开拓方案优化.docx
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开拓方案优化
前 言
一、概述
山西高平天宇煤业有限公司煤矿位于高平市三甲镇东、陈区镇西，西南距高平市区5km，行政区划隶属高平市三甲镇及陈区镇，该有限公司隶属太原青龙实业集团有限公司。
井田面积4.9133km2，批准开采3~15号煤层，矿井生产能力900kt/a。
井田内原有矿井开采3号煤层，目前，井田内3号煤层已基本开采结束。
天宇煤业有限公司井田位于沁水煤田中南部，井田内主要构造为位于井田中部的F1正断层，和分布于王家山～上池村东的一规模为400×420m的陷落柱，地质构造总体上属简单类型。
井田内主要可采煤层为3、9、15号煤，9号煤层位于太原组中上部，含0~1层夹矸，平均厚度1.31m，为赋煤区大部可采的稳定煤层，15号煤层位于太原组下部，含0~2层夹矸，平均厚度3.47m，为全井田可采稳定煤层，本矿属低瓦斯矿井。
根据2008年对3号煤层取样以及2010年对9、15号煤层取样测试结果，3、9、15号煤层煤尘均无爆炸危险性，3、9号煤层自燃倾向性均为不易自燃，15号煤层自燃倾向性属自燃煤层，矿井开采技术条件较优越。
本次设计开采的9号煤层属中灰、中硫、中热值～特高热值的无烟煤；15号煤层属低灰～中灰、中高硫、高热值～特高热值无烟煤，均可作为动力及民用煤。
井田内奥灰水水位标高+624～629m，低于15号煤层的最低底板标高（约660m），井田内各煤层开采不受奥灰水的影响。
由于井田内及周边原有小窑3号煤层基本已采空，均存在不同程度的积水，因此，开采9、15号煤层时，主要是受3号煤层采空区积水的影响，井田水文地质条件属中等。
根据地质报告及晋煤重组办批文，山西高平天宇煤业有限公司兼并重组整合后，保有储量为41150kt。
二、编制依据
1、2010年6月山西省地质勘察局二一二地质队编制的《山西高平天宇煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》。
2、2010年8月河南理工大学编制的《山西高平青龙天宇煤业有限公司矿井瓦斯涌出量预测报告》。
3、山西高平天宇煤业有限公司提供的有关采掘工程、地面设施和设备等现状的技术资料。
4、编制该项目所遵循的煤炭工业的法律、法规有：
《中华人民共和国煤炭法》、《中华人民共和国安全生产法》、《中华人民共国矿山安全法》、《煤矿安全规程》、《煤矿建设项目安全设施规定》等。
5、编制该项目所执行的煤炭工业规范、规定有：
《煤炭工业矿井设计规范》、《矿井电力设计规范》、《煤矿井下粉尘防治规范》、《矿井防灭火规范》、《煤矿救护规定》、《煤矿通风安全监测装置使用规定》、《煤矿反风规定》、《煤矿安全通风装备标准》、《建筑物、水体、铁路及主要巷道煤柱留设与带压开采规程》等。
三、设计的指导思想
在贯彻执行国家和山西省政府有关能源开发的方针、政策及煤炭工业“规程”、“规范”的前提下，以矿井资源和开采条件为基础，以科技进步为手段，以安全生产为原则，以经济效益为中心。
确定合理的开拓方案、开采工艺，合理开发煤炭资源，提高资源回收率。
充分利用矿井现有井巷工程、设备和地面设施等，提高矿井的综合机械化水平，保证矿井的安全装备水平、安全培训水平和安全管理水平。
四、设计的主要特点
矿井完成兼并重组整合后，设计生产能力900kt/a。
设计主要技术特征如下：
1、矿井采用联合布置分层开采的开采方式，主要生产系统延伸至15号煤层，在15号煤层布置井底车场及相关主要硐室，延伸原有混合提升斜井至15号煤层底板下并布置下卧式煤仓，作为整合后的主斜井，装备大倾角胶带输送机、检修轨、活动猴杆架空乘人器，担负矿井原煤提升及人员升降任务任务；新掘副斜井，井筒内铺设有30kg/m单轨和，担负矿井全部辅助提升；新掘回风立井担负矿井回风任务。
