放顶煤开采论文(修).doc

放顶煤开采论文(修)

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目 录

一 矿井概况 1
二 矿井改扩建工程 1
三 采煤方法的选择 1
（一) 地质构造及开采技术条件 2
（二） 煤层赋存条件 2
（三） 采煤方法分析比较 2
1．放顶煤综采 3
（1）开采深度 4
(2）煤层厚度及煤的硬度 4
（3）节理裂隙发育程度 4
（4）煤层夹矸 5
(5) 顶板条件 5
2．大采高综采 6
（四） 采煤方法 6
四 矿井的生产实践 6
五 结束 7

一 矿井概况
山西朔州平鲁区西易煤矿有限公司位于宁武煤田平朔矿区西南部，地处山西省平鲁区境内，距平鲁区井坪镇15km，行政区划属于平鲁区白堂乡管辖.井田东西长1.359km，南北宽3.468km,面积2.5892km2，主要可采煤层3层(4＃、9#、11＃煤层），保有地质储量6616万吨。
山西朔州平鲁区西易煤矿原为乡办煤矿,始建于1979年，设计生产能力为30万吨/年，矿井采用斜井开拓，共布置二个井筒,主斜井和副斜井，1980年建成投产。2009年9月山西省煤炭企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发【2009】36号文批准，以山西西易能源集团股份有限公司为主体，由原山西平朔安家岭西易煤矿有限公司、山西朔州平鲁西易新井煤矿有限公司兼并重组整合而成的煤矿企业，2009年10月14日山西省国土资源厅为该矿颁发了C1400002009101220038930号采矿许可证,批准开采煤层为1—11号煤层，生产规模90万吨/年。

二 矿井改扩建工程

山西朔州平鲁区西易煤矿煤层赋存稳定，煤炭资源丰富,煤质优良,开采技术条件及外部建设条件优越，具备建设中型矿井的条件。兼并重组前井下布置一炮采工作面和两个炮掘工作面，原煤生产能力30万吨/年,现有矿井的生产能力与矿井的资源条件、开采技术条件极不匹配，生产效率很低,资源浪费比较严重,且受现有客观条件的限制，矿井各主要生产环节能力均趋于饱和，甚至超负荷运转，存在一定安全隐患。为加大煤炭资源的回收率，为进一步改进工艺和装备，提高原煤机械化程度和水平,实现集约化生产，改善安全生产条件，2010年2月山西朔州平鲁区西易煤矿有限公司委托山西源通煤矿工程设计有限公司为西易煤矿编制《山西朔州平鲁区西易煤矿有限公司矿井生产能力核定(扩建）安全专篇》,以促进矿井持续、安全、高效、环保、有序，健康地发展,增设专用回风立井、回风大巷和轨道大巷，并且对各系统进行了改造，经市安全监察局组织省专家组验收合格，满足年生产90万吨/年的要求。

