1603采区设计说明书.docx

1、1603采区设计说明书第一章 矿井基本情况蒋庄矿井由原煤炭部兖州煤矿设计研究院设计，设计年生产能力为150万t，2006年省煤炭局核定年生产能力为275万t，系一对机械化程度较高的大型矿井。矿井开拓方式为立井开拓，设计有两个水平。第一水平（即目前开采水平）标高为-320m，第二水平标高为-430m。一水平主采3上、3下煤层，均为近水平中厚及厚煤层，可采总厚度7m左右，储量约占矿井总储量的75以上。采用单一长壁全部垮落综采采煤法。二水平主采16、12下薄煤层，16煤平均厚度为0.83m左右，煤层层位稳定，结构简单，为二水平主要可采煤层；12下煤平均厚度为0.79m左右，层位尚稳定，结构简单，属比

2、较稳定的局部可采煤层。矿井于1988年9月28日移交生产管理并试生产，1989年6月24日正式投产，自投产后矿井产量连年递增，1995年11月达到设计生产能力，1998年超过210万t，2000年超过240万t，近几年一直维持在280万t左右的水平上。由于连续多年的超设计能力开采，加上实际揭露地质构造远比矿井地质报告提供情况复杂，一水平的可采储量急剧减少，8个采区现已动用7个，其中南一、北二、南三3个采区已于2004年开采结束，北八、南七两个主采采区储量也所剩无几。为保证矿井正常水平继续、防止产量出现台阶式下降，执行煤炭行业“煤层厚薄搭配，好坏搭配的合理开采程序”的技术政策规定，更长时间的维持

3、矿井较高的经济效益，矿井于2004年10月开始二水平开拓延深。经过两年多的开拓，二水平通风系统已经形成，提升运输系统的矿建工程已经完成，水仓、中央泵房、变电所等主要硐室已竣工，运输大巷也已施工到首采区位置，为尽快实现厚薄煤层配采、煤种配伍，我们对二水平首采区1603采区进行设计。 第二章 采区概况一、采区位置及地面概况1、地面位置：1603采区位于蒋庄井田的西南部，孔庄西南，小宋楼村以西。2、地形地势：本区地面标高+35.5+38.5m，地表被第四系地层所覆盖，总体地势呈北高南低。受3煤采动影响，区内北部出现局部沉降，沉降区存有积水，最深处约2.0m。本区范围内水系简单，除矿工广排洪沟穿过北部

4、外，还有一条季节性河流（新苏河）穿过其南部。3、井下位置：1603采区位于-430m水平南翼运输大巷西侧。二、采区边界及面积1603采区东至高庙断层，南至蒋庄煤矿与崔庄矿相邻边界，东南至F5断层，西部以徐庄断层与柴里井田为界，北至16煤可采边界线。采区南北走向长1785-2260m，东西倾斜宽367-822m，面积1365343m2。三、开采范围本采区范围内赋存有16煤、17煤，由于17煤厚度一般为0.40.6m，均不可采，本设计只考虑16煤。本区内16煤埋深在414.5481.9m之间。四、邻区采掘情况本采区为二水平首采区，本区上部3煤已开采结束，同一水平内四邻均未采动。第三章 采区地质特征

5、一、地质构造本区以断裂构造为主，褶曲受断层切割破坏严重。北北东向的高庙断层、F2断层和徐庄断层将采区切割成东低西高的台阶状两块段，构成了全区构造骨架。高庙断层为采区东部边界断层，走向NNE，倾向NWW，倾角60-70，落差80-90m，控制程度可靠。F2断层位于采区中部，走向NNE，倾向NWW，倾角68-75，落差0-28m，延伸1500m左右尖灭，控制程度可靠。徐庄断层为1603采区与柴里井田的边界断层，走向NNE，倾向NWW，倾角75，落差90-60m，控制程度可靠。F5断层位于采区东南部，为高庙断层的分支，延伸600m后急剧尖灭，走向NE，倾向SE，倾角75，落差0-32m，控制程度可靠