充分考虑远近期采区开采条件，合理进行全井田各采区巷道布置。
2、生产集中化，根据煤层赋存条件，矿井移交生产时，在9号煤层以两个综采工作面进行机械化开采，以两个综掘两个普掘工作面保证生产接续，为矿井提高产量、提高效率、稳定生产创造条件。
3、开拓系统简洁化，设计有主斜井、副斜井和回风立井。
矿井移交生产时，依据9号煤层的特点布置了胶带大巷、轨道大巷、回风大巷。
运输系统、通风系统均清晰明确，为矿井生产和安全管理创造了条件。
并充分利用好已有井筒工程，尽量减少工程量，缩短建井工期。
4、地面布置简单实用化，只保留煤炭简易加工，储存、装车、外运等必要设施和矿井生产必须的辅助附属、行政福利设施。
5、职卫、环保及节能设计文明化，实现人与自然的和谐发展，使矿井成为资源节约型、环境友好型、人文和谐型的标准化企业。
五、主要技术经济指标
1、生产规模：
900kt/a。
2、矿井开拓方式：
斜井开拓。
3、矿井移交生产时新增井巷总工程量为8974m，其中岩巷1222m、煤及半煤岩巷7752m，总掘进体积为94998m3，按900kt/a计算，万吨掘进率为99.7m。
4、矿井服务年限11.6a。
5、矿井移交生产时以两个综采工作面，四个掘进工作面保证矿井设计生产能力。
6、通风系统：
中央并列式。
7、主斜井提升方式：
安装B=1000mm大倾角强力胶带输送机担负矿井原煤提升任务。
8、回风立井选用两台FBCDZ-8-№25（B）型防爆对旋式通风机。
9、新建地面35/10kV变电所，采用10kV下井，地面用电电压10kV、380/220V、井下用电电压1140/660V。
10、吨煤电耗：
20.88kW·h。
11、矿井全员效率：
7.0t/工。
12、矿井兼并重组工期为17.1个月，其中施工准备期1个月，安装调试3个月，建井工期13.1个月。
13、项目建设总投资：
39822.55万元。
14、估算吨煤建设投资：
442.58元/t。
第一章 井田自然概况及矿现状
第一节 井田概况
一、交通位置
山西高平天宇煤业有限公司位于高平市三甲镇东、陈区镇西，西南距高平市区5km，行政区划隶属高平市三甲镇及陈区镇。
其地理坐标为东112°58′42″～113°00′59″，北纬35°49′41″～35°50′43″。
井田西南距高平市区直线距离约8km。
井田及其周边交通发达，西距长（治）晋（城）二级公路及长（治）晋（城）高速公路直线距离2km左右，东距曲（沃）辉（县）省级公路约5km。
矿区的交通运输条件极为方便。
二、地形地貌及河流
井田地处太行山中南段的高平山间盆地中北部，属中低山区。
地势中间高东西低，最高点为井田中部山脊，海拔1185.83m，最低点位于西部中池村南冲沟内，海拔约897m，最大相对高差约288.83m。
井田地表水属黄河流域丹河水系，区内沟谷发育，地形起伏变化较大。
总体地势为中部高东西低，最高海拔1185.83m，最低海拔897m左右，相对高差约288.83m。
地貌类型属构造剥蚀中低山区，区内地表水系均为洪流沟谷，区内及周边无大的地表水体和地表迳流，大气降水沿沟谷自然排泄。
三、气象及地震情况
本区属温带大陆性半干旱气候，气候干燥，四季分明，冬季干旱、多风、少雪，风力最大6级。
夏秋雨水较多，雨季多集中在七、八、九三个月，年平均降水量为599.7mm，年平均气温10℃，一月份最冷，最低气温零下22.5℃，七月份最热，最高气温37.3℃左右。
霜冻期仅180天左右，冻结天数年均78.2天，最大冻土深度45cm。
高平以东为山西中隆起区与华北新拗陷分界地带，以西为汾河地堑。
该两地带均为中国东部地震活动带，而境内处于两个地震活动带之间，有感地震较为频繁，但强震次数较少，属相对稳定区。
本区有记载的最早一次地震为公元167年6月18日的高平地震。
