全出口。副斜井井口標高+903.3m。斜長408m，傾角29°56′，落底標高+699m。半圓拱斷面，凈寬4.5m,凈高3.35m。凈斷面積15.1m2。該井筒擔負排矸、運送材料、下放設備、人員運輸等任務，兼做進風井和安全出口。回風立井井口標高+960m,井筒凈直徑5m,凈斷面19.6m2，垂深276m。擔負回風任務，井筒內安裝有梯子間，兼做安全出口。

井田內可采煤層為9+10號煤層，2號煤距離9+10號煤70-80m為不可采煤層.設計采用單水平開拓，全井田共劃分一個水平，井底車場設在9+10號煤層，水平標高+699m.設計開拓大巷為三條,集中膠

帶機運輸大巷和集中軌道運輸大巷，專用回風大巷,并按原有方位向東延伸至井田東部邊界附近。沿井田東部邊界向北布置三條采區大巷, 一條皮帶運輸進風大巷, 一條軌道運輸進風大巷, 一條專用回風大巷,至井田北部邊界為北采區.在井田中部沿南方向布置三條采區大巷,一條皮帶運輸進風大巷, 一條軌道運輸進風大巷, 一條專用回風大巷,至井田南部邊界為南一采區和南二采區.井下主要硐室有井下主變電所、主排水泵房及水倉、井下消防材料庫、井下爆破材料發放硐室等。，在主斜井底設煤倉一個，布置通風行人巷。回風立井落底9+10號煤，通過回風繞道與回風大巷相連，形成開拓系統。

采區接續為：先采北采區，南二采區為接續采區。方案二（四井筒方案）

主斜井.副斜井及工業廣場在井田中部，井田邊界附近，在浮山—沁水縣級公路水地莊處，回風井一個在井田北東角邊界處, 另一個在井田南部中邊界處.本方案的特點是兩進兩回采用兩翼對角式通風.主斜井井口標高+894.6m。斜長472m。傾角24°34′，落底標高+698m。三心拱斷面，凈寬3.3m，凈高2.9m，凈斷面積9.26m2。擔負礦井提煤任務，兼做進風井和安全出口。副斜井井口標高+903.3m。斜長408m，傾角29°56′，落底標高+699m。半圓拱斷面，凈寬4.5m,凈高3.35m。凈斷面積15.1m2。該井筒擔負排矸、運送材料、下放設備、人員運輸等任務，兼做進風井和安全出口。回風立井兩個, 一個井口標高+960m,井筒凈直徑為5m,凈斷面均為19.6m2，垂深276m。擔負北采區回風任

務，井筒內安裝有梯子間，兼做安全出口。另一個井口標高+960m,井筒凈直徑為5m,凈斷面均為19.6m2，垂深276m。擔負南一采區和南二采區回風任務，井筒內安裝有梯子間，兼做安全出口。

井田內可采煤層為9+10號煤層，2號煤距離9+10號煤70-80m為不可采煤層.設計采用單水平開拓，全井田共劃分一個水平，井底車場設在9+10號煤層，水平標高+699m.設計開拓大巷為三條,集中膠帶機運輸大巷和集中軌道運輸大巷，專用回風大巷,并按原有方位向東延伸至井田東部邊界附近。沿井田東部邊界向北布置三條采區大巷, 一條皮帶運輸進風大巷, 一條軌道運輸進風大巷, 一條專用回風大巷,至井田北部邊界為北采區.在井田中部沿南方向布置三條采區大巷,一條皮帶運輸進風大巷, 一條軌道運輸進風大巷, 一條專用回風大巷,至井田南部邊界為南一采區和南二采區.井下主要硐室有井下主變電所、主排水泵房及水倉、井下消防材料庫、井下爆破材料發放硐室等。，在主斜井底設煤倉一個，布置通風行人巷。回風立井落底9+10號煤，通過回風繞道與回風大巷相連，形成開拓系統。礦井共劃分為三個采區，即北采區、南一采區和南二采區。設計初期在北采區布置一個放頂煤綜采工作面。

采區接續為：先采北采區，南一采區為接續采區。

3、方案比較

兩個方案相比，方案一具有以下優點：

1）井筒個數少，主、副井在一個工業場地內，比較集中，便于生產管理。

2）井筒工程量及井筒裝備投資均比較省

3）與方案二相比，井筒初期井巷工程量少，投資省。建井工期短比方案二少。

4）工業場地壓煤量小，資源回收率高。5）新增用地少，比方案二少。方案一缺點：

1）通風阻力比方案二大.單主扇功率大.2）安全出囗少, 回風行走路線長.方案二優點： 1）主扇選型功率小。2）風路短,通風容易.缺點：

1）井筒個數多, 多一個回風井用地.2)井筒工程量大, 初期投資大.3)主扇風機多, 管理比方案一難.。

綜上所述，方案一與方案二相比，井筒數量少，占地面積小；比較集中，便于生產管理。井筒.裝備投資少，施工工期短等優點，雖然方案一通風路線長, 但礦井實行一采兩掘工作面少, 用風量不大, 一臺大功率主扇可以滿足礦井南北兩翼供風需求。

