强烈推荐小庄子煤矿资源开采技术条件改进可研报告Word文档格式.docx

1、2.3.4 矿井涌水量 - 23 -2.3.5 断层、各含水层之间的水力联系 - 24 -2.4其它开采技术条件 - 24 -2.4.1 开采方法及顶底板条件 - 24 -2.4.2瓦斯、煤尘及煤的自燃 - 25 -2.4.3地温和地压 - 25 -2.4.4环境地质 - 26 -2.5 煤层赋存条件对生产的影响分析 - 28 -3 矿井开采现状及分析 - 29 -3.1 矿井的开拓系统 - 29 -3.2 矿井的采煤方法 - 30 -3.2.1 采用的采煤方法 - 30 -3.2.2 采煤工作面布置 - 30 -3.2.3 回采工艺及技术装备 - 30 -3.2.4 顶板支护与管理方式 -

2、32 -3.2.5顺槽及端头顶板管理 - 33 -3.3 矿井的掘进技术 - 33 -3.3.1 凿岩方式 - 34 -3.3.2 掘进机械配备 - 34 -3.3.3 巷道支护 - 34 -3.3.4 巷道掘进进度指标 - 34 -3.3.5 装、运岩（煤）方式 - 34 -3.4 矿井的安全技术 - 34 -3.4.1 通风系统 - 34 -3.4.2 瓦斯防治 - 35 -3.4.3 煤尘防治 - 36 -3.4.4 矿井防灭火 - 36 -3.4.5 通防及安全监测 - 37 -4 小庄子煤矿开采方法研究 - 38 -4.1 岩浆侵入对煤层分布的影响 - 38 -4.2 不同条件煤层的

3、采煤方法选择 - 39 -4.3 壁式采煤方法 - 41 -4.3.1 布置形式及作业顺序 - 41 -4.3.2 采煤工艺 - 42 -4.4 柱式采煤方法 - 42 -4.5 其它采煤方法 - 44 -4.5.1 岩浆侵入区煤包羽状探采法 - 44 -4.5.2 急斜极不稳定煤层长炮孔爆破采煤法 - 47 -5 巷道掘进与支护工艺技术参数优化 - 50 -5.1 掘进工艺优化 - 50 -5.1.1 凿岩方式 - 50 -5.1.2 爆破工艺 - 50 -5.1.3 装、运岩（煤）方式 - 56 -5.1.4 管线及轨道敷设 - 57 -5.1.5 设备及工具配备 - 57 -5.2 巷道

4、支护技术参数优化 - 58 -5.2.1 巷道断面 - 58 -5.2.2 支护方式 - 59 -5.2.3 支护工艺 - 61 -5.3 巷道煤柱优化设计 - 63 -5.3.1 根据煤柱载荷确定煤柱尺寸 - 64 -5.3.2 根据塑性区宽度计算煤柱尺寸 - 67 -5.3.3 根据威尔逊（Wilson）公式确定煤柱尺寸 - 67 -6 矿井安全技术研究 - 69 -6.1 矿井通风技术研究 - 69 -6.2 矿井瓦斯防治 - 70 -6.3 矿井水害防治 - 71 -6.3.1 矿井充水因素分析 - 71 -6.3.2 矿井排水 - 71 -6.3.3 矿井涌水量 - 71 -6.4

5、矿井冲击矿压的防治 - 72 -6.4.1 冲击矿压影响因素分析 - 72 -6.4.2 小庄子煤矿冲击矿压危险性分析 - 77 -6.4.3 冲击矿压防范措施 - 78 -6.5 矿井的其它安全技术 - 79 -6.5.1 矿井提升系统安全措施 - 79 -6.5.2 运输系统安全措施 - 79 -6.5.3 压风系统安全措施 - 79 -6.5.4 通讯与安全监测监控安全措施 - 79 -6.5.5 爆破管理 - 80 -7 主要结论 - 82 -参考文献 - 83 -1 绪 论1.1 项目来源与实施意义近十几年来，随着国民经济的快速增长，我国对能源的需求越来越高。目前我国很多省份面临能源

