（矿业工程专业论文）复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践.pdf

摘要 随着我国能源工业的发展，煤炭资源被不断开采，易采煤炭资 源日益减少，煤炭歼聚正转蠢复杂地质条馋区域。阉时，采煤技术 也迅速发展，矿井开采的集中化程度日益提高，生产和新建矿井的 井型日益增大，逐渐形成井田尺寸、开采深度、辅助提升任务和瓦 斯涌出量大幅度增加等特点。 淮南潘谢矿区矿井的特点是井困面积大、煤层埋藏深、可采煤 层层数多、储量丰富、地质构造复杂、瓦斯高、地温高、煤尘与煤 层自燃倾向大以及可采煤层顶底板多为泥岩、砂质泥岩等。围绕这 些特点，本文结合两淮叛建矿舞的建设，分别对开蕹部署、采煤方 法及装备、瓦斯治理等问题进行了系统性的研究。 论文以淮南矿业( 集团) 公司张集矿并的设计为背景，分别从 井困开拓、采区布藿、采煤方法及装备、瓦斯防治等踞个方露研究 论证矿井的设计。这些成果多数已应用予张集以及顾挢、顾北、潘 四东、张北、望峰岗矿井的工程设计中。 关键词复杂地质条件集中生产高产高效矿井设计 a b s t r a c t w i t hi n d u s t r i a le n e r g ys o u r c e sd e v e l o pi no l l rc o u n t r y ，m er e s o u r c eo fc o a la r e p e r p e t i l a le x p l o i t a t i o n a l l dt h er e s o u r c e so fw h i c he a s yt o e x p l o i t a t i o n a r e i n c r e a s i n g l yr e d u c e ，c o a le x p l o i t a t i o nj u s t t l l n l i n gt oc o m p l e xg e o l o g i c a lc o n d i t i o n a tt h es 眦et i m e ，m et e c h n o l o g y0 fc o a lm i n i n ga l s od e v e l o p e sq u i c k l y ，c o m p a r e 谢t hb e f o r em i n ee x p l o i t a t 主o ni sm u c hm o r ec e m r a l i z e ，p r o d u c t i o n 吼dn e w b u i l d i n g m i n ea r ei n c r e a s i n ga c c r e t i o n b e c a u s eo ft l l i st h ec h a r a c t e ro fm i n e s i z e ， e x p l o i t a t i o nd e e p ，a s s i s t a l l te x a l 协t i o na i l dg a se 丘u s ea r eg r a d u a l l yi n c r e a s i n g t h ec h a m c t e ro fp a i lx i ed i g g i n g so fh u a i n a i la r eh a v eg r e a tf i e l da r e a ，d e e p e m b e dc o a ls e a m ，s om 柚yc o a ls e 锄c a i lb ee x p l o i t ，a b u n d a i l c er e s e r v e s ，c o m p l e x g e o l o g i c a lc o n s t i t u t i o n ，h i g hm c t h a n e ，l l i g hg r o l h l dt e m