經技術經濟多方面比較，本設計推薦方案一。

第二節 垂高及開采水平的規劃

設計采用單水平沿煤層開拓，全井田劃分一個水平，井底車場設在9+10號煤層，水平標高+699m.服務年限為42.72（a）。

第三節 主要運輸大巷的布置方式和位置選擇

井田中部，主、副斜井井底向東方向布置礦井集中膠帶機運輸大巷和集中軌道運輸大巷至井田東邊界，平行軌道巷間隔20米布置一條總回風大巷至井田東邊界回風立井。形成開拓系統

1.盤區劃分

本井田內共有一層可采煤層9+10號煤層，全區可采。根據井田內地質構造及煤層賦存特點以及采空區的范圍，結合工作面裝備水平，為適應安全高效綜合產業工作面的布置要求，設計確定大采區尺寸、增加工作面推進長度、盡量減少工作面搬家次數，提高礦井單產及效率。

根據上述原則及本井田的井田范圍，結合井田開拓部署、大巷位置、煤層賦存情況、工作面推進長度、生產規模、煤層厚度變化情況、構造分布情況、裝備水平及國內外安全高效礦井生產經驗等因素，設計確定全井田分煤組共劃分為三個采區，即北采區、南一采區和南二采區。

2.開采順序

根據井田內地質構造及煤層賦存特點，首先開采北采區；南一采

區，為接續盤區。工作面均采用后退式回采。

第五章

礦井基本巷道

第一節

井筒、石門與大巷

礦井，共布置三個井筒：即：主斜井、副斜井、回風立井。各井筒用途如下：

主斜井：井口標高+894.6。斜長540m。傾角24°34′，三心拱斷面，凈寬3.3m，凈高2.9m，凈斷面積9.26m2。落低9+10號煤層，標高+699m。裝備帶寬B＝1000mm的膠帶機，擔負礦井提煤任務，兼做進風井和安全出口。井筒內有3寸壓風管；2寸靜壓管；主電纜；及人行階梯。

副斜井：井口標高+916.00m，井底標高+698.00m，半圓拱斷面，井筒凈寬4.5m，凈斷面15.1m2，傾角29°56′，斜長408m。采用單鉤串車提升。選用JK-3.5/20型提升機，擔負排矸、運送材料、下放設備、上下人員等任務兼做進風井和安全出口。井筒內有4寸靜壓管一趟；4寸排水管兩趟；及人行階梯。

第二節

井底車場

一、井底車場位置及形式的選擇

副斜井井底在9+10號煤層中設有平車場，長度100m，可以同時存放空重礦車60輛，通過能力較大，主要為輔助提升服務，礦井實際運輸量較小，車時形式簡單，調車方便，工程量省。

二、井下硐室名稱及位置 主斜井井底硐室有：井底煤倉。

副斜井井底硐室有：等候硐室、醫療硐室、井下消防材料庫、中央變電所、中央水泵房、管子道、中央水倉、爆破材料發放硐室等。

井底煤倉采用直煤倉，井底煤倉直徑8m。垂高30m。現澆鋼筋混凝土支護，容量1200t。

井底水倉有主、副水倉組成，主水倉有效長度90m。容積900m3,副水倉有效長度60m。容積600m3,采用調度絞車牽引1.5噸礦車人工清理。9+10號煤井底煤倉直徑8m。垂高30m。現澆鋼筋混凝土支護，容量1200t。

礦井正常涌水量為12.5m3/h，8小時涌水量為100m3，水倉總容積1500m3，大于100m3，符合《煤礦安全規程》第280條要求。

井下爆破材料庫為壁槽式，總體積200m3。采用獨立通風。

三、井底車場主要巷道及硐室的支護方式及支護材料 副斜井井底車場采用半圓拱斷面、錨網噴支護方式，噴層厚度150mm；井下爆破材料發放硐室、中央水泵房、中央變電所及水倉采用半圓拱斷面，現澆混凝土支護方式，支護厚度350mm；管子道和

井下消防材料庫采用半圓拱斷面，錨網噴支護方式，噴層厚度150mm；井底煤倉采用現澆鋼筋混凝土支護，支護厚度400m。

第六章

采煤方法

第一節

采（盤）區地質條件與選定的采煤方法

1、煤層開采條件（1）地質構造

8401工作面位于呂梁—太行斷塊之沁水塊坳的次級構造單元，郭道—安澤近南北向褶帶中南段西部邊緣。該褶帶走向北北東，北寬南窄，褶皺排列較為緊密，成組出現的褶皺表現為若斷若續。但因井田處于褶皺帶西部邊緣，受鄰近構造帶影響，井田內構造特征表現為中部、東部以褶皺為主，褶皺多屬寬緩褶曲，對煤層、地層沒有明顯影響。西側斷裂發育，但斷距較小，5-8m間，對煤層、地層的破壞影響較小，總體傾向以南東為主，傾角一般3°-11°。井田內未見陷落柱及巖漿活動。因此，本井田構造類型屬簡單類型。

