+401m北一采区方案设计说明书.docx
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+401m北一采区方案设计说明书
广安鑫福煤业有限公司邻水煤矿
+401m水平北一采区方案设计
说
明
书
邻水煤矿
2012年3月
方案设计及审查人员
方案名称：
邻水煤矿+401m水平北一采区方案设计说明书
部门负责人
签字
时间
编制
审核
技术副总
安全副矿长
生产副矿长
机电副矿长
技术负责人
矿长
会审意见：
前言…………………………………………………………4
第一章采区概况……………………………………………6
第一节采区概况……………………………………………6
第二节采区地质概况………………………………………7
第三节采区煤层情况……………………………………10
第二章采区生产能力及服务年限………………………12
第三章采区方案设计……………………………………13
第一节方案建立的依据及理由…………………………13
第二节采区巷道布置……………………………………14
第三节巷道支护…………………………………………17
第四章采掘关系…………………………………………17
第一节采区尺寸…………………………………………17
第二节采掘关系…………………………………………17
第五章采煤方法及回采工艺……………………………18
第一节采煤方法…………………………………………18
第二节回采工艺…………………………………………18
第六章采区生产系统……………………………………19
第一节运输系统…………………………………………19
第二节通风系统…………………………………………20
第三节供电系统…………………………………………22
第四节排水系统…………………………………………22
第五节供水、压风系统…………………………………22
第六节防尘、监控系统…………………………………23
第七章采区瓦斯抽放系统………………………………24
第八章采区巷道断面设计说明…………………………27
第九章采区主要安全技术措施…………………………28
第一节防治水……………………………………………28
第二节防灭火……………………………………………29
第三节防止瓦斯、煤尘事故……………………………29
第四节过老巷、破碎带…………………………………30
第五节其它安全技术措施………………………………30
第六节避灾路线…………………………………………30
第十章主要技术经济指标………………………………32
第十一章主要设备投入计划表…………………………33
前言
一、概述
广安鑫福煤业有限公司邻水煤矿，位于邻水县城西约6公里。
该矿始建于1958年，1960年正式投产，为镇办企业。
煤矿于2001年12月，改制为有限责任公司,核定生产能力150kt/a。
矿区地理坐标为：
东经106°49′～106°53′,北纬30°18′～30°22＇；矿区主井口坐标为：
X=3340170，Y=36382730，H=+401m。
在井田范围内现划分两个生产水平，分别为+401m至+550m水平和+550m至+705m水平。
全井田共发现断层20条，逆断层13条，正断层7条；破坏煤层6条，未破坏煤层14条。
地面发现的10断层条断层主要分布在8—9号勘探线之间。
F20大断层在煤层底板内，对煤层开采影响情况还需在今后的生产过程中进一步探明。
为确保矿井采区及回采工作面的正常接替，现对矿井+401m水平北翼（编号为北一采区）采区进行方案设计。
二、设计指导思想
认真贯彻执行《煤炭工业小型矿井设计规范》、《煤矿安全规程》及国家相关煤炭产业技术政策，结合《广安鑫福煤业有限公司采区设计及各种施工设计管理办法》及矿井的实际情况，遵循“技术可行、安全可靠、经济合理”的原则，采用与矿井相适应的技术、工艺和设备，力求做到采区布局合理、系统完善、环节畅通，充分利用已有巷道系统，使本采区达到安全、高效、正规生产。