6、。二、煤层赋存情况及煤质赋存情况：16煤形成的地层时代为石炭系太原群,属海相沉积,埋深414.45-481.85m,呈现北高南低的赋存状态。16煤在区内普遍发育，属稳定煤层。全区煤厚在0.2-1.4m，平均0.95m，煤层倾角比较平缓，除局部因构造影响角度异常外，其余一般在0-5，平均3。煤层结构：区内除90-10钻孔内发现16煤有炭质石英砂岩夹层外，其余均不含夹层，为简单结构煤层。物理性质：黑色，玻璃、强玻璃光泽，平坦状、贝壳状断口，裂隙、节理较发育。普氏硬度系数为3，密度1.28t/m3，煤岩类型为高型煤。顶底板：16煤顶板为第十层灰岩，厚度3.38-9.40m，平均厚5.0m左右，层位稳

7、定，深灰色，厚层状，含丰富动物化石。16煤直接底为泥岩，黑色，泥质结构，含炭质，水平层理，厚度在0-0.83m，平均厚0.3m。老底为细中砂岩，深灰色，下部灰绿色，致密坚硬，厚度在4.0-10.0m，平均厚4.5m。煤质：16煤工业牌号为肥煤，硫分较高，适合电力用煤。水分（W）2.58，灰分（A）11.05%，挥发分（V）41.80，硫分（S）3.35，发热量29.76兆焦/千克，三、瓦斯、煤尘及煤的自燃发火倾向等其他地质因素1、瓦斯：为低沼气矿井和低二氧化碳矿井。2、煤尘：16煤层煤尘爆炸指数为44.56，有爆炸危险性。3、自燃：16煤层煤具有自燃倾向，属二类自燃煤层。四、水文地质1、含水层

8、区内主要含水层有石炭系太原群第三层石灰岩、第十层灰岩、石炭系本溪组第十四层灰岩和奥陶系石灰岩。（1）三灰含水层：为深灰色厚层状石灰岩，质纯，厚5.6-10.27m，平均厚约8.0m，下距16煤层顶板平均114.0m，富水性强，但不均一，属溶洞裂隙承压水。（2）十灰含水层：浅-深灰色石灰岩，致密，厚3.38-9.40m，平均厚5.0m左右，属裂隙承压水，该层见少量裂隙，多充填方解石，是开采16煤层的重要充水水源，但由于埋藏较深，补给条件不良，含水性弱，在正常情况下对开采影响不大。（3）十四灰含水层：厚8.25-13.80m，平均厚度约11.0m，质纯，含裂隙承压水，距16煤层底板50m左右。（4

9、）奥灰含水层：青灰、灰白色，厚层状石灰岩，浅部裂隙溶洞发育，富水性强，水位标高为-32.0m，为煤系含水层重要补给水源，生产应引起重视。2、断层水断层富水及导水性如何，主要取决于断层两盘含水层是否接触。对口接触一般富水，导水性较强，否则一般不导水或弱导水，巷道掘进时应仔细分析断层对盘的岩性。根据蒋庄煤矿地质报告，高庙断层为局部导水断层，因此施工过程中穿过高庙断层时必须严格按照“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原则做好探放水工作，边探边掘，不探不掘。3、钻孔水区内除I-36钻孔为封闭不合格钻孔外，其余都为封闭合格钻孔。在回采前必须对I-36钻孔重新启封。4、老空水1603采区上部为南三

10、采区，上组3煤已回采完，采空区内存有大量积水，积水区面积192700m2，积水量431648m3，上水位标高-316.5m，通过南三采区石门、南大巷排水沟进行疏放，目前有动水30m3/h，3下煤层底板至十下灰底板之间距离为126.32m161.94m，平均146.89m。根据开采3下煤层时，煤层底板导水裂隙带深度： h：底板导水裂隙带深度L：工作面斜长，南三采区工作面斜长一般为170m可计算出开采3下煤层后，煤层底板导水裂隙带深度：h为19.04m根据煤层顶板导水裂隙带高度计算公式： 式中：顶板裂隙带高度，m； 累计采厚，m。16煤层厚度为0.2-1.4m，平均0.95m，采高设计最大为2.8