（2）工程地質

9+10號煤層：偽頂為泥巖或炭質泥巖，較薄，隨采隨落，直接頂和老頂為K2石灰巖，石灰巖厚度4.90—8.85m平均4.83m。脆性頂板，易管理。9號煤層頂底板力學試驗成果，頂板抗壓強度22.6-39.6MPa，抗拉強度3.93-4.47MPa，抗剪強度3.89-5.51MPa；底板粉砂巖抗壓強度18.2-27.9MPa，抗拉強度1.62-4.33MPa，抗剪強度3.63-8.04MPa。底板屬軟弱-中硬巖性，發生底鼓的可能性較小。

（3）瓦斯、煤塵爆炸性、自燃傾向性及地溫地壓

9+10號煤層瓦斯含量低，為低瓦斯礦井，9+10號煤層無煤塵爆炸危險性，自然傾向性為Ⅱ級，為自燃煤層。井田內無地溫，地壓異常，屬地溫地壓正常區。

（4）水文地質

9+10號煤位于太原組第一段上部，直接充水含水層為太原組碎。2．采煤方法的選擇

根據本礦井的地質條件、煤層賦存特征和礦井生產規模，設計考慮9+10號煤開采提出大采高綜采一次采全高和綜采放頂煤一次采全高兩種采煤方法進行比選。

方案一： 綜采放頂煤一次采全高采煤法

放頂煤綜采采煤法就是在厚及特厚煤層的底部布置回采工作面，采用滾筒式采煤機、放頂煤液壓支架、刮板輸送機及其他附屬設備進行配套聯合生產，除用采煤機正常割煤外，還利用礦山壓力或輔以人工松動方式使工作面上方頂煤破碎，并隨著工作面的推進從液壓支架的上方或后方放出并回收的一種采煤方法。

與大采高綜采一次采全高相比放頂煤綜采有如下優越性：（1）設備投資少。

（2）井巷工程量省，由于放頂煤設備外形尺寸及重量均小于大采高設備，在滿足通風要求的前提下，巷道斷面要求小，井巷工程量少，且本礦井副斜井傾角較大，為29°56′。若使用大采高設備，最大件重量較大，提升絞車選型困難，投資大，且運輸安全性差。

（3）占放頂煤工作面煤量一半以上的頂煤基本是利用地壓破煤，依靠自重放煤，所以綜采放頂煤是一種動力消耗量最小的綜合機械化采煤方法。

（4）與一般的綜采相比，綜采放頂煤采煤成本明顯降低。（5）綜采放頂煤開采過程中，由于其頂煤利用地壓破碎，依靠自重有控制的放煤，塊煤量與機采割煤相比有所增加，經濟效益比較明顯。

（6）綜采放頂煤對地質構造較復雜、厚度變化較大煤層的開采，比大采高綜采更靈活和適用。據礦方介紹，實際開采中9+10號煤煤層厚度變化較大，局部厚度達到6m左右。所以采用放頂煤開采，資源回收率高。

其主要缺點是：

（1）工作面設備多，工藝復雜，管理復雜。（2）混入矸石多，原煤灰分高，工作面作業條件差。（3）瓦斯不好管理。（4）工作面回采率低。

方案二 ：大采高綜采一次采全高采煤法

大采高綜采一般認為是指分層高度和采煤機割煤高度大于3.5m 的綜采。我國于上世紀七十年代末從德國引進了部分大采高液壓支架和相應的采煤、運輸設備，與此同時開始國產的大采高液壓支架和采煤機的研制和試驗工作，經過二十多年的努力，已取得了明顯的進展。大采高采煤法一般適合煤層厚度為3.5～5.5m，煤層及頂底板中硬以上的地質條件。目前大采高工作面最大采高已達7.0m，隨著大采高設備和技術的進步，大采高綜采已成為我國高產高效礦井的主要采煤方法之一。

與放頂煤綜采相比大采高綜采的主要優點是：

（1）工作面單產高，增產潛力大，工作面單產在同等條件下比一般綜采高，回采工效高。

（2）工作面設備少，工序簡單，易管理。（3）和放頂煤綜采相比，含矸率低。（4）工作面回采率高。其主要缺點是：

（1）采高大，工作面煤壁松軟時易片幫。（2）設備投資較高。

（3）工作面裝備及配套環節能力大，運行費用高。

經過上面對兩種采煤方法的比選，設計認為采用綜采放頂煤一次采全高采煤法初期投資少、見效快，且與礦井0.9Mt/a的生產規模相適應。放頂煤綜采適應性強，產量高，有明顯的經濟效益。