p e r a t u r e ，g r i m ea n dt h e o r i e m a t i o nc o a ls e 锄s p o m a l l e o u sc o m b u s t i o na r el a r g e r ，m ep e a ka n dm o t h e r b o a r d o fa r em u da n dm u dr o c ka n ds oo n c i r c u m m s et h e s ec h a r a c t e r i s t i c t h j st e x t c o m b i n ew i 也n e wb u i l d i n gm i n ei nh l i a i n a na n dh u a i b e i ，p a n l ys y s t e mi n v e s t i g a t e f o rd e p l o i t a t i o nd i s p o s e ，c o a lm i m n gm e t h o da n de ( 1 u i p m e n t ，m e t h a n ef 酐h e ra i l ds o 0 n t l l i sp 印e rd e s i g no n 廿l eb a c k g r o u n do f z h 趾舀im i n eo f h u a i n 锄m i n i n gg r o u p ， p a r t l yi n v e s t i g a t ea n da r g 伽n t a t i o nm i n ed e s 追nf o mf o l l o w i n gf o u rr e a s o n s d e p l o i t a t i o nd i s p o s e ，c o a lm i n i n gm e t h o d 踮de q u i p m e n t ，m e m 趾ef 砒e ra n ds oo n m 缸yo ft 1 1 i s 姗th a v eb e c nl l s e di nd e s i g n 也em i n eo fz h a n 自i ，c m b e i ，e a s to f p a n j i ，z h a n g b e i ，v ，妣g f e n g g a n g k e yw o r d s ：c o m p l i c 砒e dg e o l o g i cc o n d i t i o l l s ，c o n c e n t r a t e dp r o d u c t i o n ，h i 曲 p r o d u c t i o n 锄dh i g l le m c i e n c y ，m i n ed e s i g n l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成栗。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得塞徽垄王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位黻储獬e 饲勿够签字露期游归勿器 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞熬理薹太堂有保留、使用学 位论文的规定，印：研究生在校攻读学位期阈论文王作的知识产权单 位属于安徽理王大学。学校有权保留并由国家有关部门或机构送交论 文的复帮件和磁盘，允许论文被查溪和借阕。本人授权塞擞垄玉 太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复稍手段保存、汇编学位论文。( 保 密的学位论文在解密后适用本授权书) 。同时本人保证，毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为安徽理工大学。 