11、0m，可计算出开采16煤层后，顶板导水裂隙带高度为40.25m。由此可知，h+H导=19.04+40.25=59.29m，导水裂隙带总厚度小于3下煤层底板至十下灰底板之间距离，并且3煤底板至十下灰之间主要有粘土岩与含水微弱的粉砂岩和薄层石灰岩组成，隔水性良好，因此开采16煤层时，正常情况下上部3煤采空区积水对16煤层安全生产威胁不大。5、开采16煤层时充水因素分析16煤开采时，十下石灰岩是直接充水含水层，十四灰和奥灰是间接充水含水层。十下灰和十四灰富水性弱至中等，奥灰富水性强。奥灰厚度大、含水丰富、水头压力高，并且十四灰和奥灰间距小，井田内的断层、裂隙发育，两者易发生水力联系，十四灰和奥灰水将

12、对安全生产构成威胁，成为矿井的主要水害。据邻矿区资料，下组煤采掘遇到导水断层，尤其是遇到切割十四灰的导水断层时，常发生底板突水，该含水层水水势较猛、峰值大，给煤矿安全生产带来较大威胁。本采区内16煤层可采区底板标高为-377.74-446.15m，十四灰至16煤层37.4m，奥灰距16煤层50.0m，开采16煤层时矿压对隔水底板的破坏深度=19.04m。由计算结果可知，在正常情况下，16煤层开采时底板隔水层受到矿压破坏后，破坏深度基本影响不到十四灰。但是，矿压破坏带深度资料的可靠性及其在本矿的适应性不详。因此，要准确地进行底板突水预测评价，还要进行详细的矿压破坏带深度、承压水导水裂隙带高度的探

13、测和水位观测工作，同时进一步查明隔水层的厚度、分层岩石力学强度的变化因素。由于水文地质勘探程度很低，建议应提高钻探工程量，对十下灰、十四灰、奥灰充水特征进行研究，掌握十下灰、十四灰、奥灰的富水规律和动态变化。针对16煤开采时，底板有突水危险，建议做好采动作用下的矿井充水规律研究，做好底板水防治工作。根据预测结果，采取相应防治措施，确保16煤开采时的安全。6、采区涌水量预计根据采区水文地质条件，16煤开采时，十下石灰岩是直接充水含水层，经计算，采区正常涌水量为45m3/h。第四章 采区开采第一节 采区储量、采煤方法、机械装备及采区参数一、采区储量本采区能利用储量131.4万t，可采储量97.2万

14、t，详见表4-1。表4-1 1603采区储量汇总表水 平-430m水平煤 层16煤层能利用储量（万t）正常块段111b104.5小计104.5村庄压煤111b26.9小计26.9合 计131.4暂不能利用储量（万t）边界煤柱2S2211.4小计11.4断层煤柱2S2224.9小计24.9合计36.3开采损失（万t）34.2可采储量（万t）97.2二、采煤方法1603采区煤层发育稳定，结构简单，倾角平缓，煤厚平均0.95m，顶板为坚硬完整的十下灰岩，具有同样条件的滨湖矿采用薄煤层综合机械化采煤工艺已有了成熟的经验，为提高机械化程度，实现高产高效，保证安全生产，充分发挥我矿成熟的综采管理经验，设计

15、采用单一长壁综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。三、采掘机械1、采煤机械综采机械：设计采用MG100/238-BWD型薄煤层非机载交流电牵引采煤机割煤，SGZ630/264G型刮板输送机,SDJ150型胶带输送机运输，支架使用ZY2400-08/19型薄煤层液压支架。（1）、MG100/238-BWD型采煤机主要技术参数：机身高度580mm，滚筒中心距8004mm，滚筒直径750mm，适用煤层厚度0.751.25m，煤层倾角25，煤质硬度4，截深630mm，截割部电机功率2100kW，牵引电机功率215kW，泵电机功率24kW，总装机功率238kW。（2）、液压支架支护强度验算：按经验公式计