至1965年的1700多年间共发生地震42次，其中强度大于等于5级的破坏性地震8次。
依据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），本区的地震设防烈度为Ⅵ度，地震动峰值加速度为0.05g。
四、矿区工农业生产及经济概况
高平市整个区域经济比较发达，工业以煤炭、冶金、化工等为主，农业以玉米、谷子、小麦、大豆、薯类为主，经济作物有油料、药材等，近年来又发展了蔬菜、果类和养殖业。
区域矿产资源有煤、铁、硫铁矿等。
工业生产有煤炭、机械、电力、化肥、建筑材料、炼铁、印刷、皮革等。
第二节矿井概况
一、兼并重组前各矿生产及建设概况
山西高平天宇煤业有限公司是由单保矿井山西三甲煤业有限公司及空白资源整合而成。
在空白资源区域，原井田内曾有市陈区镇浩庄煤矿，矿井兼并重组前主要生产建设情况如下：
1、山西三甲煤业有限公司
原名市王家山煤矿，行政区划隶属三甲镇。
煤矿始建于1983年，1985年投产，批准开采3号煤层。
2002年进行改扩建，总投资2000多万元，2006年，依据晋煤整合办[2006]28号文件“关于《晋城市高平市煤炭资源整合和有偿使用工作方案》的核准意见”，对相邻矿界边角残留资源进行了资源整合，整合后井田面积2.3611km2。
井田范围由以下8个拐点连线圈定。
详见表1-2-1。
表1-2-1 井田境界坐标表
拐点
编号
6°带
3°带
X
Y
X
Y
1
3970300
19680400
3968923
38409364
2
3968600
19680400
3967225
38409312
3
3968600
19680146
3967233
38409058
4
3968356
19680146
3966989
38409051
5
3968356
19679000
3967024
38407906
6
3969706
19679000
3968373
38407947
7
3969700
19679500
3968352
38408447
8
3970300
19679500
3968951
38408465
矿井现核定生产能力300kt/a，矿井采用斜井－立井综合开拓，工业场地布置有三个井筒，即主斜井、进风立井和回风立井，主斜井落底于3号煤层，采用三心拱断面，料石碹支护，倾角22°，斜长370m，净宽4.2m，净高3.2m，净断面12.2m2，井筒内装备1000mm宽胶带输送机，井筒内铺设单轨，装备活杆猴车，担负矿井原煤提升、人员升降和全部辅助提升任务，兼作进风井和安全出口；进风立井井筒净直径3.0m，净断面7.1m2，料石碹支护，垂深57m，落底于3号煤层，井筒内装备梯子间，担负矿井进风任务，兼作安全出口；回风立井直径2.5m，净断面4.9m2，料石碹支护，垂深65m，落底于3号煤层，担负矿井回风任务。
各井筒主要特征见表1-2-2。
表1-2-2井筒特征表
井筒名称
主斜井
进风立井
回风立井
井口座标（m）
纬距（X）
3969695.333
3969781.905
3969785.143
经距（Y）
19679730.095
19679744.097
19679813.525
标高
（m）
井口
+933.724
+931.762
+929.938
井底标高
+821
＋875
+865
井筒倾角（°）
22°
90°
90°
方位角（°）
270°
井筒垂深或斜长（m）
370
57
65
井筒
支护
形式
料石碹
料石碹
料石碹
支护厚度
300
300
300
井筒
断面
净宽（直径）（m）
4.2
3.0
2.5
净断面（m2）
12.2
7.1
4.9
掘进（m2）
14.6
10.2
7.1
井下现有3号煤层巷道均采用梯形断面，木支柱支护，井下煤炭运输采用胶带输送机运输，辅助运输采用调度绞车牵引矿井运输，3号煤层工作面采用短壁式炮采工艺。