籼黼馘l 韵勿够摊名：盯乡年 签字日期妇彩年争键劝日 签字日期：衫年占月6 日 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 1 绪论 1 阍题提出 煤炭在我国一次能源生产和消费的比螫彭糨寄在7 0 左右，预计在今后相酱长的时 间内虽然会有所下降，但主罨地位万罐? 改变。! 釜持以煤炭为基础能源，多种能源共同发展 是我国能源发鼹长期战略。建设高产商效矿井是我国实现四个现代化的要求，也是市场经 济条件下，企效追求阻效益为中心的必然选择，而静槲的可彳亍校期筑与方案选择等对 矿井投产层豹缀济效慈，投瓷簿影响甄太。瞅，鸯澜潮澍淫念仓9 凝，采建适用找拳，积 极推a 差我国l 刚乜化高产商彭r 矿爿镯蝴成为我国矿井建设的必鳗之路。矿区总锌d 女戏0 设计 楚搔导矿区技本、经济全面发餍的重要依据，是建设高产裔效矿弗豹基础。从宏观两畜， 它直接关系茔p 旷区内帮与外部、集中与分散、近期与诞期譬诸多关系的j e 确处理，即矿区 总体布局的合璎性。进步褥畜，关系至区内矿井密度、井型大小的问题，这将影响至酾广 区建设规模和均衡生产能力、均衡生搠匣务年限的合理性以及每个矿井的开拓部署、水平 划分和藏常生产及接续，即怒黼予矿井，特男4 怒离产商效现代化大蝥及特大奎矿井建 成移交鏖验达产韵可持续稳产、长期效益以及确铩矿区均衡生产能力能蓉按撬鲻要求实瑗。 因此，做好矿区总体规划设计是加速推进高产高效矿井建设的首要问题。 淮南矿区楚我国重鼗的煤炭生声基地，地处华东羧 乳对本攮嚣豹经济发展浆鑫鍪大 的战略意义。从矿区自身来看，整令矿区东硬长达l o 瞵潍，南北宽2 0 3 0 奴l ，共有开采煤 层1 3 1 8 屡，总厚度约3 0 m 。，1 2 0 0 m 以上的预澳8 储量3 0 0 亿吨，i o o 嘶以上的已探明储爨 1 5 3 亿吨，在已探明的储最中，有精查赭量1 0 8 蛩，其中生产矿并势妇，在建矿井3 l 亿“ 还有4 8 亿待开芳潆捐。两淮南矿区潘澍新区襻藩毡层厚、井深大、地压大，虿萌大、三 软围岩等闽鼷，绘高产糍演萨 建设带来了较大困难。因此，急需椭的设 馕b 念及设 计方式指昂矿并建设，宦的研究成功将为复杂地质条件下高产高效矿井建设提供可靠的科 学依据，时复杂她质条l 譬矿弗建设将起劐极大的促进推动像嗣。 1 。2 国外矿并没i 寸嗣状 二十世纪末以来，髓者采煤技术韵迅速发展，矿井开采的集中化程度日益提高，艇 产和新建矿势的井型日蘸增大，逐渐形成以下特点。 1 2 1 开拓系统 ( 1 ) 分区域开拓 随着井田尺寸、开采深度、辅助提升脚瓦斯涌出曩划幅度增加，导致了井下人 员运输时闰长、妒安弼b l 大、通风网爨长、冈薤毛i ：等。为7 簸够矬闷题，欧浏瞪主要 糯家，如德国、英阑、前苏联和波兰，为了提赢煤矿的经济效益，逐提出了分区域 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 开拓的方式，即：在适当的地点开凿主井，对煤炭进行集中提升，就地进行洗选加工，并 集中进行储、装、运；另在适当地点开凿副井和通风井，以解决器材设备和人员的升降及 砩石的排出，i 匝常，主井岱有个，而副井和通冈爿名聿新或p 睁个以上。国外比较有代 表性的矿井有：南非新德马克、南非博杰、波兰奇超特、英国塞尔比等。 根据分区域井筒承担的任务，分区域开拓方式可划分为以下几类： 除煤炭集中提于卜夕卜，辅助生产环节备分区自成独立系统，目前西欧主要采用此种 方式，其中以英国塞尔比矿最为典型。 分区域井筒只做通风用，人员、材料、矸石的i 垂送工作由集中副井完成。 个别分区辅助生产环节自成独立系统，其他分区的井筒只承担通风任务，人员、 材料、矸石的运送由中央剐井承担，我国酒 安屯留矿崩绷上哇种方式。 在些煤层埋藏深、表土层厚、含流沙层或强含水层、需要特殊旌工、地质构造复 杂、瓦斯涌出量大、地温高、煤层赋存稳定、储量丰富和倾角较小的矿井，在每个分区多 布置一对进、回风并。