三 采煤方法的选择

（一) 地质构造及开采技术条件
西易煤矿井田位于宁武煤田北部平朔矿区西南部，井田基本呈一轴向北西的短轴背斜构造。背斜两翼地层平缓，倾角较小，一般在3～5°之间。根据生产地质报告及井下生产巷道揭露，井田内共有两条逆断层，分别位于井田北部（F1)中南(F2），F1断层走向北东-东，倾向东南，倾角75度,落差39米，该断层原山西朔州平鲁西易新井煤矿有限公司主副井开拓均有揭露,断层控制可靠；F2断层走向北东，倾向东南、倾角45度、落差40米，该断层由021号钻孔施工揭露，原山西平朔安家岭西易煤矿有限公司开采9号煤层时也有揭露.断层控制可靠，对煤层开采影响不大.井田内未发现陷落柱和火成岩入体,井田构造属简单类型.西易煤矿属于低瓦斯矿井，各煤层属于自燃煤层，煤尘均有爆炸危险性。
(二） 煤层赋存条件
西易煤矿井田主要含煤地层为太原组，含煤地层总厚140～210m，平均厚175m,煤层总厚26。52~28。12m，平均27.32m，含煤系数为33。49％。其中主要可采煤层有3层，分别为太原组的4号煤、9号煤和11号煤层.
太原组4号煤层厚度3。05～5.27m，平均4。16m,是本矿井的主要可采煤层。4号煤全区可采,但厚度变化较大，结构中等,含泥岩夹石1～3层。其顶板为3。0m厚的泥岩，底板为2。0m厚的泥岩。9号煤上距4号煤层平均42.12m，煤层厚度在11～17。55m之间，平均厚11.94m，也是本矿井的一个主要可采煤层,占整个矿井工业储量的50％。该煤层比较稳定,全区可采。结构极复杂，含夹石1—7层，顶板为砂岩、泥岩或砂质泥岩，底板为泥岩、砂岩;有时有炭质泥岩伪底。11号煤层位于太原组底部,上距9号煤层平均2。25m，煤层厚度在2.4～4。26m之间，一般厚2.52m，为本矿的第三个主要可采煤层。该煤层厚度变化比较大,结构简单,全区可采，含夹石1～3层.其顶板为泥岩、砂质泥岩,底板为灰黑色泥岩，局部有炭质泥岩伪底。
（三） 采煤方法分析比较
适宜的采煤方法是建设高产高效矿井的关键。采煤方法的选择，应根据煤层赋存状况、开采技术条件、设备发展水平以及安全、产量、效率、成本和煤的回收率等因素综合比较后确定。
根据本井田地质构造、煤层开采技术条件及赋存条件，本矿井开采条件比较优越，
具备建设高产高效矿井的条件,应首推高产高效的建设模式，努力提高矿井的经济效益和社会效益。根据矿井设计生产能力，为实现集中生产、一矿一面的高产高效要求，本矿可选用的采煤方法有大采高综采、放顶煤综采和分层综采。纵观近几年国内主要高产高效矿井产量和采煤工艺,由于分层开采需要大量的人力、物力和财力，同时开采过程及工序复杂,单产很难突破百万吨，难以适应本矿井一井一面高产高效的要求，再者本矿井各可采煤层不稳定，煤厚变化较大，使得分层开采具有较大的局限性。故根据本矿井可采煤层厚度，设计只对放顶煤综采和大采高综采进行综合分析、比较。
1．放顶煤综采
放顶煤综采法自1982年沈阳蒲河矿采用中位放顶煤支架试验综采放顶煤成功以来，开采技术已趋成熟，在我国条件合适的矿井中得到了广泛采用，并已开始向三软、夹矸、硬煤等条件下的矿井进行应用研究。
实践证明，在厚及特厚煤层中，综采放顶煤较分层开采，简化了巷道布置和回采工序，节省了人力、财力、物力、时间消耗，降低了成本；提高了工作面单产和工效；生产高度集中，有利于矿井的管理与控制,实现安全文明生产；对于地质条件比较复杂、断层多、煤层厚度变化大的煤层适应性强.正是由于放顶煤综采具有上述适应性强、掘进率低、材料消耗量少、生产集中、产量大、效率高、成本低等明显优点，原煤炭部以煤基字(1996）第214号文颁布的《煤炭工程设计暂行规定》第十五条：“缓倾斜厚及特厚煤层或急倾斜特厚煤层，条件适宜并安全有保障时，可采用综合机械化放顶煤采煤法"。在政府推行减人提效的政策引导及企业追求利润最大化的目标下，放顶煤开采获得了突飞猛进的发展。目前，综采放顶煤已经达到了工作面年产超5。00Mt、效率近400t/工的生产水平，我国已经成为世界上综采放顶煤开采技术发展最快、拥有放顶煤液压支架数量最多的国家。