井田现有掘进面2个，位于井田东北角和西北角；回采面1个，位于井田中北部。
该矿井近年来（2007~2009）的正常涌水量390m3/d左右，最大涌水量约480m3/d；根据2006、2007、2008年度瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果（晋市煤局安字〔2007〕33号文、晋市煤局安字〔2008〕113号文晋煤安发〔2009〕35号文），开采3号煤层的矿井瓦斯绝对涌出量为3.22～4.47m3/min，相对涌出量为5.44～7.17m3/t；二氧化碳绝对涌出量为0.68～2.12m3/min，相对涌出量为1.06～3.58m3/t，属低瓦斯矿井。
二、能利用的井筒
根据选定的工业场地及开拓方式，确定兼并重组后利用的井筒为原高平三甲煤业有限公司矿井场地内的开采3号煤层的主斜井。
利用的井巷断面特征表
煤矿
名称
井筒
断面
形状
断面
尺寸（m）
掘进断面（m2）
斜长、深度（m）
坡度°
支护
方式
备注
天宇煤业有限公司
主斜井
三心拱
净宽4.2净高3.2
14.6
370m\22°
料石碹
原落底3号煤层
设计延伸至15号煤层
三、四邻关系
山西高平天宇煤业有限公司井田外相邻矿井3个，分别为山西游仙山煤业有限公司、山西赵庄煤业有限公司、山西南河煤业有限公司。
1、山西游仙山煤业有限公司
游仙山煤业有限公司位于本井田的北东侧，煤矿始建于1950年，并于当年投产，2006年进行了资源整合，游仙山煤业有限公司游仙山煤矿整合原井田西部及北部边角残留资源，井田面积3.8472km2，批准开采3号煤层。
矿井为低瓦斯矿井。
井下开拓沿东和北东方向布置运输大巷及回风大巷，井下采用矿车运输，木支柱支护。
2、山西赵庄煤业有限公司
赵庄煤业有限公司位于本井田南侧。
煤矿始建于1950年，2006年进行了资源整合，2009年煤矿进行了兼并重组，重组后井田东西长约6.30km，南北宽约5.2km，井田面积为19.7555km2，批准开采3～15号煤层，设计年生产能力1200kt/a，
3、山西南河煤业有限公司
南河煤业有限公司位于本井田的北侧。
2009年煤矿进行了兼并重组，重组后批准开采3～15号煤层，设计年生产能力900kt/a，煤矿始建于1965年，1967年投产。
2006年进行了资源整合，2009年煤矿进行了兼并重组，重组后批准开采3～15号煤层，设计年生产能力900kt/a，
据调查，该矿已采的采空区内有积水区存在，但该矿井南缘地段，一部分为3号煤层变薄带，另一部分尚未开采。
同时，本井田内的以往矿井在北部边缘区也已见煤层变薄带，并已停止向北掘进，就目前情况而言，南河煤业井田内的采空区积水对本井田开采没有关系，今后应依据具体情况分析并采取相应对策。
根据山西天宇煤业有限公司提供的资料，本矿井与周边小窑无贯通处，均不存在相互越界开采现象。
第二章 兼并重组的条件
第一节 资源条件
区域地质
一、区域地层
本区位于吕梁——太行断块之沁水块坳之太行山块隆西部，晋获褶断带纵贯本区。
区域出露有奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系地层，上第三系、第四系松散沉积物广泛覆盖于各时代地层之上，无岩浆活动。
本区构造线方向以北北东向为主，地层产状平缓，倾角2~14°；中东部以褶断作用为主，形成了一系列的断裂和褶皱。
西部以褶皱作用为主，仅发育一些平缓开阔的波状褶皱。
二、区域含煤特征
井田位于沁水煤田东南部，主要含煤地层是山西组和太原组，含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16等16层煤，含煤地层厚约160m，煤层平均总厚为13.60m。
可采煤层厚10.86m，含煤系数6.79%。
