（矿业工程专业论文）七台河矿区龙湖煤矿二采区最佳回采工艺方式的研究.pdf

辽宁t 程技术人学t 程硕 。学位论文 摘要 黑龙江省七台河矿区龙湖煤矿煤种齐全，煤质好，储量丰富。地质储量1 7 亿吨， 并且多为稀有煤种，其中肥煤、焦煤、三分之一焦煤所占份额相当大，但地质条件复 杂多变，断层分布纵横交错，落差大小不一，从不足一米到几十米，变化范围比较大。 这不仅导致可采煤量变少，回采率低，资源浪费严重，也给巷道布置，回采工艺的选 择带来了巨大困难。 龙湖煤矿如此，七台河整个矿区也如此。薄煤层不仅仅在龙湖煤矿储量大，在七 台河矿区分布也相当广范，储量也相当大。由于薄煤层开采问题在国内外普遍存在， 因此研究与解决薄煤层开采问题则是采矿学科领域专家学者们的主要使命之一 龙湖煤矿现有的五大采区，目前都面临复杂地质构造薄煤层的开采问题。本论文 题目就是针对七台河矿区龙湖煤矿二采区煤层开采提出来的。龙湖煤矿二采区地质条 件特别复杂，煤层赋存条件不稳定，大小断层特别多，煤层可采块段储量小，确定其 最优回采工艺方式选择问题，则是工程技术人员们面临的首要课题，也是矿井生产必 须解决的问题。论文针对龙湖煤矿二采区的实际情况，首先分析研究了综合机械化采 煤工艺的可行性，在得出龙湖煤矿不能使用综采的前提下，进而对普采工艺、炮采工 艺及其各项回采参数进行了深入研究、分析与详细比较，并在此基础上提出了龙湖煤 矿二采区及龙湖煤矿的最佳回采工艺方式。 关键词：薄煤层开采普采参数炮采参数炮采与普采对比 辽宁t 程技术人学t 程硕 学位论文 a b s t r a c t t h ec o a li so ff u l l r a n g ev a r i e t i e s ，g o o dq u a l i t ya n dr i c hi na m o u n ti nl o n g h uc o a l m i n ei nq i h a i h eo r el o c u si nt h ep r o v i n c eo fh e i l o n g i i a n g g e o l o g i c a lr e g c r v c sa l e1 7 m i l l i o nt o n s ；t h e r ei n t op r o p o r t i o no fr a r ec o a l st h a tm a i n l yi n c l u d e sr i c hc o a l ，c o k i n gc o a l ， o n et h i r do fc o k i n gc o a li sv e r yh i g h b u tv a r i e dg e o l o g i c a ld i s t r i b u t i o ni n t e r f a c e sa l ef u l l o fs l i p sw h e r et h er a n g eo ff a l li sf r o ml e s st h a nam e t e rt ot e n sm e t e r s ，t h a tn o to n l yl e a d s t ol c s sc o a lq u a n t i t y ，t h el o wr a t eo fm i n i n g ，s e r i o u sw a s t eo fr e s o u r c e s ，b u ta l s o1 c a d st o e n o r m o u sd i f f i c u l t i e st ot h er o a d w a yl a y o u ta n dm i n i n gt e c h n o l o g ys e l e c t i o n l o n g h uc o a lm i n ei sl i k et h a t , s oi td o e st h ee n t i r eq i t a i h eo r el o c u s t h er e s e r v e so f t h i ns e a ma r ec o n s i d e r a b l en o tb l i l yi nl o n g h uc o a lm i n eb u ta l s oi nm o s ta r e ao fq i t a l h e o f el o c t l s b e c a u s et h ei s s u e so nt h i ns e a mm i n i n go c c u rp r e v a l e n t l ya th o m ea n da b r o a d , s t u d y i n ga n ds o l v i n gt h e mi so n eo f t h em a i nt a s k so fe x p e r t sa n ds c h o l a r si nt h em i n i n g a r e a n l ef i v ee x i s t i n gp a n e l si nl o n g h uc o a lm i n ea l lf a c ei s s u