16、算顶板载荷Pt=89.81h Pt=89.811.42.5274.68kN/0.27MPa式中：Pt顶板载荷(MPa) h采高(m) 顶板岩石容重(t/m3),一般可取2.5。ZY2400-08/19型薄煤层支架支护强度为0.410.46MPa，大于顶板载荷0.27MPa,因此ZY2400-08/19型薄煤层支架满足工作面支护需要。2、掘进机械（1）、综掘：EBJ120(S)型综掘机掘进，SJD80型皮带及QZP型系列短距离转载皮带运输。（2）、炮掘：采用钻眼爆破法，耙装机装岩，SJD80型皮带及QZP型系列短距离转载皮带运输。四、采区参数1、采区生产能力及服务年限（1）、回采工作面生产能力根

17、据煤层赋存条件、生产设备、块段倾斜宽度，首采面按对拉工作面布置，两面交替生产，总宽度330m，单面宽度165m，工作面走向长度根据采区尺寸而定，一般不小于1000m，煤层平均厚度0.95m，容重1.28t/m3，年推进度1200m，工作面回采率97，则工作面生产能力为23.4万t。（2）、采区生产能力及服务年限由于16煤原煤硫分平均为3.35，矿井现有原煤系统不能做到分装分运分提，二水平投产后对矿井原煤硫分影响较大。经计算一水平年产量按250万t计算，二水平年产量控制在30万t以内，混煤硫分可以控制在商品煤要求的1.2的指标内，对精煤洗选的影响也能控制。若二水平产量安排较高，为了保证混煤和精煤

18、的硫分指标，必须对地面原煤运输、仓储系统进行改造，实行分运、分储、分洗，同时要对共用井底2煤仓的二水平和一水平南翼采区的日常生产从时间上进行统筹安排，这将对矿井原煤产量产生较大影响。为稳定矿井现有的产量水平，取得较好的经济效益，同时由于1603采区储量较小，可采储量只有97.2万t，二水平投产初期，设计布置一个回采工作面生产，掘进煤约1.6万t，采区生产能力为25万t。采区服务年限3.24年。2、采区及工作面回采率因本采区煤层为薄煤层，采区回采率不小于85，工作面回采率不小于97。3、煤柱留设（1）、井田边界及断层煤柱井田边界煤柱按30m的规定留设。高庙断层、徐庄断层煤柱按50m留设，F2断层

19、按30m留设。（2）、准备巷道煤柱巷道一侧留设20m，巷道之间留设2030m。、区段煤柱工作面非对拉布置时，按小煤柱沿空送巷考虑，煤柱一般留设46m。第二节 采区准备方式由于1603采区只有16煤一层薄煤层，煤层赋存标高大部分区域高于二水平标高，结合采区南北较长、东西狭窄的形状特点及与水平运输大巷的位置关系，1603采区应首选双翼采区准备方式，南北双翼布置工作面，其它准备方式都明显不合理。因此确定1603采区准备方式为双翼采区准备方式。第三节 采区巷道布置由于1603采区为单一薄煤层采区，生产能力较小，因此设计布置一条轨道巷和一条运输巷两条准备巷道，轨道巷担负采区辅助运输和进风，运输巷只安设皮

20、带，不铺设轨道，担负采区煤流运输并兼作回风。根据F2断层将采区切割成东低西高两个块段的构造特点，经认真研究和综合分析，对采区巷道布置提出以下两个较合理方案。方案：采区运输巷：从二水平南翼皮带机道里端开门，按275方位施工120m平巷后，以6下山向前施工120m斜巷，标高降至-441.1m，进入16煤顶板变平，按平巷向前施工260m后以6上山起坡，穿过F2断层后进入17煤，向前一直沿17煤掘进，并保持向前为上坡趋势，里端通过轨运联络巷与采区轨道巷沟通。采区轨道巷：从-430m水平南大巷6点前开门，以268方位，3上坡施工79m，接着调向按275方位、3上坡施工30m车场，然后按9下山施工约70m