而煤层赋存浅、表土层薄、地质构造简单、煤层赋存稳定、储量丰 富和倾角较小的矿井，在每个分区内布置两个以上的井筒。 分区域开拓时，井筒形式和位置选择的原则与般开拓方式井筒选择原则相同。我 国采用分区域开拓的矿井中，其主井形式为立井、斜井、平硐都有。其中使用立井的矿井 大约占3 2 ，斜井的矿井大约占3 6 ，平硐的矿井大约占3 2 。 分区域开拓的矿井的井田范围及生产能力般都比较大。我国采用分区域开拓的矿 井，井田的走向长度_ 蜊吁l ，最长的可达2 4 h n ，井田的走向长度大于1 0 k m 的矿 井大约占8 1 5 ；倾斜宽度般不小于3 k b l ，最宽的可达1 5 l d n 。 ( 2 ) 巷道布置 主、副并都设在开采煤层区域，井筒见煤即胜巷，无论是井底到采区的大巷，还 是采区顺槽巷道，其规格基本相同，采准巷道均布置在开采煤层内。 ( 3 ) 采区划分 采区尺寸尽可能大，以增加采区可采睹量、适应综采设备性能提高，减少工作面搬 家次数、提高生产效率。工作面长度也逐年增大，达2 0 0 3 3 0 m 。 ( 4 ) 长壁开采 长壁采煤技术是高产高效矿拼塌重要的采煤方法之一，而且也是井工开采时安全生 产条件最好、产量最高、效率最好的采煤方法。美国有5 3 座煤庐蛄洛了5 7 个长壁工作面， 基本上个矿装备个长壁工作面，有4 个煤矿装备了2 个长壁工作面。 1 2 2 高产高效装备 世界上典型的高产高效矿井有美国西弗吉尼亚州奔鹿矿、坎普拜尔溪矿、科罗拉多 2 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产商效设计实践 州2 0 英里犷、溪大利亚煲兰酬基矿、宽程努鹦矿、英爨赛尔 嘲眙矿、南j 赛曩达囝治矿 的米德尔稚尔特矿、德圜繇斯多夫矿。 综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志，高产高效综采技术的楔i 是工 作面综采设器，其进步向大功率、高忑作阻力、重型化方面发展。 采墚阮美国综采錾多采藤久益公阏l s 系歹l 采煤枫，其主要特联是多电机驱动、无 链电牵引、遥控、功能监羽4 与故障诊断等，装机功率达1 4 9 2 k ，截深o 9 1 1 2 n 液压支架：美国多采用高工作阻力、艇体顶梁双辍拗式支架，额定工作阻力2 8 0 t 9 8 0 t ，o t 以上占8 2 ，鸯滚控暴l 、移架德环时翔8 s 8 s ，配会栗煤机煤誊 羚| 系绕等 先进技术，可实现工作西自动控制。 刮板输送机：向重型化方向发展，功率最大达1 7 9 0 h ，运输能力3 5 0 0 t h ，无枣故 过煤能力达蒯t 水平。 配备了这种装备的置作两在合适豹地覆条件下单产可达蹴t a 鲫t a 。 1 3 我圜矿井设计现状及发展趋势 改革开放以来，伴随糟国夕 先进采掘设备、技术引进和国内设备制造水平的提高，伴 隧着煤炭工波豹发展，煤炭设计承乎取德? 长足进步，游缓近或趣过藏器先进国家。靼蔫 我国已有能力自行设诗全引进采掘没备的现代化矿井和复杂开采、建井条件的矿井，最深 的矿井日黜丑千米，井筒穿过的最厚表土层已达6 0 响，猩地质条件适合的井田建设特大型 矿井已成普遍趋势，2 0 0 2 年已有神东大栅塔、擒家梁两对矿井年生产能力达至l 了千万o 咏 平，最大设粥巍翔丰二 矿井已达1 5 0 0 万t a 。煤矿漫计显现生产能力大癸亿，生产效率高 效化，矿井嫩产集中化，生产系统简单化、地面布景集约化、社会化的特点。 1 3 1 开拓开采系统 开拓方式，大型矿井采燕分区开蕹、分嚣通风、集中出煤方式。 在大耩布置上，广泛采用了煤巷布置，主运输采用胶带输送机，辅助运输果用无轨 胶轮车或因地制宜的采用其他运输方式，巷道支护广泛采用锚杆加锚索等支护方式。 在采医设计中，采区尺寸逐步加大，形成了以设餐大修周期为潮采周期的设计推进 长度，以王侔丽输送机能力为限的工作面长度，以国产设备为主的工作蔼推进长度黻为 2 0 0 0 4 0 0 咖。