e so ft h et h i ns e a mi n c o m p l e xg e o l o g i c a ls t r a c t u r e t h et o p i co ft h i sp a p e ri sp r o p o s e db a s eo nt h ec o a ls e a mi n t h es e c o n dp a n e li nl o n g h uc o a lm i n ei nq i t a i h eo r el o c u s i nt h el o n g h us e c o n dp a n e l ， t h ep a r t i c u l a r l yc o m p l e xg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，i n s t a b i l i t yc o n d i t i o n so fc o a ls 锄，m a n y k i n d so f s l i p s a n ds m a l lr e c o v e r a b l er e s e r v e so f c o a l 鲥砌d e t e r m i n et h a tt h ep r h n a r yi s s u e t h a ts h o u l db ef a c e db yt h ee n g i n e e r i n ga n dt e c h n i c a lp e r s o n n e li st h es e l e c t i o no fo p t i m a l c o a lm i n i n gt e c h n o l o g yi nm i n i n gp r o d u c t i o n b a s eo nt h ef a c to ft h es e c o n dp a n e li n l o n 【g h nc o a lm i n e ，t h i sp a p e rf i r s ts t u d i e st h ef e a s i b i l i t yo ff u l l y - m e c h a n i z e dc o a lw i n n i n g t e c h n o l o g y a f t e rw ek n o wf u l l y m e c h a n i z e dc o a lw i n n i n gt e c h n o l o g yc a nn o tb ea p p l i e d i n l o n g h uc o a lm i n e ，r e s e a r c hd e e p l y ，a n a l y s i sa n dc o m p a r ed e t a i l e da m o n gt h e h i g h e r g e n e r a lm i n i n gt e c h n o l o g y ，t h eb l a s t i n g a n dm i n i n gt e c h n i q u ea n dm i n i n g t e c h n o l o g y , t h e np r o p o s et h eo p t i m a l c o a lm i n i n gt e c h n o l o g yo nt h es e c o n dp a n e li n l o n g h uc o a lm i n ea n dt h ew h o l el o n g h uc o a lm i n e k e yw o r d s ：t h i nc o a ls e 锄e x t r a c t i o n ； c o n v e n t i o n a lm e c h a n i z e dm i n i n g p a r a m e t e r ：，b l a s t i n gm i n i n gp a r a m e t e r ；c o m p a r s i o no fb l a s t i n g m i n i n ga n dc o n v e n t i o n a lm e c h a n i z e dm i n i n g 辽宁l ：程技术人学f 程硕士学位论文 l 概论 1 1 课题研究的意义 对全国8 6 个统配矿务局的5 8 6 个矿井的统计表明，有8 0 个局4 5 5 个矿 井赋存有薄和极薄煤层，其可采储量为5 2 9 亿t ，占全国统配煤矿可采储量 的2 0 8 6 。然而薄煤层的产量只占1 0 左右，远远低于其储量所占比例。纵 观全国形势，薄煤层的开采问题越来越突出，已是一个急待解决的问题。其 中双鸭山、鸡西、七台河、淄博等局薄煤层比重较大，峰峰、焦作、山西等 局薄煤层占相当比重，徐州、兖州、大同、新汶、枣庄以及华北、华东的许 多矿区也面临薄煤层的开采问题。这些矿区的薄煤层和极薄煤层多为缓倾斜 煤层。据统计，我国各类煤层的可采储量占总可采储量的比例是缓倾斜煤层 为8 5 9 5 ，倾斜煤层为1 0 1 6 ，急倾斜煤层为3 8 。