9+10號煤的冒放性分析：

(1)開采深度

生產實踐和理論計算都表明頂煤冒放性隨著開采深度的增大而加強。開采深度與頂煤冒放性的關系可通過有限元計算的頂煤破壞系數尋找其規律。本井田9+10號煤層埋深270～450m左右，大部分煤層開采深度大于300m，從開采深度看，較有利于頂煤的冒放。

(2)煤層強度

國內外大多數放頂煤綜采工作面的實測資料統計表明，煤層強度是影響頂煤冒放性的關鍵因素。一般當煤層硬度f系數小于

2、強度小于20Mpa時，頂煤冒放性較好。應當指出的是，煤層作為一個整體，其強度不僅與煤層抗壓強度有關，同時也與煤層的節理和裂隙發育程度有關，一般煤體都存在不同程度的地質弱面和構造裂隙，節理裂隙發育的煤層，煤體的完整性較差，因而大大降低煤層的強度，頂煤在礦壓的作用下易于破碎，節理裂隙越發育，頂煤的冒放性越好。而本區9+10號煤節理裂隙較發育，從而降低了煤層的整體強度，對提高頂煤冒放性有一定的作用。

(3)煤層厚度

根據國內外綜采放頂煤的實踐經驗，頂煤冒放性隨煤層厚度的增大而減弱，理論研究也證明綜放開采的最大臨界厚度為12.5～13.0m，最小臨界厚度為4.5～5.0m，采放比以1:1～2.4為宜，設計對本礦井9+10號煤進行了厚度分析： 9+10號煤煤層厚4.14-5.27m，平均4.64m。若采高2.3 m，頂煤厚度平均為2.34m左右，平均采放比

1:1.02，符合放頂煤一次采全高條件。

(4)煤層結構

若煤層存在堅硬的夾矸，則會嚴重影響頂煤的冒放性。一方面夾矸在頂煤中形成“骨架”，使頂煤難以冒落；另一方面，即使頂煤垮落之后，夾矸形成大塊，影響頂煤的流動性，堵塞放煤口。因此夾矸的存在對放頂煤是一種不利因素。本井田9+10號煤一般含夾矸1～2層，厚度為0.1-066m。夾矸為泥巖，夾矸強度相對較低，故對頂煤的冒放性不會產生較大的影響。

(5)頂板條件

影響煤層冒放性的煤層頂板包含直接頂和基本頂兩部分。直接頂對頂煤的壓裂無直接影響，但直接頂能夠隨采隨冒并具有一定的厚度是綜采放頂煤開采頂煤破碎冒落后能夠順利放出的基本條件，否則不利于頂煤的回收。性脆易碎，易管理。且直接頂的厚度能夠達到充滿采出煤厚的空間，因此對9+10號煤采用放頂煤比較有利。

本礦9+10號煤層埋藏較深，設計認為9+10號煤層宜采用一次性放頂煤綜采。綜上所述本礦井9+10號煤層采用一次采全高放頂煤綜采采煤法，全部垮落法管理頂板。在技術上是可行的，經濟上是合理的，適應煤厚變化，有利于提高礦井的經濟效益。

第二節 采（盤）區巷道布置和要素

一、首采區位置及首采工作面的確定

礦井設計為3個生產盤區，即:北采區和南一采區和南二采區。

北采區東西長1620m左右，南北寬1685m左右，面積約2.279km2.南一采區東西長1250m左右，南北寬1685 m左右，面積約2.106km2.南二采區東西長1405 m左右，南北寬1685 m左右，面積約2.367km2.首采北采區。

二、選型原則

綜采工作面的采、裝、運、支工序全部機械化。礦井規模定位在二十一世紀現代化大型礦井，生產高度集中，工作面生產能力大。從目前綜采的發展趨勢看，設計安全高效的綜采工作面要求加大工作面長度，加大截深，選用能切割硬煤的特大功率采煤機，提高采煤的切割速度，相應要求提高移架速度，與大運量的重型可彎曲刮板輸送機相匹配，搞好端頭支護，采用長距離順槽膠帶輸送機。針對這些要求，對于綜采系統設計考慮了以下原則：

1、機械設備的選擇首先滿足技術先進，生產可靠，提高綜采設備的開機率，達到高產高效。同時各設備間要相互配套，保證運輸暢通，并增加運輸環節的緩沖能力，以期達到采運平衡，最大限度地發揮綜采優勢。

2、為綜采工作面創造快速連續開采的條件，加大工作面推進長度，減少搬家次數，并保證快速搬家。做到采準工作快，增大巷道斷面特別是順槽斷面，采用大功率綜掘機掘進，以提高掘進速度，保證工作面的接替要求。