三、采区设计要点
1、设计充分利用矿井已有的巷道系统，在+401m水平北翼布置北一采区上山系统，按双翼采区，从采区边界向上山主干系统后退式回采。
2、采区内划分二个区段、四个工作面开采。
3、采区主干系统主要利用原有的轨道上山、回风上山和溜煤上山，同时在+480m水平新布置一条专用瓦斯抽放巷，以满足安全生产需要。
4、采煤方法，选用走向长壁掩护支架采煤法，工作面采用爆破落煤，人工装煤，搪瓷溜槽自溜至机巷，再由机巷皮带运输机运至采区煤仓，工作面支护采用掩护支架配单体液压支柱支护，全部垮落法管理顶板。
5、回采工作面采用“U”型通风方式，掘进工作面采用局部通风机压入式通风，通风系统简单、独立、稳定、可靠。
6、主要安全生产系统布置齐全、合理。
四、存在问题及建议
1、本采区靠近矿井F20大断层附近，伴生的次一级构造较发育，在生产过程中，应加强地质工作，摸清地质构造规律，以指导安全生产。
2、矿井地质水文复杂，在采掘过程中，应加强防治水工作。
3、加强矿井瓦斯治理和防突工作，随着矿井开采深度增加，瓦斯灾害加重，必需加强矿井“一通三防”管理，防止“一通三防”事故。
同时，对+401m水平还应加强防突管理，严格执行有关防突规定。
第一章采区概况
第一节采区概况
一、采区位置
+401m水平北一采区位于+401m水平主平硐八字口附近，采区标高从+401m水平至+550m水平，南翼以南二采区为界，北翼以北三采区为界，根据136地质队提供资料，以6号勘探线揭露煤层情况作为采区设计依据（详见《邻水煤矿6号勘探线剖面图》）
二、采区范围
该采区下至+401m水平，上至+550m水平，北以+401m水平北三采区煤柱为界，南以+401m水平南二采区煤柱为界，采区走向长800m，平均倾角57°，平均煤厚1.9m，该采区设计为双翼采区布置。
三、采区上部开采情况
+401m水平北一采区上部为+550m水平北一、北三采区采空区，水平煤柱已回收，开采+401m水平北一采区时，应加强上部采空区水患治理，设计中+550m水平煤巷垂高下落10米，作为水平安全煤柱，以确保安全生产。
四、采区与地面对应位置
该采区处于地表罗家梁子及龙凤寨一带，地面无民房建筑，对开采无影响。
第二节采区地质概况
一、地质
矿区范围内出露最老地层为古生界志留系统龙溪组和小河坝组，最新地层中生界三叠系上统须家河组，各地层分布呈NNE—SSW走向。
二叠系上、下统之间，在井田西南角出现峨眉山玄武岩，第四系零星分布于低凹地带和山间沟谷中。
二叠系上统龙潭组为主要含煤岩系，分五段：
一段（P2l1），厚28～45米，上部灰色泥岩、粉砂岩、细砂岩，夹2～3层深灰色灰岩。
中部深灰、黑灰色泥岩夹煤2层，上层煤K12厚0.3～2.5米，下层煤K11厚0.2～1.6米，上、下煤层间距0.33～3.00米，下部为褐灰色细至中粒砂岩与灰、浅灰色泥岩。
底部为灰色含黄铁矿高岭石粘土岩。
与下伏地层呈整合接触。
二段（P2l2），厚13～23米，浅灰、灰色中厚层状灰岩，含较多燧石结核，产丰富的腕足类化石。
三段（P2l3），厚6～11米，深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩。
中部夹1～3层厚0.20～3.00米灰色中厚层状灰岩、泥质灰岩。
含黄铁矿、菱铁矿结核，含腕足类化石，中部泥岩偶夹煤线。
四段（P2l4），厚30～41米，深灰、黑灰、灰色中厚层状灰岩，含大量燧石结核，结核呈串珠状或似层状，偶夹灰色薄层状泥岩。
含腕足类化石。
五段（P2l5），厚22～45米，深灰、灰、浅灰色中厚层状灰岩、泥质灰岩夹深灰、灰色砂质泥岩、粉砂岩，偶夹细砂岩；中部常夹1层极薄煤层，厚0.07～0.4米。