我国煤炭产量的绝大 部分来自缓倾斜煤层，缓倾斜煤层的产量占总产量中占8 4 9 。在缓斜煤层 中，薄煤层储量约占2 0 ，因而研究缓倾斜薄和极薄煤层的开采问题具有重 要意义。由于薄煤层单产低，效益差，工人收益低等问题，薄煤层的产量 只占1 0 左右，远远低于其储量所占比例，并且产量比重有进一步下降趋势。 分析原因有两个方面的因素：一是客观因素，二是人为因素。客观因素是薄 煤层工作面空间小，机械化开采困难，对薄煤层机组要求条件高，不但对机 组外形尺寸有要求，而且要求功率大、性能可靠、结构简单、对项底板的适 应性强、机械故障率低。目前我国薄煤层机组的设计制造水平还存在不少问 题，对于薄煤层开采，急需强力、高性能、自动化程度高的第三代采煤机产 品。 人为因素对薄和极薄煤层的开采的影响是不可忽视的。有些局矿因储量 丰富，地质条件好，根本不把薄煤层开采摆到日程上。有些地区对1 m 以下 的煤层不采或很少开采，从指导思想上就不重视薄煤层的开采。因此和中厚 煤层综采、普采一样，薄煤层开采仍然存在着一个合理布局、整体规划、选 择最佳回采工艺方式的问题。尤其是薄和极薄煤层生产矿井，这一问题更为 突出。如何使矿井稳步发展，充分开发利用煤炭资源，从根本上解决提高薄 煤层的产量和效益，已是我们采矿工作者义不容辞的任务。 i 2 国内外研究现状 辽宁工程技术丈学工程硕士学位论文2 目前，国内外薄和极薄煤层开采技术方面的研究主要有以下几个方面， 一是综合机械化薄煤层开采技术；二是薄煤层地下气化技术；三是薄煤层开 采高产高效技术：四是薄和极薄煤层机械化开采技术，五是复杂地质条件下 的薄煤层开采技术等。虽然在该领域的研究中有大批研究成果问世，然而这 些研究成果主要是解决地质构造较为简单，开采条件较好的薄和极薄煤层开 采技术方面的大多数问题。对于地质构造复杂，开采条件不好的薄和极薄煤 层开采技术方面的研究开展得不多，成果也很少，国外更是很少有人研究。 龙湖煤矿多数煤层厚度都在o ，8 一1 3 米之间，地质条件复杂，开采条件不 好，许多国内外的成果不能应用到龙湖煤矿实践中。七台河矿区龙湖煤矿及 二采区从投产以来就面临最佳回采工艺方式的选择问题，在运用综合机械化 采煤和普通机械化采煤方面，做了一些尝试，到目前为止，无论是采用综采 还是采用普采，其技术经济效果都未达到预期的目的，高产高效更无从谈起。 本研究本课题一一七台河矿区龙湖煤矿二采区最佳回采工艺方式的研究，就 是针对龙湖煤矿及二采区生产中亟待解决的闯题而提出来的，当然也是就当 今世界资源相对短缺、匮乏，人类应尽可能把现有的有限的资源尽其所能的 回采、回收而提出来的。研究的目的在于找出一种合理、可行、经济效果良 好的开采技术，解决龙湖煤矿复杂地质条件下的薄煤层开采问题，提高资源 相对采出率，并作为同类条件薄和极薄煤层开采技术上的借鉴，研究此问题 不仅对龙湖煤矿有现实意义，对复杂地质条件下的薄煤层开采研究方面也具 有深远意义。 。 1 3 矿井地质采矿条件概况 1 73 1 矿井位置及范围 七台河矿区龙湖煤矿位于黑龙江省七台河市勃利县北兴农场境内，于 市区之东，距市中心2 5 公里，西邻富强、铁东、北岗煤矿，东部有岚峰、 七蜂等普查区。地理座标东经1 3 1 度1 2 1 5 分，北纬4 5 度5 0 。5 3 分。勃利一一 宝清公路横贯区内。距二台河矿区富强煤矿铁路1 0 公里。七台河市距佳木 斯市17 2 公里，距牡丹江市2 3 2 公里，距哈尔滨市5 8 7 公里，均有铁路、公 路可通，交通方便。( 见龙湖煤矿交通位置图) 矿区范围：北自f 1 断层，南至f 1 9 断层，西自第9 勘探线与龙西精查 辽宁r 程技术大学t 程硕十学位论文 区相接，东至第1 9 勘探线，走向长4 5 公里，平均化碳斜宽5 公里，深部 以一6 0 0 米标高为界，面积为2 2 5 平方公里。 1 j3 2 矿井生产建设情况 龙湖煤矿位于七台河矿区东北部，北兴农场境内。井田面积2 7 5 平方 公里，龙湖煤田含煤1 0 5 层，其中可采和局部可采煤层4 1 层，可采煤层总 厚4 0 9 3 米，煤层平均厚度为0 9 8 米，煤层倾角在2 0 度一6 0 度之间变化。 煤种以焦煤、肥煤、1 3 焦煤为主，属低磷、低硫的国家稀有煤种。矿井于 1 9 9 0 年9 月开发建设，1 9 9 8 年移交试生产，矿井设计生产能力为1 2 0 万吨 年，2 0 0 5 年立井核定生产能力为1 4 0 万吨年( 矿属直属井核定生产能力1 6 万吨年，未批复) ，矿井开拓方式为立井多水平上、下山开拓( 共计两个水 平) 。矿井现有五个生产采区，三个开拓区，现有1 2 个采煤工作面，4 2 组掘 进工作面。全矿现有职工6 5 0 0 人。 矿井生产系统情况： l 、运输系统：主立井1 2 吨箕斗， 员、物料、矸石通过付立井罐笼提升， 通过斜井运输。 一水平1 0 吨架线机车牵引矿车。人 采区运煤是皮带，矸石、物料、人员 2 、提升系统：主立井1 2 吨箕斗。付立井：双层四车罐笼。 3 、排水系统：一水平井底水仓2 9 0 0 m 3 ，排水设备为m d 4 5 0 - - 6 0 8 4 6 ， 水泵3 台，两趟排水管，直径3 2 5 m m ，矿井正常涌水量1 2 0m s h ，最大1 5 0 m 3 h 。 