由于放顶煤主要是利用顶板压力破煤，因此对煤层的冒放性及赋存条件有一定的要求，根据我国多年生产实践，影响顶煤冒放性的自然因素主要有开采深度、煤层厚度、煤层结构、夹矸层数多少及其硬度和厚度、煤层顶底板岩性及其厚度、老顶岩性及其厚度和岩、煤体裂隙发育程度，还有煤岩交界面地质结构整合程度等.下面对本矿井主要可采煤层的冒放性进行综合分析。
（1)开采深度
生产实践和理论计算都表明，顶煤冒放性随着开采深度的增加而提高。本井田埋藏最浅的4号煤层埋深近140m,最下面的11号煤层埋深达210m,因此从开采深度来看,整个矿井各可采煤层都处于顶煤冒放效果较佳的埋深。
（2)煤层厚度及煤的硬度
一般来讲，过厚的顶煤其上部难以达到充分松动，国内外综放工作面的实测和科研院所试验结果证明，顶煤冒放性随煤层厚度的增大而减弱，其最大临界厚度为12。5～15m。本矿井4号煤层厚在3.05～5。27m之间，平均4。16m；9号煤层厚在11～17.55m之间，平均14。94m；11号煤层厚在2。4～4.76m之间，平均2。52m。4、11号煤层厚度变化比较大，放顶煤以外的采煤工艺难以适应厚度变化太大的煤层，而放顶煤对厚度变化大的煤层适应性强，可边采边放，也可只采不放。目前国内放顶煤达到较高产量的煤层厚度在6m左右，采放比最大1:2,而本矿井开采9号煤层采放比为1：3，属理论上放顶煤开采较佳的采放比。
国内对放顶煤综采工作面的实测统计结果表明，煤层强度是影响顶煤冒放性的关键因素.试验结果证明：中硬煤层为半圆拱式冒落,椭柱体放出，顶煤跨落角67°，放出率73。1％；硬煤为拱桥式冒落，抛物体放出，垮落角55°,顶煤放出率仅为13.4％。按照顶煤的强度与破坏关系理论计算,一般情况下，当煤的强度值Rc〉20Mpa时,顶煤的破坏程度降低,其冒落性较差。本矿井虽然地处平朔矿区，但各煤层均属于中硬煤层,是完全可以冒落下来的而且能保证较好的顶煤放出率。
(3）节理裂隙发育程度
顶煤裂隙发育程度直接影响到顶煤的冒放性,节理裂隙发育的煤层，顶煤在支承压力的作用下易于破碎，节理裂隙越发育,顶煤的冒放性就越好，就越易于放出。通过钻孔综合柱状图看出，本井田4号煤层为黑色、半暗淡型，贝壳～参差状断口，有明显的层状构造,内生裂隙发育；9号煤层为黑色，沥青光泽，平坦状，参差状断口，内生裂隙发育，属半暗-半亮型煤；11号煤层为黑色、沥青、似玻璃光泽，结构较复杂，内生裂隙发育。综上述，各煤层的裂隙发育对顶煤冒放都比较有利。
（4）煤层夹矸
若顶煤中存在厚而坚硬的夹矸，将会严重影响顶煤的冒放性.一方面，夹矸在顶煤中形成“骨架”，使顶煤不易跨落；另一方面，即使顶煤跨落,夹矸易形成大块,影响顶煤冒放过程中的流动性，容易堵塞放煤口。而顶煤中夹矸单层厚度一般不大于300mm，其强度对顶煤的冒落没有任何影响。从各煤层钻孔柱状图分析,4号煤夹矸基本都位于煤层的中下部，而煤层上部不含夹矸或局部含一层较薄的夹矸，所以对支架放煤的影响比较小，在采煤机切割含矸部分的煤层后，容易使上部不含矸的煤层在顶
板压力作用下冒落下来。根据《生产矿井地质报告》提供的资料,4号煤层的夹矸中普遍含有有益矿产高岭岩,且品位较高，可作为副产品分选销售。其高岭岩有两层，位于煤层中下部，基本处于放顶煤采煤机的截割范围之内.因此放顶煤工艺开采4号煤也不会影响高岭岩的回收。
9号煤厚度比较大,结构复杂，煤层赋存稳定，夹矸层数多且层位不稳定,会对放煤有一定的影响.从钻孔资料看出，在煤层的中下部有一层厚度相对较大，赋存不太稳定的夹石层,将煤层分为上下两部分,夹矸厚度0。20~0。83m，夹矸上部煤层厚度7。57～8.2m，下部煤层厚度2.80左右。通过对综采放顶煤的顶煤破坏机理的研究，支架对顶煤的直接破坏区在2.00m左右，针对本煤层当割煤高度在2。8m左右时,上述夹矸正处在支架上下反复作用的破坏区内。煤层的顶部夹矸距煤层底板6。15～7。21m，其上覆煤层厚度较小，大部分小于最低可采厚度，对本煤层资源回收影响不大。另外，本煤层所含夹矸均为泥岩或炭质泥岩，硬度都比较小,难以形成台阶型悬煤或大块煤堵塞放煤口.可见只要选择合适的采放比，9号煤层复杂的夹矸对放顶煤开采影响不大.
11号煤层结构也较复杂,含夹矸1~3层,厚度0。22~0。32m，夹矸层数多且层位不稳定,多为炭质泥岩,煤层顶板为泥岩或砂质泥岩.煤层厚度平均2.52米，采用一次采全高可采出。