产较丰富的腕足类化石。
二、构造
矿区位于华蓥山复式背斜龙王洞段东翼，总的构造形态为一单斜，但局部产生次级褶曲，形成反“S”型。
（一）褶曲
龙王洞背斜轴部出露最老底层为龙马溪和小河坝组，两翼依次有韩家店组、威宁组、梁山组和栖霞组、茅口组、龙潭组、长兴组、飞仙关组、雷口坡组及须家河组等地层，轴向N300—350E，地层走向与轴向走向一致N300E左右，两翼倾角基本相同，在400—500间，南端局部倾角为600—650，轴面近于直立，基本为一对称背斜。
（二）F20逆断层
1、F20断层下盘构造部位：
地层分布主要为茅口组上部，局部为长兴组地层，为一单斜构造，地层走向N300E，倾向SE，倾角由南向北变缓，7号勘探线以南地层倾角400—650间，以北则400—500间。
2、F20断层上盘构造部位：
8号勘探线以北，岩层走向N300E，倾向SE，倾角沿走向，南部600—650，北部450—500间，沿倾向南部400—750间，北部450—600；8号线以南至西天寺井田北端，浅部地面产状倒转，倾向NW，倾角400—750，深部倾向SE，倾角650—750，深部倾向SE，倾角650—700间。
根据钻探和坑道揭露，单斜构造在局部产生次级反“S”形褶皱，其形成机理，主要是F20断层两次切割煤系地层和长兴组地层，形成牵引背、向斜。
主要出现在8号勘探线以北，其中7、6、5、2号四条勘探线表现十分明显。
牵引褶皱的背斜轴顶和向斜槽底出现标高由南向北逐渐降低。
由于局部出现此生褶皱，并沿倾向发育岩层产状多变，褶皱剧烈部位往往产生断裂，加之长兴组和龙潭组燧石灰岩，岩石可钻性极差。
三、水文
K1煤层底板为茅口灰岩、顶板为长兴灰岩都属含水层，加之受F20走向逆断层影响，岩石局部破碎，有裂隙水、岩溶水发育、上部采空区积水等影响使该采区水文地质复杂,在施工过程中，必须坚持先探后掘的原则，确保施工安全，预计涌水量20m3/h。
四、采区瓦斯、煤尘、发火期
1、根据2011年广安市瓦斯等级鉴定结果：
邻水煤矿相对瓦斯涌出量23.4m3/t，绝对瓦斯涌出量为2.54m3/min，属高瓦斯矿。
开采过程中应加强通风管理，同时做到先抽后采。
同时我矿于2008年6月，委托中国矿业大学对矿井现有开采水平K1煤层进行煤与瓦斯突出危险性鉴定，根据瓦斯突出危险性鉴定报告，我矿+550m及以上水平K1煤层无煤与瓦斯突出危险。
2、136地质队（详终）报告资料提供，K1煤层共采煤尘爆炸样品5件，经测定火焰长度10～25mm，抑制煤尘爆炸岩粉用量20%-45%，结论具有爆炸危险。
3、136地质队（详终）报告资料提供，采集煤层自燃发火样品12件，经测定，其中有11件样品属二类，自燃发火期一般为3-6个月，开采时合理布置采区，应加快推进度，采面结束时必须按规定及时密闭。
第三节煤层情况
二迭系上统龙潭组一段为井田主要含煤地层，K1煤层是我矿的开采煤层，全区较稳定可采，本采区开采的煤层K1煤层分岔为K11（下分层）、K12（上分层）。
1）、K11煤层（下分层）
K11煤层位于龙潭组第一段（P2l1）中部，距龙潭组底界14.10～15.25米，平均14.55米。
煤层厚度最大1.30米，最小0.20米，北部稍厚，南部较薄，平均厚0.75米。
K11煤层为简单结构煤层，局部地段夹厚0.05米炭质泥岩，煤层顶板为灰黑色泥岩、粉砂岩，含少量菱铁矿结核，且含植物化石。
底板为深灰、黑灰色泥岩、炭质泥岩，含植物化石碎片。
2）、K12煤层（上分层）
K12煤层位于K11煤层之上，距K11煤层0.35～3.00米，平均1.85米。
煤层厚度最大1.85米，最小0.56米。
北部稍厚，南部较薄，平均厚1.23米。
为简单结构煤层，只局部地段夹0.28米粉砂质泥岩，煤层顶板为灰黑色泥岩，含星点状黄铁矿晶粒。