4 、供电系统：地面固定设备采用由龙湖变直配双回路供电，入井采用3 条1 5 0 m m 2 电缆入井，由龙湖变直配至井底中央变。 5 、通风系统：两入三回，抽出混合式通风。 两入：付立井和原一采主井入风。 三回：北立风井，南风井，四采风井。 目前矿井总回风量：1 9 4 2 9m 3 m i n ，总入风量：1 9 0 6 2m 3 m i n ，矿井绝 对瓦斯涌出量为5 4 1m 3 m i n ，相对瓦斯涌出量为2 2 2m 3 m i n ，矿井无c 0 ： 涌出，经鉴定矿井瓦斯等级为低沼气矿井。煤尘具有爆炸性，指数在3 0 左 右，无自然发火。 辽宁t 程技术人学【程硕士学位论文4 辽宁t j 翌技术大学i ：程硕士学位论文 矿井目前剩余可采储量1 1 3 亿吨( 一6 0 0 以上) ，尚可服务5 1 7 年。 1 3 3 矿井地质 1 3 3 1 地层 本区赋存的地层为中侏罗统万隆组( j ：u ) 、上侏罗统鸡西群滴边组 ( j 。d ) 、城子河组( j 3 c h ) 及白垩系桦山群东山组( k 。d n ) 、第四系。自下而 上叙述如下： 一、万隆组( j 。d ) 在本区公分布在f l 断层以北，为9 1 1 8 等钻孔控制。本区所见为万隆 组地层的一部分，可与东方红、茄子河等区对比，其岩性为正常沉积岩、以 粗粒碎屑岩为主、夹粉砂岩、细砂岩及凝灰岩等。火山物质含量较多，富含 白云母，分选较差。岩相变化较大，基本不含煤，但9 2 7 0 钻孔见有薄煤。 本区实控厚度5 0 0 米。本组为鸡西群下伏地层。 二、滴道组( j 。c h ) 本组地层仅赋存于本区南部f 1 8 一f 7 5 之间背斜轴部，本区控制厚度仅 1 8 0 米。上至1 0 6 号煤层上部砾岩之底界，这是区域性划分界线，下部控制 至1 1 5 号煤层。此段地层发育煤层1 6 层，总厚1 2 6 5 米，复结构煤层居多， 稳定性差，可采煤层2 层，有1 0 9 、1 1 0 号煤层。可采总厚3 2 9 米，本组地 层岩性偏粗，粗砂岩、含砾粗砂岩发育，时夹砾岩层，岩相在横向上变化较 大，不稳定。本组与下伏万隆组接触关系在邻区北岗、茄子河、东方红区所 见为不正合接触。 三、城子河组( k 。d n ) 本组是本区主要含煤地层，亦即勘探的主要目的层。下至1 0 6 号煤层 顶部砾岩之底界，上至2 0 号煤层顶部。本组地层厚度1 8 8 0 米，含煤8 9 层， 其中可采及局部可采煤层3 9 层，可采煤层总厚3 7 6 4 米。主要可采煤层均 赋存于本组之中。本组地层之岩性较滴道组、粗相岩石逐渐减少，而细相岩 石则逐渐增多，岩、煤层稳定性逐渐变好。组成岩石主要为粉砂岩、细砂岩、 粉砂岩细砂岩互层、中砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩、煤层及少量薄层凝灰岩、 云母质粉砂岩等。本组与下伏滴道组接触关系为整合接触。根据岩性，岩相 特征及含煤情况可分为4 段，由下而上分述如下： 辽宁i 柠技术人学i 程顿十学f z 论文 6 第一段：下至1 0 6 号煤层顶部砾岩之底界，上至8 6 号煤层，地层厚度 2 4 0 米含煤1 4 层、其中可采及局部可采煤层6 层，厚6 3 8 米。组成岩石为 含砾粗砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩及煤层等。本段煤层在1 3 线以西有所赋存、东部赋存标高均在一6 0 0 米以下。 本段中参与贮量计算的煤层有8 7 、9 0 、9 2 、9 4 、9 5 、9 5f ，计6 个可 采煤层。 第二段：下至8 6 号煤层之顶板，上至5 5 号煤层顶部粗砂岩，本段地 层厚度6 5 0 米含煤3 6 层，其中可采及局部可采煤层有5 5 、5 6 、5 7t 、5 7 、 5 8l 、5 8 、5 9 、6 0t 、6 2 、6 2 c 、6 2 9 、6 3 、6 4 ，6 5 b 、6 7 、6 7t 、6 8 、7 i 、计 1 9 层，厚1 8 9 7 米。本段是城子河组在本区的主要含煤段。含煤富集，且分 布面积较大。组成岩石有粉砂岩，细砂岩，粉细互层，中砂岩，粗砂岩及少 量薄层凝灰岩等。 第三段：本段下至5 5 号煤层顶板粗砂岩，上至3 8 号煤层顶部粗砂岩， 地层厚度5 2 0 米，含煤2 4 层，其中含可采及局部可采煤层有3 9 、4 0 、4 4 、 4 4 ，、4 6 、4 8 、4 9 、5 1 、5 4t 、5 4 、5 4 ，计1 1 层，厚9 8 2 米。其富煤性次 于第二段。本段在区内分布面积因构造分割及其居于上位，不及第二段赋存 面积大，出露在f 1 7 断层以东，及f 1 8 以南地带，一都分煤层在x 1 号向斜 轴部附近有变薄趋势，而成为不可采区。本段组成岩石为粉砂岩，细砂岩、 粉细砂岩互层，中砂岩、粗砂岩、煤层及少量薄层凝灰岩等。 第四段：本段地层下至3 8 号煤层顶部粗砂岩，上至2 0 号煤层上部， 地层厚度4 7 0 米，含煤1 5 层，含3 2 、3 5 、3 7 ，计3 层可采煤层，厚2 4 6 米。