6、紧张的局面。以山东省为例，从能源蕴藏角度讲，属于能源大省，但目前煤炭资源仍然供不应求，远远满足不了经济建设快速发展的要求。临沂市为鲁东南一颗耀眼的明珠。该区盛产小麦、玉米、花生、地瓜等，林业资源比较丰富，其中果林发展最快，银杏为我国最大的生产基地。工业有机械、化工、五金、建材等。临沂市辖区内的矿产资源较为丰富，尤以煤和金刚石砂矿蕴藏量丰富。但辖区内的煤矿矿山地质条件复杂，岩浆岩侵蚀严重，煤层赋存极不规律，难以实现正规化开采，矿井生产规模小，产量低，致使矿井存在掘进率高、回采率较低、材料消耗量大、工人劳动强度大、矿山排水费用增加，生产成本居高不下，经济效益低等问题。因此，不断改进地质条件复杂、赋

7、存极不稳定煤层的开采技术条件，进一步提高煤炭资源的回收率已是当务之急。1.1.1 任务由来目前，临沂市财政部门、矿产资源管理部门特别重视矿产资源的开发与保护等工作。而且，山东省财政厅下发了“关于申报2007年度矿山环境治理和提高开采回收水平技术改造项目的通知”，配备专项资金用于矿山企业进行开采条件的技术改进研究工作，为该项目的顺利开展提供了资金保障。针对目前临沂市所属的煤矿企业，本次选定临沂市小庄子煤矿作为研究工作的试点具有代表性，对临沂市小庄子煤矿煤炭资源开采技术条件改造进行综合研究，将为矿山的进一步健康发展提供科学的依据。根据临沂市财政局、临沂市国土资源局以临财建 200743号下达的“关

8、于申报2007年度矿山环境治理和提高开采回收水平技术改造项目的通知”，2007年9月我院向临沂市财政局、临沂市国土资源局立项申请对“临沂市小庄子煤矿煤炭资源开采技术条件改进可行性研究”项目，临沂市财政局以临财建指 200757号 “关于下达2007年度市级矿山提高开采回收水平技术改造项目专项资金的通知”，批复了该项目的立项并下达了项目任务书。2008年1月临沂市财政局委托我院具体负责该项目的实施。我院会同中国矿业大学、临沂市小庄子煤矿共同实施完成了该研究项目。在项目的实施过程中，得到了市区有关主管部门的大力支持和帮助，在此一并表示感谢！1.1.2 目的任务研究工作目的是通过对矿山的地质条件进行

9、综合分析研究，结合矿井内实际开采过程中遇到的具体问题，类比目前国内外类似工程经验，优化开采方案，进行技术改进，以提高矿产回采率，达到最大限度的有效利用资源的目的。本次研究的主要任务是： 本次工作的主要任务如下：1 详细查明矿区地质、水文地质条件，构造发育情况等，为进一步研究工作提供依据；2 详细调查分析研究小庄子煤矿目前的开采现状，针对实际生产开采过程中存在的具体问题，参照国内外当前类似条件煤矿开采经验，指出针对小庄子煤矿提高煤矿回收率的技术改进方法。1.1.3 区域研究程度学者渡边久吉等曾进行调查，编制了煤田地质图，并进行了远景评价。解放以来到现在，陆续由数个地质单位对本区煤炭资源做过普查和

10、勘探工作，先后由原山东省地质局124队，临沂矿务局地质勘察队，枣庄市煤田地质勘探队，华东石油地质局第六勘探队，冶金部山东地质局第四勘探队，淄博煤田地质勘探队对现有各井田做了详细普查或勘探，查明了本区煤系地层时空分布和含煤情况，编制了多份报告，煤田地质工作程度高。为本次工作提供了技术支持。（1）1954年6月地质普查委员会所属303队，在临沂等地大面积进行了系统地质测量，绘制了1：5万基岩地质图。（2）1962年，山东省地质局124勘探队在本矿区施工44个钻孔，并提交了普查总结地质报告，是本矿建井的主要依据。（3）1972年4月至1977年12月，临沂矿务局勘探队在原山东省地质局124勘探队19