21、后跟上16煤顶板，向前沿16煤顶板施工300m后，按15上山起坡穿过F2断层，施工约85m跟上上块段16煤顶板，继续向前施工，里端通过轨运联络巷与采区运输巷沟通，形成系统。为了排水需要，在下块段平巷段布置采区水仓、泵房。方案：采区运输巷：从二水平南翼皮带机道里端开门，按280方位施工60m平巷后，以6下山向前施工约110m斜巷，跟上16煤顶板，然后沿16煤顶板继续向前施工310m，接着按9上山起坡，穿过F2断层后进入17煤，向前一直沿17煤掘进，并保持向前为上坡趋势，里端通过轨运联络巷与采区轨道上山沟通。为将下块段的积水排出，在下块段低洼处布置临时水仓，安设潜水泵和4寸排水管路，将积水排至南大

22、巷水沟。采区轨道石门及上山：从-430m水平南大巷6点前开门，以268方位，3上坡施工20m，接着调向按328方位、3上坡施工70m联络石门，将方位调为280，按3上坡施工410m石门后，按12上山起坡穿过F2断层，施工约90m跟上上块段16煤顶板，向前一直沿16煤顶板施工，里端通过轨运联络巷与采区运输巷沟通，形成系统。第四节 生产系统一、通风系统新鲜风流自-430m水平南大巷采区轨道巷工作面进风行人联络巷工作面进风巷采煤工作面工作面回风巷采区运输巷二水平南翼皮带机道二水平南翼回风暗斜井250m南总回风巷中央风井。二、煤流系统采煤工作面煤工作面运输巷采区运输巷二水平南翼皮带机道二水平南翼煤仓二

23、水平皮带暗斜井井底2号煤仓主井地面。三、排水系统方案：工作面涌水自流或用泵排至采区轨道巷，然后自流至采区水仓，经采区泵房排至南大巷水沟。采区泵房安设BQW-60/50排沙泵三台，功率为22KW，其中两台工作，一台备用。方案：工作面涌水自流或用泵排至采区轨道石门及上山，然后自流至南大巷水沟。四、辅助运输系统材料、设备自南大巷采区轨道巷工作面进风行人斜巷工作面材料巷采煤工作面。工作面两道视煤层赋存情况增设辅助绞车提升。五、供电、通信、安全监测系统1、供电系统根据1603采区生产能力及井下位置，在采区服务年限内设立一个变电所即能满足要求。变电所设在采区的中部，距二水平中央变电所约1000米，容量以一

24、薄煤层综采对拉面、一综掘工作面、一炮掘工作面、一个备用面为基本负荷，约3800kVA，采用双回路供电方式。初步设想由二水平中央变电所引出两回路6kV高压电缆向1603采区变电所供电，单线路供电电缆长度为1000m。2、通信系统：采用DDK-6M型数字程控调度通信系统，将安全型电话机分别接至各工作面、掘进迎头、变电所及转载点即可。3、安全监测系统：采用我矿现有的KJ66安全监测系统，对采掘工作面瓦斯、一氧化炭、风速、温度和局扇开停及生产情况进行24小时不间断监测。监控设备的种类包括监控分站、断电器、馈电传感器、甲烷传感器、风筒压力传感器、风速传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、设备开停传感器等。

25、监控分站安装在采区变电所或支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道中，每1-2个采掘工作面需要1台；断电器安装在馈电开关或高防开关附近；馈电传感器安装在馈电开关或高防开关中；甲烷传感器在每个掘进巷道安装2台，距迎头5米内1台，距巷道出口10-15米处1台；甲烷传感器在每个工作面回风巷安装2台，距煤壁10米内1台，距巷道出口10-15米处1台；温度传感器在每个工作面回风巷、距巷道出口10-15米处安装1台；一氧化碳传感器在每个工作面回风巷、距巷道出口10-15米处安装1台；设备开停传感器每个风机上各按1台；采区回风巷设置甲烷传感器、风速传感器和一氧化碳传感器；机电峒室设置温度传感器；采区主要进回风巷道

26、的主要风门必须设置风门开关传感器；甲烷传感器、温度传感器、一氧化碳传感器应垂直悬挂，距顶板不大于300mm，距巷壁不得小于200mm；风速传感器应设置在巷道前后10m内无分支、无拐弯、无障碍、能准确计算风量的地点。六、防尘系统地面静压水池的防尘水利用6吋管路通过副井井筒引入井下，经-320m水平井底车场、南大巷、二水平南翼回风暗斜井到-430m水平车场，通过-430m南大巷改为4吋钢管一路进入采区轨道巷，通过采区轨道巷进入各工作面；另一路利用4吋钢管经采区运输巷进入各工作面。第五节 开采程序本区煤层倾角平缓，工作面开采顺序采用区内后退式，尽量避免跳采，采区南北翼交替开采。第六节 巷道布置方案的