本段地层仅赋存于f 1 7 断层以东，x 1 号向斜轴附近，f 1 8 断层以南部分 仅在1 6 线以东有具赋存。分部面积小，且含煤逐渐减少，所夹煤层多为薄 煤层，显示城子河组由富煤期而逐渐减弱的变化趋势。本段组成岩石有粉砂 岩、细砂岩、粉砂岩细砂岩互层、中砂岩、粗砂岩、煤层及少量薄层凝灰岩。 本段地层在普查报告里曾将其划归为穆棱组，但以勃利煤田东部各区 勘探所获资料来看，本段地层无论从接触关系，岩相变化，岩石物质成份， 古生物组合等方面与其下部地层相比，均无明显差异，不具备形成一个独立 的自然地层单位所具备的条件，不同于鸡西煤田的情况。 辽宁拧技术人学i ：程硕十学位论文 7 四、东山组( k d n ) 本组地层出露在f 1 9 断层以南，是城子河组的上覆地层。该组在勃利 煤田分布广泛，沉积厚度也较大，但在本区实际控制厚度仅为4 0 0 米左右， 其岩性主要为灰一狄绿色安山质角砾岩组成，砾径2 1 3 c m ，偶夹含凝灰质 的正常沉积岩。 本组地层与城子河组的关系是，在铁东区实际控制为东山组地层与城 子河组为不同层位相接触，为不正合接触。在本区因f 1 8 断层以南地层倾斜 陡，工程可控制机遇少，因此它们的真实接触关系未被充分揭露出来，但这 一问题对矿井设计及生产来说影响不大。 五、第四系q 为残积层、坡积层、冲洪积层，由粘土、砂砾石及粉、细、中砂等组 成。厚度由0 5 10 米。冲洪积层本区仅在沟谷地带有所分布。 本区因与龙西、东方红、茄子河、富强等区连续相接，故各组地层在 区域对比上都是可靠的。本区地层简表如下： 本区地层简表 第四系第四系q 不整合 白垩系不整合 东山组 l k ! 鱼d2 下统 侏罗系上统城子河组 l 丑b2 整合 鸡西群 ( 1 2 焦2 不整合 滴道组 侏罗系 万隆组 ( l 竺 中统 1 3 3 2 矿井地质构造 按李四光地质力学观点，勃利煤田大地构造位置处于新华夏系第二隆起 带之上的三江一一穆棱河中生代聚煤坳陷带的中部，煤田内主要由一系列褶 皱及逆冲断裂组成，呈现向南突出的弧形构造。大体上以桃山断层为转折， 煤田西翼呈北西向展布，发育一系列张扭性断裂，地层产状以单斜为主，仅 南缘发育一些褶皱及逆冲断裂。而煤田东翼里北东向展布，发育一系列褶皱 及逆冲断裂，呈现明显的挤压带特征。在地史上，勃利煤田的岩浆活动也很 辽宁r 程技术大学 程硕士学位论文 强烈。主要分布着元古代花岗岩( y ：) 、上古生代海西期花岗岩( y 。) 、燕 山期花岗岩( y ；) 、燕山期中、酸性侵入岩及喷发岩，以及第三纪、第四纪 玄武岩( bn ) 。煤田东翼燕山期中性侵入岩及喷发岩比较强烈。由西向东活 动趋势渐强。 本区位于勃利煤田弧形构造之东翼，区内褶皱、断层均很发育，并伴 随岩浆活动。 一、基本构造形态 本区总的构造形态为一复式背斜，北部及南部各发育一个背斜，中部 为一向斜。f 1 7 断层以西部分，在x 1 向斜和b 5 背斜之间发育一组短轴褶皱。 褶轴向东倾状，西部地层出露较老，东部地层出露较新。北部边界为向北倾 斜的走向大逆冲断层，致使万隆组地层逆冲上来。南部为大的走向正断层， 致使东山组地层在南部出露。断块活动特点为北升南降趋势。 二、地层产状 总体地层走向为n e 4 5 0 左右。f 6 8 断层以西之x 1 向斜与b 2 背斜间地层 走向近东西向。地层倾角一般为2 0 。一5 0 。南部b 5 背斜南翼地层角为6 0 0 左右。 三、褶皱 区内主要褶皱为b l 背斜，x l 向斜及b 5 背斜三个基本褶皱主体。 b l 背斜：全区发育，走向n e 4 5 0 左右。向东倾状。基本上轴面为直立 状背斜，局部地段因断块上冲推移作用，南翼地层倾斜陡而北翼较缓，背斜 轴面向北倾。 x 1 向斜：全区发育。f 1 7 断层以西轴部走向为n e 5 0 0 ，向b 1 背斜靠拢。 东部轴部走向为n e 4 5 0 ，而逐渐远离b 1 背斜。基本上轴面为直立状向斜。 b 5 背斜：全区发育，轴部走向n e 4 5 。左右。背斜轴面向北倾斜，北翼 地层较缓南翼地层陡，一般在6 0 0 左右，是全区地层倾斜最陡的部分。 此外，f 1 7 断层以西在x 1 向斜与b 5 背斜之间还发育一组短轴褶皱，计 4 个背斜，由西向东逐渐消逝于f 6 8 与f i t 断层。这组褶皱一个显著特点即 浅部波幅较大，而向深部则逐渐减弱以至消逝。从褶皱这构造因素来看，浅 部较复杂些而深部则趋向简单。 辽宁i ：程技术人学j 至硕士学位论文 9 在1 5 、1 6 线南部b 5 背斜北翼还发育一个向斜及一个背斜，发育范围 不大，也属短轴褶皱。 本区褶皱具有三个特征： 1 、大部分轴面为直立状，即两翼地层倾斜相差不大，但局部地段不对 称，即一翼地层倾斜较陡而另一翼则较缓。b 5 背斜北翼地层缓，而南翼地层 陡。 2 、普遍具有向东的倾伏趋势，即西部出露地层较老，而东部地层出露 较新。这是总的规律。但局部地段也时有出现反向倾伏的，如x 1 向斜在1 5 线附近如此。 3 、所有褶皱由浅部向深部均有由波幅较大变为波幅较小，亦即由复杂 变为简单趋。这一构造特点对于将来矿井开拓具有一定参考意义。 四、断层 本区断裂较为发育，勘探阶段共查明断层1 1 2 条，落差大于1 0 0 米的 计4 1 条，3 0 米一1 0 0 米计5 7 条，落差小于3 0 米的计1 4 条，正断层计7 7 条，逆断层计3 5 条。