（5） 顶板条件

影响煤层冒放性的顶板包括煤层直接顶和老顶两部分,直接顶对顶煤压裂无直接影响，但直接顶能够随采随冒，能充满采空区以防老顶冲击来压，并促使顶煤放出。因此，

直接顶具有一定的厚度是放顶煤综合开采顶煤破碎冒落后顺利放出的基本条件,否则不利于顶煤冒落.本井田9号煤层的顶板岩性以泥岩为主，属于1类不太稳定顶板，节理发育,比较松软。因此9号煤层直接顶容易冒落，这样的顶板条件下顶煤是比较容易放出的。其他4号层煤的直接顶也是泥岩,砂质泥岩为主，总体来说对放煤是比较有利的。
2．大采高综采
大采高综采采煤工艺是国外高产工作面采用的主要方法。我国从1978年起,开始试验厚煤层大采高一次采全厚开采方法，至今已取得了长足进步.但由于我国的综采设备制造技术尚不完备，使国产设备大采高技术未能在我国广泛推行，而国外高产高效长壁工作面由于采用重型化、强力化、自动化和机电一体化的设备，走生产集中的途径,工作面的单产和工效大幅度得到了提高。
与放顶煤综采相比，大采高综采具有工作面过风断面大，便于解决工作面上隅角瓦斯超限问题；回采工艺相对简单，在地质条件简单的前提下，容易保证工作面的达产和
稳产。但若采高与煤厚不协调,会因留顶、底煤而带来管理上的困难；在同时满足产量的情况下，一套大采高设备投资约是放顶煤设备投资的1。5倍,增加设备投资.
综上所述,对于西易煤矿而言,采用长壁式采煤方法、采用放顶煤支架,可采用边采边放，具有较强的灵活性和适用性.
（四） 采煤方法
根据西易煤矿的地质资料、煤层厚度及赋存情况及近几年的生产经验，采用综采放顶煤开采是可行的、经济的，采用已相对成熟的综采放顶煤一次采全高全部冒落采煤法。根据矿井9号煤投产盘区的赋存条件，确定工作面长度120m，选用MG160/380-WD采煤机，SGZ630/220型刮板输送机，ZF4600/19/30型液压支架，支撑高度为1.9～3。0m。采高2.8m,放煤高度8。4m，采放比1：3 。
四 矿井的生产实践
通过西易煤矿改扩建工程，进行采煤方法改革，布置一个综采放顶煤面,实现设计生产能力90万吨/年，是可行的，也是完全合理的。
五 结束
随着我国煤炭工业持续不断的发展,矿井建设大型化、生产集中化已是大势所趋，煤层厚度变化大、夹矸多、结构复杂的煤层将越来越多,为实现资源节约型，提高资源的回收率,达到提高矿井的经济效益之目的。

参考文献
【1】徐永圻、煤矿开采学。中国矿业大学出版社,2008。(08）
【2】山西朔州平鲁区西易煤矿有限公司《生产矿井地质报告》，2011.（05）
【3】山西朔州平鲁区西易煤矿有限公司矿井生产能力核定（扩建）
《安全专篇（修改版）》,2010。（02）

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