三、設備選型

礦井初期達到設計生產能力時，井下9+10號煤布置一個綜采放頂煤一次采全高工作面，一個工作面保證0.9Mt/a的生產規模。所以9+10號煤工作面設備選型必須滿足0.9Mt/a的生產規模。

采掘工作面主要設備選型時，應遵循以下主要原則：技術先進，運行可靠，操作簡單，維修方便；各設備間相互適應，能力匹配，運輸暢通，不出現“卡脖子”現象，另需考慮設備的備品備件是否容易采購等問題。

北采區9+10號煤綜采放頂煤工作面主要采煤設備選型（1）采煤機

9+10號煤層位于太原組第一段上部，因9、10號兩層煤層相距很近，僅有0.1-0.66m，由灰、深灰色泥巖組成的夾矸分開，即合并為一層。含夾矸1-2層，其頂板直接為K2灰巖或在局部地段為0.3-0.5m厚的泥巖。煤層厚4.14-5.27m，平均4.64m。底板為灰色泥巖或炭質泥巖。

工作面采用雙向割煤、端頭斜切進刀的工作方式。工作面割煤高度為2.3m，首采一盤區放煤高度平均為2.34m，工作面平均回采率為85.0%。工作面采用“一采一放”的放煤方式，采煤機截深和放煤步距均為0.8m。

（2）刮板輸送機 ① 前部輸送機運輸能力

Qm=60·B·Hg·Vc·γ=60×0.8×2.3×1.25×1.45=200.1(t/h)

Qq≥Kc·Kh·Kv·Ky·Qm=1.35×1×1.05×1.3×201.7=368.7(t/h)式中：

Qm—采煤機平均落煤能力,t/h； ② 后部輸送機運輸能力

后部輸送機運輸能力取決于工作面放煤能力，所選輸送機運輸能力應滿足放煤能力要求。

采煤機割一刀煤所需時間為：

Tg=(L+Ls)/Vc+Td=(120+50)/1.25+4=32.4(min)工作面可彎曲刮板輸送機選型應滿足三個方面的要求：一是運輸能力與采煤機生產能力相適應；二是結構形式與采煤機、液壓支架相匹配；三是輸送機長度與工作面長度相一致。根據以上原則，前部刮板輸送機選用SGD630/220；后部刮板輸送機選用SGZ630/320。

（3）回采工作面運煤設備 9+10號煤層工作面：

轉載機：SZZ730/110，轉載能力為700t/h，功率110kW，電壓1140V。

破碎機：PLM800破碎能力800t/h，功率90kW，電壓1140V。運輸順槽可伸縮帶式輸送機：鋪設長度740m，帶寬1000mm，輸送能力800t/h，功率160kW，電壓1140V。

四、工作面頂板管理方式，支護設備選型

1、液壓支架工作阻力與支護強度計算

9+10煤工作面頂板均采用全部垮落法管理，選用液壓支架支護。

支架工作阻力有多種計算方法：預計法、估計法、類比法、實測法、動載系數法、巖重法、支架載荷數理統計回歸法等，這些方法大都根據礦井實際生產資料或實測數據作為計算依據。本設計按估計法來計算支架工作阻力。

2、液壓支架選型

9+10號煤層平均采高2.3m，放煤高度平均2.64m。選用采煤機采高為1.4～2.92m。液壓支架的支護高度，應滿足采煤機采高變化范圍要求。不同的采高對支架強度要求也有所不同。

根據計算，9+10號煤層綜采放頂煤工作面，設計選用ZF6400/18/32H型放頂煤液壓支架。主要技術參數見表

工作面端頭位于工作面和順槽的連接處，是行人、運輸和通風的必經之地，多種設備的匯集處，也是工作面支護和巷道支護的交叉地帶，端頭處條件復雜，位置重要。設計采用端頭支架支護，綜采工作面選用與綜采支架相配套的端頭支架。每個工作面配備4架。

3、其他輔助設備

9+10煤工作面各配備有PRB5-80/31.5型乳化液泵站一臺，兩泵一箱、WPB-320/6.3型噴霧泵站一套，兩泵兩箱、MYZ-200型煤層注水鉆機一臺、7BZ-4.5/160型注水泵一臺等。

五、工作面回采方向與超前關系

回采工作面采用后退式開采，首采工作面布置在采區邊界，9+10煤工作面順槽采用雙巷布置。

第三節 回采工藝

1、回采工藝

9+10號煤綜采放頂煤工藝：

根據綜采放頂煤的實際生產工藝，目前放煤工藝主要有單輪順序放煤、多輪順序放煤、單輪間隔放煤以及多輪間隔放煤。

單輪順序放煤容易混入矸石，如果實行“見矸關門”的原則，煤炭損失太大。

多輪順序放煤和多輪間隔放煤統稱為多輪放煤。多輪放煤頂煤丟失嚴重，放煤時間長，影響開機率，不利于工作面實現高產高效。

根據本礦井煤層的賦存條件及厚度、煤層結構和頂底板巖性，設計選擇分段放煤，段內采用單輪間隔多口放煤工藝。

2、回采率

9+10號煤首采工作面及采區回采率的計算

9+10號煤為綜采放頂煤工作面，機采回采率為93%，頂煤可放部分的回收率為85%，頂煤不可放部分包括起始線不放煤長度（取6m），距離停采線不放煤長度（取9m），工作面上下端頭各有3架支架不放頂煤，長度共計11.2m。