走向断层计1 7 条，斜交断层计9 5 条。 本区断层按控制程度可以分为可靠和较可靠两种断层。可靠断层即是： 断层的走向及倾向延展均有勘探工程实见或控制、摆动范围不大，不会出现 断点串层现象，较可靠断层是：断层为勘探工程实见或控制，断层确属存在， 但走向或延展方向上可能会有摆动，局部地段断点组合可能会出现串层现 象，经分析研究认为目前的断点组合是合理而趋近于实际。本区可靠断层四 条，较可靠断层7 0 条。在高级含量区内及其周围的断层都是可靠断层落 差较大、延展较远的断层是走向断层( 由北向南) f 1 。它为本区北界断层， 走向n e 4 5 0 左右，向北倾斜，倾角6 0 。左右。本断层为区域性大断层，西起 北岗区经茄子河、东方红、龙西，经本区后仍向东延续。因巨大的逆冲作用 使底部万降组地层逆掩于城子河组之上，落差超千米。该断层常形成很宽的 破碎带，勘探阶段钻孔常难以通过，区内延展长4 5 0 0 米，1 4 个钻孔实见。 五、岩浆活动 本区岩浆活动可以分为两期。第一期为大规模侵入活动时期，岩浆侵 入煤系地层之中呈岩床产出。镜下鉴定为闪长玢岩。在本区有3 个岩体。第 辽宁j 程技术大学【：程硕十学位论文 l o 一个岩体是b l 背斜以北、1 4 19 线间的岩体。最厚可达1 5 0 米，一般为 1 0 9 米，向西、向南变薄，侵入于5 2 5 5 号煤层之间。分布在本区东南部还 有两个岩体。一个是1 5 线以东6 7t 一7 1 号煤层之间的岩体，一般厚度1 0 0 米左右，无镜下鉴定资料，肉眼览定为闪长玢岩，向西部变薄，1 5 线厚仅为 2 0 米。第三个岩体为6 1 6 3 号煤层之间的侵入岩体，此岩体西缘为1 6 线所 见，向东向南部增厚，至1 7 线最厚可达4 0 0 米，1 8 线南部串层上侵到5 8t 号煤层之上部，沿走向到1 9 线，分叉两层，其上层侵至5 4 。一5 6 号煤层之间， 镜下鉴定为闪长玢岩。 本期岩体侵入时期较早，在褶皱与断裂活动之前侵入于煤系地层之中， 是燕山运动的早期产物，因此，随褶皱而褶皱，遇断裂而被切断。 第二期岩体以岩盖形态产出，覆盖于含煤地层之上。分布在1 5 线以东 的高山顶部。其形成时期较晚，在褶皱断裂运动之后喷出地表，是燕运动的 晚期产物，其岩性经镜下鉴定为安山岩。 ， i 3 4 煤层 i 3 4 1 煤层结构特征 本区含煤地层为上侏罗统鸡西群滴道组和城子河组。煤系地层总厚2 0 6 0 米，含煤1 0 5 层，煤层总厚度7 3 7 7 米，含煤系数为3 5 8 ，其中可采和局 部可采煤层4 1 层，可采煤层总厚4 0 9 3 米。仅5 7 号煤层局部地段为厚煤层， 其余为中厚煤层及薄煤层，而以薄煤层居多，可采煤层多分布在城子河组中 部及下部。城子河组上部因成煤期逐渐退弱，可采煤层较少。滴道组因其居 下部层位，在本区仅赋于f 1 8 一f 7 5 断层之间的背斜轴部，范围很小，多为 复结构煤层，且稳定性差。 全区煤层数多，煤层赋存范围和厚度变化上有明显规律性。 1 3 4 2 煤质 龙湖矿区内已查明煤种有焦煤，肥煤，i 3 焦煤，局部有瘦煤，贫煤， 无烟煤。并以焦煤为主，肥煤，i 3 焦煤次之。焦煤、肥煤和i 3 焦煤共占 总储量的9 7 1 4 ，其中焦煤占5 6 8 4 ，瘦煤和其它中高变质煤占极少数。 各层煤以光亮一半光亮型煤为主，微成分以凝胶化物质为主。煤的裂隙 发育质脆易碎，为中等变质的强粘结性煤。绝大多数原煤灰份( a 。) 属中灰 辽宁工程技术大学丁程硕七学位论文 煤富灰煤，原煤硫( s 。) 属特低硫煤，原煤磷( p a ) 属低磷煤中磷煤，砷 全部在8 p p m 以下( 食品工业用煤标准) 。煤中矿物以石英碎屑为主，煤灰成 份以s i o ：为主，高达6 5 左右灰熔融性( s t ) 平均值为1 4 3 3 。c ，为高熔灰分。 可选性为极易选煤。极难选煤。矿区内煤质有结焦性，可供炼焦用煤。煤层 有爆炸性。 i 3 5 矿井水文地质 1 3 5 i 矿井充水条件 一、龙湖井田位于七台河矿区东部，矿井充水条件与邻区生产矿井充 水因素基本一致。由于并田为裸露型煤田，矿井涌水量与大气降水关系密切， 直接受大气降水补给，具有明显季节变化和多年周期性交化。特别是开采后 期，大面积塌陷后，冒裂带高度波及至地表，大气降水将会直接渗入井下， 使雨季涌水量巨增。例如：新兴矿，正常涌水量2 0 0 m 3 h ，而1 9 8 1 年发洪水 期间增加到6 1 83 h 。所以雨季防洪措施是矿山生产中的重要问题。 二、本区地质构造复杂，断裂构造尤其发育。勘探阶段共查明断层1 1 2 条，落差大于1 0 0 米的计2 4 条，3 0 一一1 0 0 米计7 1 条，正断层7 4 条当开 拓断层两盘岩性较羊h 的张性断裂带以及断层破碎带时，地下水将通过构造裂 隙直接渗入矿井，使涌水量明显增加。据水2 抽水资料，抽水层段为粉细砂 岩，水量小。根据钻孔岩芯节理裂隙调查得知，构造裂隙走向与断层走向基 本一致。由于节理裂隙发育，断层破碎带富水性较强。另外，矿井开拓到积 水层的岩段时，将会造成涌水量有所增加。 三、该区多处分布废弃老窑。