3、15号煤层为可采煤层，9号煤层为赋存区大部可采煤层，赋存区外已被风氧化，3、9、15号煤层全为无烟煤。
矿井地质
一、地层
本井田处于沁水煤田中南部，井田出露地层有二叠系下统下石盒子组、二叠系上统上石盒子组地层及第四系地层。
第四系地层主要分布在井田东部和西部平缓地带。
二、井田构造
本区位于沁水块坳东缘，晋获褶断带东侧。
区域构造线走向北（北）东，倾向南东或北西，地层倾角5~14°。
井田内东部、西部地表大多为第四系松散层覆盖，中部出露基岩较多，本区地层产状与区域基本一致。
受晋获褶断带影响，区内可见一条断层及一个向斜褶曲。
另根据煤矿采掘和物探证实在王家山村~上池树东存在一400×420m近圆状陷落柱。
1、F1断层
位于井田中部，轴向北北东，倾向南东东，倾角65~75°，落差12m左右，为一正断层，区内延伸约1km，断层上下盘大多被黄土覆盖。
2、向斜
位于井田中西部，轴向北东，斜贯整区，两翼地层倾角总体对称，倾角5~14°，在靠近F1断层处西翼地层较陡。
3、陷落柱
分布于王家山~上池村东，规模短轴×长轴=400×420m，呈似园状。
陷落柱影响围岩破碎，探巷开拓时围岩极不稳定，且涌水量较大，达20m3/h左右，向东巷探220m未能穿越。
本井田没有发现岩浆岩侵入煤系地层。
综上所述，本井田地层产状平缓，为一波幅不大的向斜褶曲构造，断层不甚发育，构造复杂程度总体上属简单类型。
三、煤层
1、含煤性
井田内主要含煤地层为二叠系的山西组及石炭系太原组。
含煤地层总厚为145.94m，共含煤16层，分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16号煤层，煤层总厚度为11.86m，含煤系数为8.13%，含可采（大部可采）煤层3层，总厚8.64m，可采含煤系数5.92%。
2、可采煤层
井田内可采煤层为3、9、15号煤层，现分叙述如下：
（1）3号煤层
3号煤层位于山西组下部，上距下石盒子组底K8砂岩一般37.31m，下距太原组K6灰岩5.76~21.33m，一般10.47m。
煤层最厚5.35m，最薄1.93m，平均3.83m，煤层稳定，厚度变异系数为33.59%，可采系数为100%，该煤层厚度较稳定，井田内赋存区大部可采，在井田西部和东部边界有风氧化带，属不可采区域。
煤层直接顶板为砂质泥岩，老顶为中粒、细粒砂岩，底板为炭质泥岩、泥岩、粉砂质泥岩，煤层结构简单，含0~1层夹矸，3号煤层已大部开采。
（2）9号煤层
9号煤层位于太原组中上部，上距3号煤层平均51.62m，煤层厚0.50~1.60m，平均厚1.31m，煤层稳定，厚度变异系数为27.38%，可采系数为86%。
含0～1层夹矸，为赋煤区大部可采稳定煤层，在井田东部边界有风氧化带，属不可采区域。
顶板岩性一般为厚度不等的灰岩，局部为泥岩，底板岩石由泥岩、砂质泥岩或粉砂岩、细粒砂岩等组成，煤层结构简单。
（3）15号煤层
15号煤层位于太原组下部，上距9号煤层平均38.72m，煤层厚2.35~5.22m，平均3.47m，煤层稳定，厚度变异系数为32.61%，可采系数为100%。
煤层直接顶板为石灰岩，局部为泥岩，底板为泥岩或铝土质泥岩，局部为粉砂质泥岩。
煤层结构简单，一般含0~2层夹矸，夹矸成分为泥岩或炭质泥岩，厚0~0.55m，夹矸多位于煤层下部。
井田内各可采煤层特征见表2-1-2。
表2-1-2 可采煤层特征表
含煤地层
煤层号
厚度（m）
最小-最大
平均
煤层间距
（m）
夹石层数
结构
顶板岩性
底板岩性
稳定性
可采性
山
西
组
3
1.93-5.35
3.83
48.22-64.93
51.62
33.51-61.99
38.72
0~1
简单
粉砂质泥岩或泥岩偶而砂岩
粉砂质泥岩或泥岩偶而砂岩
稳定
赋存区大部可采
太
原
组
9
0.50-1.60
1.31
0~1
简单
灰岩或泥岩
泥岩或砂质泥岩或粉砂岩