底板为灰黑色泥岩、砂质泥岩及炭质泥岩，含植物化石及其碎片。
3）、K11煤层煤质
原煤为半亮型煤，黑色，条痕为黑色，沥青～玻璃光泽，条带状结构，层状构造，具棱角状、鳞片状断口，含黄铁矿结核及星点，性脆，硬度较小，容重约1.5吨/立方米。
煤样分析结果，K11煤层原煤：
灰分（Ad）17.13～37.62％
挥发分（Vdaf）15.82～18.76％
全硫（St1d）1.25～4.69％
磷（Pd）0.002～0.03％
发热量（Qnet，d）21.32～25.93Mj/Kg
可选性等级：
中等
精煤挥发份（Vdaf）10.32～17.85％
胶质层厚度平均5毫米，煤层粘结性、结焦性较差。
根据中国煤炭分类国家标准（GB5751－86）划分，矿区K11煤层属瘦煤（SM），煤质属中～中高灰，低中～高硫，低磷煤，可作动力用煤、民用煤。
经过脱硫去灰后，可作炼焦配煤。
4）、K12煤层煤质
原煤为半亮型煤，以亮煤为主，暗煤次之，并有少许条带状镜煤分布。
黑色，条痕为灰黑色，沥青光泽，具条带状结构，层状构造，参差状断口，性松软，含黄铁矿结核及微粒。
硬度较小，容重约1.5吨/立方米。
原煤煤样分析结果，K12煤层原煤：
灰分（Ad）21.28～32.09％
挥发分（Vdaf）14.70～19.13％
全硫（St，d）1.12～5.03％
磷（Pd）0.005％
发热量（Qnet，d）23.51～28.43Mj/Kg
可选性等级：
中等
精煤挥发份（Vdaf）12.94～15.82％
胶质层厚度平均4毫米，煤层粘结性、结焦性较差。
根据中国煤炭分类国家标准（GB5751－86）划分，矿区K12煤层属瘦煤（SM），煤质属中～中高灰，低中～高硫，低磷煤。
可作动力用煤、民用煤。
经脱硫去灰后，可作炼焦配煤。
第二章采区生产能力及服务年限
一、采区生产能力
A=n1×k1×K2×a×L1×m×r×n
=1×0.80×0.95×1.5×120×1.9×1.50×330
≈12.9万吨
式中；n1：
采区同时生产面数（个）；L1：
工作面长度（m）；
k1：
月正规循环率；m：
煤厚（m）；
K2：
回采率；r：
煤的容重（t／m3）；
a：
日循环进度（m）；n：
年生产天数（天）。
二、采区服务年限
T=Z/A
=31.6/12.9
≈2.4年
式中；T：
采区服务年限（年）
A：
采区生产能力（万t／年）
Z：
采区可采储量（万t）
第三章采区方案设计
第一节方案建立的依据及理由
一、矿井采区布置现状
矿井现有生产水平为+550m至+705m水平，该水平已布置了北一、北三、北五及南翼南二、南四、南六及南八共七个采区，其中+550m至+705m水平的北一、北三、北五及南翼南二采区已回采完毕，南四、南六采区正在回采，南八采区正在准备。
本设计为+401m至+550m水平北一采区，即+401m至+550m水平的首采区，该采区的开拓及准备工程主要利用+401m水平已有的供风、供水、供电、通讯、监控延伸至本采区工作地点使用，采区准备期间通风采用局扇通风，回风通过北一采区回风上山进入+550m水平北大巷，然后通过+550m水平北五采区回风上山进入+705m水平总回风巷。
二、采区布置
本采区按双翼采区布置，分两个区段共4个工作面，采区以北以北三采区煤柱为界，采区以南以南二采区煤柱为界，上以+550m水平为界，下以+401m水平为界。
第二节采区巷道布置
+401m水平北一采区设计共拟定了两个方案，其中方案一：
一机巷轨道甩车提升布置，方案二：
一机巷大巷单独提升布置，具体如下：
1、方案一（一机巷轨道甩车提升布置）：
+401m水平北一采区的轨道上山、回风上山及溜煤上山均利用原有的轨道上山、回风上山及溜煤上山，其中轨道上山、回风上山均贯穿至+550m水平，溜煤上山掘至+480m水平。