11、62年提交的普查总结地质报告的基础上，对本矿区进行补充勘探，共施工10个钻孔，对井田内构造进行初步控制。并于1977年12月提交 山东省临沂煤田塘崖区详查最终地质报告。最终提交煤炭地质储量（D级）2172.403万吨。1978年，山东省革命委员会煤炭工业局以（78）鲁煤基字第875号文批准了该报告。（4）1992年由枣庄市煤田地质勘探队在沙沟井田北端补充勘探，共施工4个钻孔，总工作量2257.30m。提共 “92-1、92-2、92-3、92-4”四个钻孔的柱状图及测井资料，控制哦井田北端深部块段的主要构造和煤层的赋存情况。（5）1995至1996年由石油部华北石油勘探局第六物探队对沙沟井田F

12、11断层以北进行了地震勘探。物探布线控制面积1.62km2。由于井田地质条件复杂，煤系地层受岩浆岩侵入严重，煤变质程度高，地震勘探提出的成果准确程度都比较差，仅供参考。（6）1996年至1997年初冶金山东地质局第四勘探队，在本矿区施工4个钻孔，工程量2063.48m，由临沂矿务局地质队施工测井。提供“ZK1、ZK2、ZK3、ZK4” 四个钻孔的柱状图及部分测井资料，对井田北部块段进行了构造控制和煤层赋存情况的进一步了解。（7）1997年淄博煤田地质勘探队在本矿区中部施工7个钻孔，工程量2935.06m，构成了三条勘探线。对矿区中部F5和F10之间的煤层赋存情况控制程度比较高，对主要断层基本控

13、制。提供出7孔柱状图及电测资料、钻孔综合成果、二煤、三上、三下煤层储量计算图、第1、2、3勘探线剖面图。补勘资料计算地质总储量298万吨。（8）1998年临沂市煤炭工业局和小庄子煤矿依据以往地质勘探资料及开采开拓工程揭露煤层情况，编制了山东省临沂煤田塘崖勘探区沙沟井田补充勘探综合地质资料，该报告对本矿区内的沙沟井田内的地层、构造、岩浆岩进行了详细的论述，对矿井内煤层特征进行论述，阐明了矿井内水文地质特征。最终对沙沟井田内的煤炭资源储量进行了计算。经估算，沙沟井田内地质储量347.60万吨，其中工业储量206.50万吨，表外储量66.60万吨。（9）2003年8月小庄子煤矿提交了“山东上临沂煤田

14、临沂宇光矿业有限责任公司（小庄子煤矿）生产矿井地质报告”。（10）2004年10月山东省第七地质矿产勘查院编制完成并提交了“山东省临沂煤田小庄子煤矿资源储量核实及扩界扩层地质报告”。另外，还包括建矿初期的初步设计说明书、技术改造工程方案设计说明书、矿山生产过程中的开拓资料等。以上这些资料为本次综合研究工作奠定了坚实的基础1.1.4 本次工作情况本次工作共分三个阶段进行。1.2008年1月，收集资料、编写设计及设计审查阶段，并做好野外工作准备。2.2008年2月2008年6月，进行外业工作及对所取得的调查、研究资料进行资料整理、分析、研究、质量检查及成果制图工作。3.2008年7月2008年12

15、月，在充分分析研究已取得资料的基础上，拟编图件、编写报告及报告审查，2008年12月底提交综合研究成果报告送审稿。1.2 矿井概况1.2.1 地理位置1 矿区范围临沂市小庄子煤矿位于临沂市南约13km处，行政区划属于临沂市罗庄区册山办事处管辖。矿区范围：西起F5、F7断层，东到F10断层；南自第6勘探线，北至F17断层。东西长约1.2km，南北长约3.0km，面积3.794km2，扩界区位于井田东侧，面积0.31km2。地理坐标：东经：11820441182200北纬：3454233456412 交通位置矿区向东约3km与临册公路（临沂册山）相接，西约5km与临（沂）黄（山）公路相通，向北约1