第七章 井下運輸與提升

第一節 運輸方式

地面材料、設備等從副斜井JK-3.5/20型單滾筒提升機牽引礦車→井底車場JD-2.5型調度絞車牽引礦車→集中軌道運輸大巷JD-2.5型調度絞車牽引礦車→9+10號層車場JD-2.5型調度絞車牽引礦車→9+10號層軌道運輸大巷JD-2.5型調度絞車牽引礦車→9+10號

層工作面軌道運輸順槽JD-2.5型調度絞車牽引礦車、掘進工作面JD-11.4型調度絞車牽引礦車。

矸石運輸與材料運輸系統方向相反。

第二節 礦井提升

本礦井主井采用斜井開拓，礦井設計生產能力為90萬t/a，工作制度為330d/a，提升時間16h/d，每天三班生產，一班檢修。主斜井安裝帶式輸送機，擔負原煤的提升。

根據礦井生產能力、開拓方式、采區及工作面布置等條件，主斜井原煤提升采用鋼繩芯深槽角強力膠帶輸送機。

井底煤倉的原煤通過大型給煤機、經主斜井膠帶輸送機輸送至主斜井井口房，再轉載至地面生產系統。

（2）帶式輸送機選型計算

輸送物料：原煤，粒度0～300mm、散密度：ρ=0.9t/m3、輸送量：Q=250t/h、主斜井井筒總長472m，提升高度：197米；傾角24.5°。

副斜井提升設備(一)設計資料

1、提升任務

（1）最大班下井人數 91人（2）矸石 20車/班（3）設備 10車/班（4）材料 12車/班

2、最大件為液壓支架，最大件重24 t（包括特制平板車重）。

3、提升容器：選用MG1.7-9B，1.5噸固定礦車。自重974kg，取1000kg。升降液壓支架采用特制平板車。

4、井筒傾角30°，斜長410m，單鉤提升，機械提人。(二)方案概述

經驗算，設計選用一臺JK-3.5/31.5型提升機可以滿足升降最大件等輔助提升任務，選用繩速3.0m/s。根據目前常用的電動機及電控類型，本提升機配套電動機選擇直流電動機，型號為Z560-2A 630kW，660V 520r/min。

固定天輪：TSG-3000。

鋼絲繩：40—NAT—6×19S＋FC—1670—ZZ—881—590 GB8918－2006。

(三)選型計算

井口、井底為平車場，每鉤設計限掛3輛礦車。

人員上下采用斜井人車，選用XRB8-6/4型，首車1輛（自重1800 kg），尾車2輛（自重950 kg），每節乘座8人。

(四)選型及校驗結果

1、提升機及電動機校驗結果：

新選JK-3.5/20型提升機，配套直流電動機，型號為Z560-2A 630kW，660V 520r/min。滿足礦井輔助提升任務及現行《煤礦安全規程》的要求。

2、鋼絲繩選型結果：

選用國標鋼絲繩：40—NAT—6×19S＋FC—1670—ZZ—881—590。

3、電源及電控設備：

副斜井提升機10kV電源引自工業場地35kV變電所10kV配電裝置，雙回路進線，一用一備，電纜引入。

整個電控系統包括：高低壓配電設備、電動機電樞回路的整流變壓器、變流設備及全數字控制、操作及監控系統。

第八章 礦井通風與安全

第一節

風量的計算

礦井日平均產量3000噸，礦井為低瓦斯礦井，礦井按最多入井人數200人計算，礦井所需總風量為：Q總=4×200

m/分=800 m/分

第二節 礦井通風系統和風量分配

礦井通風方式：中央邊界式；通風方法：抽出式。

礦井通風系統：主斜井、副斜井→井底→運輸皮帶巷、運輸軌道大巷→北采區皮帶巷、北采區軌道巷→2401進風巷→8401工作面→5104回風巷→北采區回風巷→回風立井→地面

其它用風地點通風系統：主斜井、副斜井→進風大巷、采區進風巷→用風地點→回風大巷、采區回風巷→回風立井→地面

33第三節

礦井負壓、等積孔和扇風機

礦井現有主扇兩臺一臺使用；一臺備用，主扇風機型號：FBCDZ——NO18(D);主扇功率2×75KW；負壓水柱152mmH2O;礦井實測總風量2843 m3 /min；礦井總風阻R=h/Q2 =152/(2843/60)2 =0.0677(千繆)