由于煤层已采空，顶扳陷落，裂隙发育。 在矿床浅部形成了较大的积水空间，空巷中积有的水，给矿井开采浅部煤层 造成了人为隐患，另外未封闭好的钻孔， 1 3 5 2 矿井水文地质类型特别是冲沟及河谷地段的钻孔也是造成矿井突然 涌水的隐患。 矿井正常涌水量为1 2 0m 3 h ，矿井最大涌水量为1 5 0f l l 3 h 。采掘工程受 水害影响，但不威胁全矿井安全，防治水工作较简单，易于实施。根据原煤 炭工业部1 9 8 4 年5 月颁布的矿井水文地质规程( 试行) 第二章第四条之 规定和分类标准，龙湖煤矿属于“水文地质条件中等矿井”。 辽宁t 程技术丈学r 程顾十学位论文 1 2 1 3 6 开采技术条件 1 3 6 1 开拓开采方法 龙湖煤矿采用直井石门与斜井运输综合开拓方式，走向长壁采煤法，全 部垮落法管理顶板，两入( 付立井与原一采主井) 三回( 北立风井、南风井和 四采风井) 抽出混合式通风。矿井通风能力完全能满足生产需要。 1 3 6 2 主要煤岩层物理特征 该区煤层较多，可采煤层和局部可采煤层共4 l 层，可采煤层厚度多在 0 6 1 3 米，个别煤层可达3 米以上，单一结构居多，煤层组合和煤岩层组 合具有明显的组合特征便于对比 1 、本区内主要煤层物理特征 4 0 煤层： 赋存于f 1 7 以东，基本普遍可采，偶见不可采点。最大厚度2 4 9 m ，一 般厚度1 1 2 m ，由单一结构至夹一层夹石，石厚0 0 8 0 2 4 m ，为炭质泥岩。 属稳定型煤层。 4 4 煤层： 赋存于f 1 7 以东及f 1 8 以南。f 1 7 以东部分基本上全部可采，但北部呈 变薄趋势。f 1 8 以南部分在1 2 线以西变薄呈不可采。最大厚度2 4 8 m ，最小 厚度0 4 m ，一般厚度1 0 4 m 。为单一结构至夹一层矸石，夹石厚一般为0 1 0 0 2 0 m 。为炭质泥岩。属较稳定型煤层。 5 41 煤层： 本煤层变化趋势呈n e e 向条带状分布，北部条带变薄不可采，南部条带 发育。最大厚度1 9 0 m ，最小厚度0 1 9m ，一般厚度1 0 4f f i 。单一结构，偶 有夹石。属较稳定型煤层。 5 4 a 煤层： 基本全区发育，南部边缘变薄。中部常出现不可采点。东北部被侵入体 吞蚀。最大厚度2 2 3n l ，最小厚度0 3 0m ，一般厚度0 7 7f f i 。本煤层上部 煤质好，下部煤岩组分不好，灰分偏高。常夹一层0 1 0 m 厚的矸石。属较稳 定至不稳定型煤层。 5 7 煤层： 辽宁r ：程技术人学1 程硕十学位论文 为本区厚度最大储量最多的一层煤。呈四个带状变化区，北部边缘部分， 呈n e 向分叉变薄条带。向南为富煤条带，呈n e e 向。此条带煤层结构单一， 厚度最大。再向南，为分叉变薄条带，亦呈n e e 向。上分层为5 7 层，与下 层最大间距可达1 j m 。下分层在此条带形成较大变薄以至不可采区。南部则 又是一个富煤条带，这一富煤条带煤层发育不及上一富煤条带好，煤层厚度 不大。本煤层最大厚度5 0 2 m ，最小厚度0 2 1 m ，一般厚度1 7 0 m 。属于较稳 定型煤层。 5 8 煤层： 可采范围在北部及中部，最大厚度为2 9 1 m ，最小厚度0 2 2 m ，一般厚 度在1 1 4 m ，内夹一层0 2 0 4 m 凝灰岩。其变化趋势为北部条带厚，而南 部条带薄。为稳定至较稳定型煤层。 5 8 煤层： 该煤层全区发育。f 1 7 以东的中部存在一n e e 向变薄条带。厚度2 0 9 m ， 最小厚度0 2 7 m ，一般厚度0 8 7 m ，单一结构。有时顶部夹0 1 0 m 粉砂岩。 属于稳定型至较稳定型煤层。 5 9 煤层： 发育在本区的西部及南部，北部呈n e e 向条带变薄至不可采，最大厚度 为1 8 0 m ，最小厚度0 3 5 m ，一般厚度0 8 8 m ，单一结构。在发育范围内偶然 出现不可采点，属较稳定型煤层。 6 2 c 煤层： 大体上发育在b l 背斜以北部分，南部均变薄而不可采。单一结构，偶 有一层夹石。最大厚度1 9 5 m ，最小厚度0 2 9 m ，一般厚度1 1 8 m ，属稳定至 较稳定型煤层。 6 3 煤层： 可采范围在f 6 8 以西及南部条带，中部及北部变薄而不可采，最大厚度 为2 1 0 m ，最小厚度0 3 2 m ，一般厚度1 0 5 m ，单一结构，属较稳定煤层。 6 5 b 煤层： 赋存范围主要在f 1 7 以西，f 1 7 以东仅在b 5 背斜轴部及b 1 背斜轴部附 近存在。北部在f 6 0 以北呈n e 向出现变薄条带。南缘即f 4 8 以南亦呈n e 向 辽宁1 = 程技术大学t 程硕十学位论文 1 4 普遍变薄至不可采。复结构煤层，最大厚度为2 3 7 m ，最小厚度0 2 5 m ，一 般厚度1 2 2 m 。常央一层矸石，厚0 2 5 m 左右，为炭质泥岩，属稳定至较稳 定型煤层。 6 7 煤层： 基本全区可采。本煤层由南向北呈有规律的变薄趋势。南部厚度大，夹 一层矸石，夹石厚度为0 1 0 一0 3 0 m 。向北渐变为单一煤层，厚度变小。中 部出现小范围不可采地段。本层最大厚度3 6 4 m ，最小厚度0 2 6 m ，一般厚 度1 4 5 m 。