16、3km直通临沂市火车站和汽车站，向南约58km为陇海新沂火车站，交通十分便利（图1-1见交通位置图）。3 经济概况当地工农业发达，村镇企业众多，以采矿业为主，农产品丰富，人口稠密，劳动力充足。1.2.2 地形、地貌矿区内地势平坦，北部略高于南部，绝对标高+58+55m，相对高差3m。矿区西部边界以外500m处有青云山，为中奥陶统石灰岩出露区，绝对标高为+174m左右（照片1）。1.2.3气象、水文1 气象工作区内气候属暖温带季风气候区，略受海洋性气候影响。春季干燥，夏季湿热多雨，四季分明。据临沂市气象站19582004年资料，多年平均气温13.2。全区多年平均降水量866.90mm，最大年降水

17、量1503mm（1960）年，最小年降水量373.8mm（1981）年，1992200年平均降水量为855.8mm。降水多集中在68月份，占降水量的65%左右，7月份更集中，占年降水量的30.1%，多年平均蒸发量为1359.74mm，46月份蒸发量远远大于降水量，78月份蒸发量小于降水量，多年平均无霜期为198天。照片1 矿区地形地貌2 水文矿区内有陷泥河，自北而南流经矿区，呈南北方向经五寺庄煤矿以东，流入武河。矿区西部分布有灌溉渠。1.2.4 井田地质特征井田地层自上而下有第四系、白垩系、侏罗系、二叠系、奥陶系。含煤地层为石炭二叠系的山西组和太原组，平均厚度319.4m。含煤15层，总厚度3

18、.85m，含煤系数1.2%，其中可采、局部可采3层（2、3、14），平均总厚2. 5m。可采含煤系数0.78%。2煤层平均厚0.9m，为不稳定煤层。3煤层平均可采厚度2.04m，为较稳定不稳定煤层。14煤层为不稳定较稳定煤层，煤厚01.04 m，平均0.6m。可采范围内平均厚度0.8m。可采煤层平均灰分23.240.0%，属中灰富灰煤。硫分含量0.092.5%，属特低硫中硫煤。磷分含量较低。煤层发热量较高，属高热值煤。由于岩浆岩活动强烈，大部分煤层变成无烟煤或天然焦，影响较小地段为肥煤。可做炼焦及动力用煤，天然焦可用于水泥、化肥工业及民用。井田总体呈单斜构造，由南向北地层走向由近南北转向北东方

19、向。断层以走向断层为主，区内已发现断层11条，其中落差大于50 m的8条，50 m以下者3条。区内岩浆岩侵蚀严重，以岩床、岩脉形式大面积侵入山西组煤层，使之变成天然焦或全部被吞蚀。井田水文地质条件属简单类型，矿井正常涌水量55 m3）公式确定煤柱尺寸英国威尔逊（Wilson）先生提出煤系地层的岩石较软，巷道煤柱内应力分布不均匀，巷道围岩的支承压力超过煤体强度时发生屈服。巷道煤柱内存在一屈服带，屈服带宽度随采动支承压力增加，向煤柱中间扩大。煤柱中间由于受屈服带煤体限制及巷道支架支撑力的作用，极限强度增大，存在一未屈服的煤柱核。威尔逊提出的破坏准则：屈服的煤柱核。式中：煤柱核内极限强度，MPa；煤

20、体单轴抗压强度，MPa；k应力系数；围压，在煤柱核内可取。因此，煤柱的最小宽度应是2倍的屈服带宽度Xb加一常数C，即a=2Xb+CXb屈服带宽度，m；C12倍巷道宽度。屈服带宽度分以下两种情况计算：（1）当顶底板岩层强度大于煤层时。（2）当顶底板岩层强度与煤层接近时p为煤壁上水平约束力，MPa。根据实测与实验室分析参数，应用上述三种方法分别确定巷道保护煤柱的尺寸，取其中最大者为最终设计尺寸，能够实现巷道保护煤柱尺寸的最优化。6 矿井安全技术研究6.1 矿井通风技术研究矿井以主、副立井开拓，主井作进风兼提升，副井为回风井。通风方式为中央边界抽出式。通风系统最大阻力主要是来自巷道底通风摩擦阻力，占