因+401m水平北一采区上部的水平煤柱已回采，其+550m水平回风煤巷需下落10米至+540m水平。
考虑+540m水平煤巷材料运输，设计在+550m水平运输大巷的+550m水平至+540m水平之间布置一条提升道至回风石门，以解决+540m水平煤巷的材料运输。
同时，为加强+401m水平北一采区的瓦斯抽采及考虑钻机能力，设计在轨道上山中部甩车至+480m水平，然后在+480m水平布置一条水平大巷作瓦斯抽放用，并通过联络巷道与中巷石门联通。
然后在轨道上山下部布置一甩至一机巷石门，解决一机巷的材料运输。
同时考虑到同一区段工作面一翼采煤，一翼掘进能形成独立通风，设计中分别增设了一条中巷回风石门和一条一机巷回风石门，最后布置回采巷道。
工作面推进方向为由采区边界向中间推进，共布置4个工作面，回采顺序为4102采面、4101采面、4104采面、4103采面，其优缺点为：
（1）优点：
充分利用已有巷道系统，节约巷道掘进工程量，一机巷材料运输通过轨道上山甩车提升，共用一台绞车，占用设备少，技术上可行。
（2）缺点：
一机巷轨道甩车提升巷道掘进工程量略大，完善准备巷道共需1116米（含+480m水平北一瓦斯抽放巷）。
2、方案二（一机巷大巷单独提升布置）：
除一机巷的材料运输通过在+401m水平大巷至一机巷石门布置一条单独的提升道外，其余巷道布置与方案一相同，其优缺点为：
（1）优点：
在充分利用已有巷道系统、节约巷道掘进工程量的基础上，一机巷的材料提升通过大巷单独提升巷道更节约。
同时，一机巷的材料提升绞车司机只需到一机巷石门即可，无需到+550m水平绞车硐室，技术上可行。
（2）缺点：
需多安装一台绞车，完善准备巷道共需1091米（含+480m水平北一瓦斯抽放巷）。
3、方案比较
根据以上两个方案比较，各有优缺点，其经济技术指标比较如下：
经济技术指标对比表（准备巷道）
序号
巷道名称
方案一（一机巷轨道甩车提升布置）
方案二（一机巷大巷单独提升布置）
1
+550m水平提升道及回风石门
62
62
2
中巷甩道及车场
50
50
3
中巷石门及回风石门
26
26
4
回风联络巷
25
25
5
一机巷甩道及车场（一机巷提升道）
80
55
6
一机巷石门及回风石门
63
63
7
+480m水平北一瓦斯抽放巷
800
800
8
避灾硐室
10
10
合计（米）
1116
1091
巷道投资（万元）
111.6
109.1
5、方案选择
通过以上经济技术指标比较，方案二总工程量较小，投资较少，技术上可行。
因此，+401m水平北一采区方案设计建议选用方案二（一机巷大巷单独提升布置）方案。
第三节巷道支护
根据已有揭露巷道，煤层赋存状况及顶底板倾角大，煤层松软，该采区开拓巷道设计采用拱形巷道喷浆支护，准备巷道设计对岩石稳定巷道采用拱形裸巷不支护，局部破碎地段编制专门措施采用特殊支护，回采巷道设计采用梯形巷道金支（巷道断面及支护最终以采区施工设计为准）。
第四章采掘关系
第一节采区尺寸
该采区走向长800m，倾斜长178m。
采区南边以南二采区煤柱为界、采区北边以北三采区煤柱为界。
采区巷道布置详见《+401m水平北一采区方案设计图》。
第二节采掘关系
首先在+401m至+550m水平轨道上山中部布置甩车道至+480m水平，然后在+480m水平南北布置+480m水平大巷和钻场，作为+401m水平北一采区上区段工作面瓦斯抽放巷用，并通过联络巷道与中巷石门联通。
然后掘进采区其它巷道，形成通风系统后，掘4102机巷和回风巷，再掘4102开切眼，形成首采工作面，再依次掘进接替面的回采巷道。
第五章采煤方法及回采工艺
第一节采煤方法
该采区K1煤层根据6号勘探线揭露情况：
平均煤厚1.9米，平均倾角57°，伪顶为灰白色泥岩和砂质泥岩，厚度0.1-0.5m，随采随垮落，直接顶以黑色泥岩为主，少数砂质泥岩，含黄铁矿晶粒及结核，厚度2.47-12.9m，平均厚度8.28m，老顶为硅质石灰岩，俗称小铁板，厚度0.99-3.8m，平均厚度2.2m。