27、比较与选择一、各方案的优缺点针对第三节提出的采区巷道布置的两个方案，结合各方案的系统，经比较各方案的优缺点如下：方案：优点：1、采区轨道巷基本沿16煤布置，可以探明煤层的赋存情况，为工作面的布置创造了条件。缺点：1、辅助运输复杂，需多部绞车转运。2、增设采区水仓、泵房，系统复杂，管理难度大，采区抗灾能力低。3、工作面两巷开门位置多处于斜巷，不利于掘进施工及生产期间辅助运输。4、采区生产期间排水、辅助运输等运营费用较高。5、工程量大，而且岩巷工程量所占比重大。方案：优点：1、采区内排水能够实现自流，抗灾能力强。2、辅助运输通过采区石门，环节少，系统简单，安全可靠。3、工作面联络斜巷工程量少，平巷

28、内开门，便于施工。4、便于处理工作面两巷与采区准备巷道的交叉关系。5、采区准备工程量小。6、采区生产期间排水、辅助运输等运营费用低。缺点：1、轨道石门段距煤层稍远，不利于工作面布置时的层位确定。二、各方案的综合比较1、各方案的掘进工程量比较。详见表4-2。表4-2 1603采区方案设计准备巷道工程量对比表序号工程名称断面()煤岩别工程量方案方案1采区轨道巷9.0岩2685929.2半煤岩6493352采区运输巷9.0岩5922829.2半煤岩3346363采区变电所10.8岩80804轨运联络巷9.2半煤岩30305水仓及泵房10岩23006安全硐及绞车窝等5.5岩676511合 计22502

29、020备 注方案：总量2250m，岩巷1210m，占53.8，半煤岩巷1040m，占46.2。方案：总量2020m，岩巷990m，占49.0，半煤岩巷1030m，占51.0。2、各方案的费用比较。详见表4-3。表4-3 1603采区方案设计费用比较表序号费用项目费用（万元）方案方案1井巷工程费（直接费用）877.1781.92排水设备设备购置与安装150运营费(/a)2503合计917.1781.9通过对以上两个方案的分析比较可以看出，方案的优点非常明显：一是工程量小，费用低，辅助运输环节少，系统简单、安全可靠，对安全生产管理及精品工程创建创造了良好条件。二是抗灾能力强，由于1603采区是二水

30、平首采区，对十下石灰岩涌水量的预计还没有经过事实检验，采用方案将对采区的抗灾能力是一个严重考验。三从工作面施工方面来看，方案都从斜巷开门，对施工和安全管理都不利；而方案多从平巷开门，施工方便，安全可靠。四从经济比较看，方案比方案井巷工程直接费用节省95.2万元，排水设备购置费用节省15万元，排水设备运营费一年就可节约25万元，在采区3.24年的设计服务年限内，可节约81万元，而且省去了需经常挖水仓的麻烦，方案在经济上的优势非常明显。在矿生产口领导的指导下，经反复研究和综合分析比较，我们选用方案作为1603采区设计主要依据，请集团公司领导审批。第五章 防灭火设计我矿现设计开采的16煤经煤炭科学研究总院重庆分院分析化验，为二类自燃煤层。为了防止1603采区在生产时发生自然发火事故，编制以下防灭火设计。一、巷道布置1、采区准备巷道沿煤层布置时，为了避免煤层与空气长期接触，必须采用锚喷支护。2、回采巷道全部进行喷浆封闭，避免与空气长期接触。二、回采方法1、采煤工作面采用后退式回采，自然陷落法管理顶板。2、按照最短自然发火期，回采工作面的推进速度每月不少于50米。三、预防自然发火方法因二水平16层煤属二类自燃煤层，为了防止自然发火事故的发