等級孔：A=Q/√h=47.38/√152=1.46m 2 礦井通風難易程度為中等。

參考文獻：

（1）徐永圻等，《煤礦開采學》，中國礦業大學出版社，1999；（2）冷金龍等，《礦山井巷工程量計算手冊》，河北科學技術情報研究所出版，1984；

（3）陳炎光等，《中國采煤方法》，中國礦業大學出版社，1991；（4）徐永圻等，《中國采煤方法圖集》，中國礦業大學出版社，1990；（5）劉吉昌等，《傾斜長壁開采》，煤炭工業出版社，1993；（6）張榮立等，《采礦工程設計手冊》，煤炭工業出版社，2003；（7）張國樞等，《通風安全學》，中國礦業大學出版社，2000；（8）王家廉等，《煤礦地下開采方法》，煤炭工業出版社，1985；（9）楊堅等，《礦井提升運輸選型設計》，煤炭工業出版社出版，1981；

第五篇：煤礦開采技術復習題

一、名詞解釋：

1、井田開拓：由地表進入煤層為開采水平服務所進行的井巷布置和開掘工程。

2、采煤工藝：采煤工作面內各道工序按照一定順序完成的方法及其相互配合。

3、采區車場：采區上（下）山與運輸大巷、回風大巷以及區段平巷聯絡處的一組巷道和硐室的總稱，是采區巷道布置系統中的重要組成部分。

4、正規循環作業：按照作業規程中循環作業圖表安排的工序順序和勞動定員，在規定的時間內保質、保量、安全地完成循環作業的全部工作量，并周而復始的進行采煤工作的一種作業方法。

5、采煤工作面作業規程：是現場工程技術管理人員根據工作面的具體地質條件、機械電氣設備配備和勞動力條件編制的技術性文件，是工作面生產技術管理的依據。

6、井底車場：聯接井筒和井下主要運輸大巷的一組巷道和硐室的總稱，是聯結井下運輸和井筒提升的樞紐，擔負著煤炭、矸石、物料和人員的轉運及為全礦井通風、排水、供電服務的任務。