21、全矿井通风阻力的7585。为减小矿井通风系统阻力，采取如下主要措施：（1）扩大回风巷断面，经常冲刷巷道，使巷道光滑由足够的断面，减小摩擦阻力，使风流畅通。（2）减小木棚支护粗糙度，裸体巷道轮廓光滑度，减小摩擦阻力系数。（3）修复-70m水平以上老回风巷，采用南北两条回风巷。（4）在开拓设计时，在满足开采需要的条件下，首先考虑缩短风路的长度，采用较短风路进回风。（5）为减小局部通风阻力，不用铁筒或其他做风桥，采用巷道原断面通风，避免缩小了风桥断面。（6）巷道拐弯设计缓弯，风筒拐弯要用钢筋支撑；局扇进风口安装集风器，风筒出口安装扩散口；随时清理巷道内积存的物料。矿井掘进工作面均采用压入式通风。DK

22、J63-4.75（25.5KW）对旋式局扇，直径为40cm阻燃风筒，通风距离在150300m之间。风量按工作面的供风距离长短、爆破药量、瓦斯、人员需风量，局扇吸风量大小计算各迎头供风量。小庄子煤矿随着矿井开拓的逐渐延深（伸），导致供风距离长，回风路线远，矿井通风阻力增大，风门多，漏风率增高，有效风量率降低。由于矿井地质构造复杂，岩浆岩侵蚀严重，煤层赋存不规律，所以在布置各种巷道时均以煤层赋存为开拓方向，故巷道拐弯多，急弯多。进风又兼作提升，再加上其他因素，故而局部通风阻力增大。由于矿井通风方式、方法的局限性，以及通风网络的弊端和通风设施多，易造成风流短路，漏风量大，降低有效风量。掘进通风采用局

23、扇压入式通风，有利于排出工作面的污风和煤尘，安全性较好，但同时有不利的一面。比如，工作面污风沿独头巷道排往回风巷，不利于巷道中作业人员的呼吸。为避免炮烟中毒，放炮人员撤离的距离要远、往返时间较长。同时放炮后排烟速度慢，时间长，影响掘进进度。矿井目前采用的通风机通风，能够满足生产，但其辅助装置有不足之处，反风方法只能采用通风机反转反风法，没有其他反风设施；防爆盖、过风门和风峒有漏风现象。综上所述，不论是通风路线较长，还是网络方面存在的通风阻力比例失调，风机辅助装置的局限性，一旦管理失调，可能会带来一定程度上的危害性。6.2 矿井瓦斯防治小庄子煤矿属于低瓦斯、低二氧化碳矿井，近期生产的23206面

24、瓦斯绝对涌出量为0.281m3 T，23208面瓦斯绝对涌出量为0.51m3 T 。工作面设瓦斯检查员巡回检查，每隔3-5小时检查一次，结果及时填写并向有关人员汇报。在距回风出口5-10m处安装安全检测系统的瓦斯传感器，瓦斯报警浓度1%，断电浓度为1.5%，复电浓度不大于1.0%，断电范围为工作面及其回风巷内的全部费本质安全型电气设备。传感器每隔7天调校一次。检测系统有专人进行维护，确保系统的灵敏可靠。当瓦斯超限或检测系统报警时，按规定安排撤人，并及时查明原因，进行处理。矿井瓦斯的赋存与涌出规律及高瓦斯区瓦斯涌出的基本规律是：矿区在开拓全煤巷道放炮时瞬间瓦斯浓度超过1，经几分钟后的通风，即可降

25、至1以下，再者就是断层附近瓦斯浓度较高。开拓岩石巷道时瓦斯含量很低；在准备回采巷道时，煤层中的瓦斯经掘进，在巷道中已释放，故回采时瓦斯浓度较低；目前开采的二煤受岩浆岩侵蚀，瓦斯涌出量较低，煤层赋存较稳定，尤其在三采区，全区大部分可采，煤层厚度在0.61.6m之间。小庄子煤矿自建矿以来未发生瓦斯事故，在瓦斯监测方面，每一个工作面必须设有专职瓦斯检查员，对工作面瓦斯浓度进行检测，特别是易积聚瓦斯的上隅角，不定时检测瓦斯浓度，尤其是炮前，炮后必须检测。工作面必须设有进回风瓦斯传感器，便携式瓦斯瓦斯报警仪，且按规定位置悬挂（特别是上隅角）。各栅栏处每天进行一次瓦斯检测；密闭与机电峒室每周检查一次。井上