底板为黑色泥岩，粉砂岩，厚度为8-15m，平均厚度12m，遇水彭涨；老底为茅口灰岩，厚层状。
结合该区煤层地质条件和本矿实际生产技术水平，设计该采区采煤方法为柔性掩护支架采煤法，工作面后退式开采。
第二节回采工艺
一、落煤
放炮落煤。
二、装煤
工作面采用搪瓷溜槽自溜，大巷采用矿车装车。
三、运煤
工作面采用搪瓷溜槽自溜至机巷刮板运输机上，然后通过皮带运输机运至采区煤仓，大巷采用机车运输。
四、顶板管理及工作面支护
1、顶板管理
由于工作面直接顶以黑色泥岩为主，少数砂质泥岩，含黄铁矿晶粒及结核，厚度2.47-12.9m，平均厚度8.28m，老顶为硅质石灰岩，俗称小铁板，厚度0.99-3.8m，平均厚度2.2m。
结合本矿开采经验，确定采煤工作面顶板管理方法为全部垮落法。
2、工作面支护
工作面支护采用柔性掩架支护，掩架内采用1.5m的单体液压支柱进行支撑。
3、上下安全出口与超前支护
机、风巷安全出口处前10m使用双排单体液压支柱进行支护，后10m为单排支护。
4、劳动组织及循环作业方式
采用“三八”正规循环作业，“两采一准”组织生产。
第六章采区生产系统
第一节运输系统
一、运煤系统
工作面——机巷（刮板运输机、皮带）——煤仓——+401m水平运输大巷——主平硐——地面。
二、运料系统
地面料场—主平硐—+401m轨道上山—+480m（+550m）水平运输大巷—机、风巷—工作面用料点。
三、排矸系统
掘进半煤巷时采用分次放炮分装分运，采面生产时的矸石在皮带机头捡矸，矸石：
轨道上山—+401m水平运输大巷—主平硐—地面。
四、提升、运输设备选择
根据运距、运量及现有使用设备状况，按照有关技术要求进行设备选择，具体见采区施工设计。
第二节通风系统
一、回采时4102首采面通风
地面新鲜风流→主平硐→+401m轨道上山中巷甩道→+480m水平瓦斯抽放巷→中巷石门→4102机巷→工作面。
污风风流（工作面）→4102风巷→+401m北一采区回风石门→+550m北运输大巷→+550m北五采区岩石上山→+705m总回风巷→老龙硐风井。
二、风量计算
（1）采煤工作面所需风量
①按工作人数计算
Q=4N=4×15=60m3/min
②按工作面绝对瓦斯涌出量计算
Q=100×QCH4×K备=100×1.2×1.2≈144m3/min
式中：
QCH4—预计工作面绝对瓦斯涌出量
K备—CH4涌出不均衡系数
③按工作面气温计算：
Q采=60·V采·S=60×1.0×1.0×2.5=150（m3/min）
式中：
S——工作面平均断面。
m2
V采----工作面适宜风速。
m/s
④风速验算
回采工作面最大风速为4.0m/s，最小风速为0.25m/s，
按最大允许风速计算工作面允许通过风量：
Q大=4×60×2.5=600m3/min。
按最小允许风速计算工作面允许通过风量：
Q小=0.25×60×2.5=38m3/min。
根据以上计算结果，确定采煤工作面配风为150m3/min。
（2）掘进工作面所需风量
①按工作人数计算
Q=4N=4×8=32m3/min
②按工作面绝对瓦斯涌出量计算
Q=100×QCH4×K备=100×0.4×1.8=72m3/min
式中：
QCH4—工作面绝对瓦斯涌出量
K备—CH4涌出不均衡系数
③按炸药消耗量计算
Q=25A=25×6=150m3/min，A为掘进工作面一次爆破炸药消耗量
④11KW局扇吸入口风量确定为230m3/min
⑤风速验算
按最高风速计算：
Q=4×60×7.2=1728m3/min，
按最小风速计算：
Q=0.25×60×7.2=108m3/min
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