稳定
赋存区大部可采
15
2.35-5.22
3.47
0~2
简单
灰岩，局部为泥岩
泥岩或铝土质泥岩，局部为粉砂质泥岩
稳定
全区可采
四、煤质
1、物理性质
3号、9号、15号煤物理性质相似，呈黑色，具金刚－半金属光泽，阶梯状、贝壳状断口，条带状结构，块状、层状构造。
内生裂隙发育，硬度大，性脆易碎，条痕为黑或褐黑色。
2、煤质化学性质、工艺性能
（1）化学性质
①3号煤层
固定碳（FC）：
75.11~79.83%平均77.32%
3号煤层主要煤质见表2-1-3。
表2-1-33号煤层煤质化验成果表
项目
名称
水分（Mad）%
灰分（Ad）%
挥发分（Vdaf）%
全硫（St,d）%
区间值
平均值
区间值
平均值
区间值
平均值
区间值
平均值
原煤
1.35~2.00
1.65
12.13~16.67
14.55
9.14~9.86
9.52
0.53~0.58
0.56
浮煤
0.77~1.14
0.94
8.80~12.57
10.81
9.05~9.21
9.14
0.51~0.55
0.53
②9号煤层
固定碳（FC）：
64.41~75.85%平均73.36%
其它主要煤质成果见表2-1-4。
表2-1-49号煤层煤质化验成果表
项目
名称
水分（Mad）%
灰分（Ad）%
挥发分（Vdaf）%
全硫（St,d）%
区间值
平均值
区间值
平均值
区间值
平均值
区间值
平均值
原煤
0.45~1.74
0.93
16.57~17.43
17.06
8.87~13.48
10.20
1.48~1.61
1.55
浮煤
0.91~1.30
1.11
7.39~11.99
8.42
8.22~9.16
8.66
1.00~1.52
1.37
③15号煤层
固定碳：
原煤为68.22%~80.59%，平均75.50%，浮煤为84.43%~85.47%，平均84.67%。
其它主要煤质成果见表2-1-5。
表2-1-515号煤层煤质化验成果表
项目
名称
水分（Mad）%
灰分（Ad）%
挥发分（Vdaf）%
全硫（St,d）%
区间值
平均值
区间值
平均值
区间值
平均值
区间值
平均值
原煤
0.36~1.07
0.72
11.11~23.08
16.51
8.70~13.48
9.61
2.75~3.33
2.97
浮煤
0.47~1.10
0.80
6.80~7.94
7.21
8.13~9.10
8.75
2.68~3.36
2.87
（2）工艺性能
3号煤层
焦渣特征：
1
发热量（Qgr,d）：
29.53~31.28MJ/kg平均30.35MJ/kg
9号煤层
焦渣特征：
2
发热量（Qgr,d）：
25.40~35.37MJ/kg平均29.89MJ/kg
据本次化验分析并结合邻区资料，15号煤层可磨性差—中等，二氧化碳反应性低，煤的结渣率属中等结渣性煤，基本属不易泥化的煤层。
3、煤质及工业用途评价
3号煤为低灰～中灰、特低硫、高热值～特高热值无烟煤；9号煤为中灰、中硫、中热值～特高热值无烟煤；15号煤为低灰～中灰、中高硫、高热值～特高热值无烟煤。
均可作为动力用煤。
五、水文地质
矿井水文地质条件
1、地貌、地表水系及其水文特征
井田位于沁水盆地中南段丹珠岭以南。
地貌类型为主要由二叠系及第四系地层构成的构造剥蚀低山－低中山区，地形为山梁、斜坡及基岩或黄土冲沟，总体地势表现为中部高，东、西部低。
井田内最高标高为1185.83m（中部山梁最高点），最低标高为897m（西部中池村南冲沟内），相对高差为288.83m。
地形起伏较大，沟谷切割较深。
井田内水系以井田中部山梁分水岭为界，西部为丹河源区，东部属丹河支流东仓河水系，均为季节性河谷与冲沟，由于以往长时
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