属于稳定至较稳定型煤层。 6 8 煤层： 是全区结构最复杂的煤层。基本全区发育，北部f 6 8 以东出现n e 向变 薄条带。南缘呈n e 向变薄，东南部被侵入体吞蚀。最大厚度为3 1 l m ，最小 厚度0 3 9 m ，一般厚度1 5 0 m 。夹2 3 层粉砂岩，夹石厚o 1 0 一0 3 0 m 。本 煤层虽然结构复杂，但各分煤层及夹石发育稳定，对比可靠。属稳定至较稳 定型煤层。 7 1 煤层： 全区发育。中部偶有不可采地段。南缘变薄。单一结构。最大厚度为 1 8 4 m ，最小厚度0 3 1 m ，一般厚度1 0 6 m ，属稳定至较稳定型煤层。顶板为 粉砂岩，有时直接顶板为中砂岩。 ， 8 1 煤层： 赋存于1 3 线以西，南部在b 5 背斜轴部，普遍可采。简单结构，局部发 育一层矸石。南部厚度大，北部略有变薄趋势。最大厚度为2 3 7 m ，最小厚 度0 7 0 m ，一般厚度1 2 2 m ，属于较稳定型煤层。 2 、岩层的物理特征 该区地层岩性以粉砂岩和细砂岩为主，夹中砂岩、粗砂岩和凝灰岩层。 整个含煤地层从上到下砂岩岩性由细逐渐变粗。 辽宁l 程技术人学l 。程硕十学化论文 2 七台河矿区龙湖煤矿二采区最佳回采工艺的选择 2 1 综合机械化采煤回采工艺的可行性分析 龙湖煤矿有五个综合生产采区与三个开拓区组成，其中五个综合采区又 有五到六个掘进队为其独立服务。每个综合采区年生产能力都在3 0 万吨左 右，在这五个综合采区当中，二采区无论在地质构造上，煤层群组综合开采 上，生产能力上，设备使用与人员管理上，都具有普遍代表性。 从龙湖煤矿二采区2 0 0 1 年5 月投产以来，龙湖人就一直运用综合机械 化采煤设备或者普通机械化采煤设备进行回采，到目前为止，无论是采用综 采还是采用普采，其技术经济效果都未达到预期的目的，高产高效更无从谈 起。分析其主要原因则是，龙湖煤矿地质条件极其复杂多变，尤其二采区更 为突出。二采区向背斜构造多，断层破碎带多，块段小，薄煤层储量比重大， 煤层厚度变化大。二采区利用综合机械化采煤工艺不但技术上存在诸多难以 解决的问题，在经济上也无法取得较为理想的经济效果。在技术方面，运用 综合机械化采煤或者普通机械化采煤将面临如下难以解决的问题： 一、向背斜构造多，无法使用机采回采工艺，因为采煤工作面安装刮板 运输机时只能使刮板运输机安装延伸到向背斜构造的轴部，而刮板运输机又 不可能较大角度向下或向上弯曲，这给综采运煤及采煤机沿工作面上下来回 移动带来障碍。如下图所示： 夕，厂 5 ，栗面遵向褂构造6 、秉面遗背斜构造 二、龙湖矿二采区采面经常遇到工作面出现煤层变薄压薄带，断层及顶 板破碎带等。5 8 。煤层平均采高在1 3 左右，遇煤层压薄带时煤层厚度最 小变为0 5 m ，压薄带长度一般都在2 m 1 0 m 之间，仅能移溜及爬人，就不 用说上下来回移动采煤机或平移液压支架了。采面遇顶板破碎带时，顶板 难以维护，经常出漏顶现象，漏顶面积一般都在1 0 m 2 2 0 m 2 之间，甚至更 大，机组无法正常通过。采面遇断层时，断层最薄处煤厚在0 5 m 左右， 有些断层是平移断层，相当于压薄带。具体情况如下图所示，这些均给综 辽宁 程技术大学工程硕士学位论文 1 6 采的采用带来了难以克服的困难。 三、无法保证工作面上下巷平行。综采工作面要求上下巷平行，目的是 保证采面长度不会有太大变化，工作面长度比较稳定，综采工作面安装完毕 后，再想增减综采工作面支架的数量就相当困难。不能象炮采普采那样容易 地增减单体液压支柱的数量。在二采区内，采煤工作面上下巷保持平行是难 以实现的。在二采区，掘进施工时，经常会遇到断层。为了保证沿煤层正常 掘进施工，尽可能地减少运输设备的台数，采煤工作面下巷( 运输) 掘进就必 须进行定向上下山施工。采煤工作面的上巷( 回风巷) 掘进，虽不必考虑运输 设备台数的问题，但必须改变原有巷道方向，向左或向右掘进平巷穿过断层 去抓煤层，这必然增加了采煤时跳面搬家的次数，造成了工作面长度不稳定 或上下巷不平行等问题的出现，造成了综合机械化采煤回采工艺使用上的技 术不可行、经济不合理。 四、无法避免工作面频繁搬家。综采工作面搬家次数要求尽量少，这是 众所周知的。龙湖煤矿二采区块段小，块段多，块段储量相对较小，块段储 量一般在0 5 8 0 万吨。二采区搬家跳面次数相当频繁，仅2 0 0 5 年龙湖矿 二采区两个采煤队搬家跳面次数达1 3 次。而综采工作面搬家跳面相当困难， 少则半月，多者两个月。对综采来说，跳面搬家频繁就意味着制约工作面的 高产高效。 掘进工作面施工遇断层必须进行上下山施工，导致采煤时采面跳面搬家 次数增加。如下图所示： 枣 宰击酝隅雾 多 渌一 萎l 皱扎瘩 辽宁丁= 程技术大学1 = 程硕士学位论文 1 7 z r - 喜，_ 竺坠 巷遒平面圈1 - ， 竺 巷过平面圈2 够 巷逆剖面目 老道剖面圈2 五、适合薄煤层的综采液压支架种类较少，大部分综采液压支架的支护 高度范围一般不是很大，而龙湖煤矿二采区采高变化大，压薄带多，采高最 小在0 3 0 5 m 之日j ，最大在2 5 2 8 m 之间。目前为止还没有能适合这么 大采高变化的综采液压支架。 采区也曾经考虑过安装绳锯式采煤回采