26、安全监控室24小时有专人值班监测井下瓦斯涌出情况。在管理方面，各工作面和密闭、栅栏处均挂有瓦斯检测管理牌板，检测数据及时填板，明示所有工作人员。对上隅角的瓦斯加强通风，洒水降尘。对放炮期间各环节有专项管理措施，并执行“一炮三检”“三人联锁”制，并执行“五合一”管理。制定了矿井“一通三防”实施细则，井下消灭火种制度与措施；电器设备管理制度与措施；制度了瓦斯管理合风量管理制度；严禁电器设备失爆、无计划停送电，使用水炮泥，放炮自动喷雾等一系列综合性的管理制度与措施。按规程要求配备瓦斯监测仪器仪表，并正常使用，达到检测监测的目的。职工“一通三防”知识培训，“一同三防”事例宣传教育，“一同三防”知识竞赛

27、和一些对通防安全有意义的全矿性活动。6.3 矿井水害防治6.3.1 矿井充水因素分析小庄子煤矿主要充水水源有地表水、含水层水、断层水和采空区水，煤层开采产生的“两带”裂隙、导水断层和封闭不良钻孔为矿井水的主要通道，采掘过程中不按规定实施探放水可导通采空区水造成事故。6.3.2 矿井排水排水系统及排水量：1 -380水平：有水泵一台，型号为DA1-8012，水仓容量为100 m3，核定排水能力为36 m3，才可和短母线爆破。（11）通电以后拒爆时，爆破工必须先取下把手或钥匙，并将爆破母线从电源上摘下，扭结成短路，再等待15min，才可沿路检查，找出拒爆原因。（12）处理拒爆、残爆时，必须在班组长

28、指导下进行，并应在当班处理完毕。如果当班未处理完毕，当班爆破工必须现场向下一班爆破工交代清楚。处理拒爆时，必须遵守下列规定：a、由于连线不良造成的，可重新连线起爆b、在距拒爆炮眼0.3米以外另打与拒爆炮眼平行的新炮眼，重新装药起爆。c、严禁用镐刨或从炮眼中取出原放置的起爆药卷或从起爆药卷中拉出电雷管。严禁用打眼的方法往外掏药；严禁用压风吹拒爆炮眼。d、处理拒爆的炮眼保障后，爆破工必须详细检查炸落的煤、矸，收集未爆的电雷管。e、在拒爆处理完毕以前严禁在该地点进行与处理拒爆无关的工作。（13）爆破后，担任警戒人员接不到或听不到的信号，不准私自撤岗。（14）严格执行爆破材料领退制度，领退要有记录、签

29、字，严禁乱扔乱放。有爆破材料库直接向工作地点用人力运送爆破材料时，应遵守下列规定：a、电雷管必须由爆破工亲自运送，炸药应由爆破工或在爆破工监护下由其他人员运送；b、爆破材料必须装在耐压和抗撞冲、防震、防静电的非金属容器内。电雷管和炸药严禁装在同一容器内。严禁将爆炸材料装在衣袋内。领到爆炸材料后，应直接送到工作地点，严禁中途逗留。7 主要结论（1）临沂地区是岩浆剧烈活动区，岩浆岩对煤系地层尤其是2、3煤层的侵独破坏比较严重。造成了煤层很难在一定范围内形成连续煤体，大多以瓮状、条带状和串珠状的不连续、不规则煤体形态赋存。煤层的赋存条件决定了矿井不具有正规的长壁开采条件。（2）小庄子煤矿采用走向短壁采煤法，在地质构造复杂、受岩浆岩侵入严重地区采用刀柱式残采。工作面的技术装备水平低，吨煤巷道掘进高。巷道支护手段比较落后，巷道仍采用木柱支护。（3）小庄子煤矿矿井田南部-310m水平至-450m水平的二煤层赋存比较稳定，煤层结构简单，煤层倾角平均为39，可采用伪斜上行短壁式采煤方法。煤层赋存稳定性一般的区域可采用柱式采煤方法；对于煤层赋存极不稳定的区域采用羽状探采等采煤方法。（4）采用快速掘进和光面爆破技术来优化巷道的掘进工艺，减小爆破对巷道围岩的扰动。对巷道锚杆等支护技术参数进行了理