7、采煤系統：采區內的巷道布置系統以及為了正常生產而建立的采區內用于運輸、通風等目的的生產系統。通常是由一系列的準備巷道和回采巷道組成的。

8、礦山壓力：存在于采掘空間周圍巖體內和作用在支護物上的力。

二、選擇題：

1、水力采煤法為（）體系采煤法。B A、壁式

B、柱式

2、主、副井均為平硐，風井為立井的礦井開拓方式為（）。D A、立井開拓

B、斜井開拓

C、綜合開拓

D、平硐開拓

3、“三人連鎖爆破制”的瓦檢員攜帶的（）牌交給爆破工。C A、警戒牌

B、爆破命令牌

C、爆破牌

4、在普采工作面的支護中，為保護最后一排立柱，懸臂頂梁和支柱的關系應是（）。B A、正懸臂

B、倒懸臂

5、“一炮三檢”時，附近（）m范圍內瓦斯濃度達到1%時，嚴禁裝藥和爆破。D A、20

B、30

C、40

D、10

6、底卸式礦車運煤時的井底車場形式為（）B A、環形式井底車場

B、折返式井底車場

7、綜采工作面風速不允許超過（）m/s。A A、4

B、5

C、6

8、主井為斜井、副井為斜井、回風井為立井的礦井開拓方式為（）B A、立井開拓

B、斜井開拓

C、綜合開拓

D、平硐開拓

9、井底車場屬于（）巷道。B

A、準備

B、開拓

C、回采

10、綜合機械化采煤法中“三直一平”的“一平”指的是（）。A A、輸送機

B、頂梁

C、液壓支架

11、初次來壓前采煤工作面前方煤壁內的支撐壓力較平時（）。A A、大

B、相等

C、小

12、煤層群的開采順序通常采用（）。B A、上行式

B、下行式

C、平行式

13、采煤工作面與巷道連接處的（）m范圍內必須加強支護。A A、20

B、30

C、409、14、采區上山與階段運輸大巷相聯結的車場為（）C A、采區上部車場

B、采區中部車場

C、采區下部車場

15、采空區處理最常用的方法是（）。C A、緩慢下沉法

B、充填法

C、全部垮落法

16、“追機作業” 屬于（）的范疇。C A、作業形式

B、循環方式

C、勞動組織

17、爆破落煤時，三花眼指的是（）排眼。B A、單

B、雙

C、三

18、采煤工作面傾角大于（）時，必須有防止煤（矸）竄出刮板輸送機傷人的措施。A A、25°

B、15°

C、10°

19、“三采一準”屬于（）的范疇。A A、作業形式

B、循環方式

C、勞動組織

20、綜采放頂煤采煤工藝的循環標志是（）C A、移架

B、回柱放頂

C、放頂煤

三、判斷題：

1、在采空區兩側形成的支撐壓力為固定支撐壓力。（√）

2、分區式布置多用走向長壁采煤法采煤。

（√）

3、液壓支架一般為掩護式和支撐式兩種。（×）

4、巷道開掘順序是開拓巷道、回采巷道、準備巷道。

（×）

5、支架應具備一定的支撐能力和可縮性。（√）

6、倒懸臂支架主要是為了支護機道上方頂板。

（×）

7、壁式采煤工作面推進一般采用后退式。（√）

8、采煤工作面所有安全出口與巷道連接處僅在10米范圍內要加強支護。

（×）

9、我國綜采放頂煤開采以低位放頂煤為主。（√）

10、支柱入井前應逐根進行壓力試驗。

（√）

11、綜采放頂煤回采以移架作為一個循環的標志。（×）

12、采區是一個相對獨立的生產系統。

（√）

13、基本頂的垮落步距比直接頂的垮落步距要大。（√）

14、走向長壁采煤工作面是沿走向布置。

（×）

15、偽傾斜柔性掩護支架采煤法是急傾斜煤層采煤法中較為先進的一種采煤法。（√）

16、可采儲量一定，井型越大，服務年限越短。

（√）

17、傾斜長壁采煤工作面是沿煤層傾斜方向推進。（√）

18、穿巖層的水平巷道就是運輸大巷。

（×）

19、正懸臂支架主要是為了支護采空區側頂板。（×）20、斜井開拓時，主井采用帶式輸送機運煤不可兼作回風井。

（×）

四、問答題：

1、采煤工作面作業規程的主要內容有哪些？

答：

1、工作面基本概況

2、工作面的地質狀況

3、采煤方法

4、工作面主要生產系統

5、工作面的循環圖表

6、安全管理制度

7、安全技術措施

8、災害事故防治措施

9、煤質管理措施

2、電牽引采煤機特點有哪些？

答：

1、具有良好的牽引特性；

2、可用于大傾角煤層；

3、運行可靠，使用壽命長；

4、反應靈敏，動態特性好；

5、效率高；

6、結構簡單；

7、有完整的監測和顯示系統。

3、選擇采煤方法的原則是什么？

答：選擇采煤方法，應當結合區域經濟特點，根據煤層賦存條件、礦井開采技術水平等因素，選用技術先進、經濟合理、安全生產條件好、資源回收率高的采煤方法。必須滿足安全、經濟、煤炭采出率高的原則。

4、試問斜井與立井相比較的優缺點？

答：斜井井筒掘進技術和施工設備比較簡單，掘進速度快；地面工業建筑、井筒裝備、井底車場及硐室較立井簡單；投產快，建井期短；多水平開采時斜井的石門長度較立井短；斜井延深較立井方便。

缺點是當條件相同時，斜井較立井長，保護煤柱多；圍巖不穩定時，維護費用高；提升速度慢、能力小、鋼絲繩磨損大、動力消耗大；當斜井較長時，多段提升，轉載環節多、占用設備和人員多；沿井筒敷設的管線長、通風線路長；穿過含水層和流砂層困難等。

五、簡述題：

1、試完成下面綜采工作面循環作業圖表，該工作面長度150m，雙向割煤，端部斜切進刀（割三角煤），采用“三采一準”作業方式，及時支護，每班四個循環。

割煤移架推移輸送機檢修試運轉

2、某礦普采工作面長度140m，煤層厚度2.1m，煤層傾角6°～8°，煤層普氏系數f=1.5。頂板中等穩定，采用全部垮落法處理采空區，采煤機選用單滾筒采煤機，割煤方式為雙向割煤、往返一刀，進刀方式為推入法進刀。試述該工作面割一刀煤的采煤工藝過程。

答：每班開始生產時，采煤機自工作面下切口開始割煤，采煤機向上運行時升起搖臂，滾筒沿頂板割煤，并利用滾筒螺旋及弧形擋煤板裝煤，工人隨機掛梁，托住頂板，采煤機運行至工作面上切口后，翻轉弧形擋煤板，將搖臂降下，開始自上而下運行，滾筒割底煤并裝余煤。滯后采煤機10-15m，依次開動千斤頂推移刮板輸送機，與此同時，輸送機槽上的鏟煤板清理機道上的浮煤。推移完輸送機后，開始支設單體液壓支柱。

當采煤機割底煤至工作面下切口時，支設好下端頭的支架，移直輸送機，采用直接推入法進刀，使采煤機滾筒進入新的位置，以便重新割煤。然后回掉最后一排柱，讓采空區頂板自行垮落，同時檢修有關設備。

割煤和回柱期間，乳化液泵站始終向工作面供液，以保證推移輸送機和支設、回撤液壓工作正常進行。