以引进设备为和的工作面推谴长度般为3 0 0 0 5 0 0 咖，工作面长度2 5 0 3 0 0 m 。 1 ，3 。2 生产疑辅助生产系统 由于高产高效矿井生产的高度集中，对系统可靠性和高效性的要求越来越高，目前 矿了搬计中氆通绷了大塑琳 甜机、长距离、文超逢魄辫酾舒送机，先避可靠的控肯4 技术。 辅助运输采髑了无轨胶轮孳、单轨昂、齿轨车等灵活的运输设备。 复杂遣痿条件矿并合理集中生产、高产窿效设计实践 强力带式输送机的发展，遥应了大型矿井歼拓的需要，使主井采用连续运输的斜井 开接应羽范垂逐步扩大，裁劳狡带枫镳设长度毫遮1 5 0 臁左右，小融运量3 0 。o t 左右。采 羽立井开拓的大麒p 讲，一对箕斗逐步取代了多对箕斗的布置方式，箕斗容景已达4 0 t ， 适殿了高产高效矿井大运量、遴续化运输的要求，整体升降火型设备已成为副井系统设计 遗求的目标，出现了以济宁三母井为代表的大塑越宽副井罐笼。 1 。3 3 采煤方法 b 装备 我国煤层赋存条件比较复杂，煤炭资源分布地域辽阔，地质条件复杂多样，井型大 小不同，技术经济条件不一，所以使采煤方法和装备呈多层次发展、多种工艺并存的局面。 我鼷觥主要产采煤国家样，势工矿弗实蠛王涫面态产离效主要为长醮综合辨黻化开 采工艺。 我国机械化开采方法发展现状如下： 缓倾斜荦长壁及分鼷长壁综采技术已经成熟； 缓绶斜簿煤层一次采全高综采，最大采高已达到5 蕊，神东大琊罄旷综采工作 面2 0 0 2 年月单产平均达到7 2 8 5 6 l t ，2 0 0 3 年最高月产已达1 o m t ，达到国际先进水平； 缓倾斜厚煤层综放开来技术经过2 0 多年的研究与实践，已达到世界领先水平； 薄漾磊强纛过弓i 进国步 燃鍪，已开始实现全自动亿开采； 急缓惯斜厚煤层水平分段放顶煤综采正在大力推广； 3 0 。5 0 。大倾角煤层舒盈综采及综放开采在国内试验成功； 经逛窝黜鞑哟i 黻具哇房柱芘影珐瞄劝东矿嘲蛔獗晒墓照湾煤矿 2 0 0 2 年旺格维币4 工作西胃平均单产1 5 0 k t 。 ( 1 ) 实现高产高效的主要采煤方法和装备 露前我国托开采矿斟觌高产高效的主爰采稿试黼：长壁综采开采、长壁大采 高综采、中淳煤联及疆络维剩蒙爝隧。 厚及特膳综赫淠采 自2 0 世纪9 0 年代起综放开采得到了迅速发展，出现了潞安、兖州、阳泉等以综放 开采为主的大型瘫产裹效矿区。鞫莉综放驮最高年产量已超过6 龇，根据有关学者研究， 编放开采在条僻满足的情况下其有年产l o o 眦的能力，筠滞留磔已经成为殍煤层矿区实现 高产高效的主要途径。 在条件适寰的地方推广暾用综放开采技术具有较大的优势：产量高，搬进率低( 比 毅综采甄2 0 ；6 ) ，楗辩及能源消耗低，工作蔼搬家少，辕勃环蒂人民少，效举菇，成本舔。 因而使用综放技术是实现高产高效、集约化生产，提高经济效益的有效途径。 厚煤层大采高综采 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 我国从1 9 7 8 年，从德国引进了g 3 2 o 3 7 型、g 3 2 0 一2 3 4 5 型等型号的大采蔷5 液压 支架和采牒机。目前，我国部分生产矿井已经采用大采高综采进行厚煤层的开采，并取得 了良好的经济效益。但因工作面配套设备的不同，工作面单产存在明显的差距，采用国产 设备的工作面产量仅为全引进设备大采高工作面产量的1 2 1 4 。工作面全部采用进口设 备的矿井主要有神华集团神东公司下属的矿井及晋城寺河煤矿，如神华集团神东公司的大 柳塔煤矿，设计采高4 咖，工作面月平均产量达到0 7 5 m t ：神东榆家梁矿，采高为4 知， 工作面月平均产量达到o 8 9 m t ：晋城寺河煤旷大采高综采工作面，支架最大高度可达5 5 n 1 ， 每天平均割煤1 0 刀，最多日进1 6 刀，平均日产量1 4 k t ，工作面月平均产量达到o 4 0 m t 。 采用国产设备的大采高工作面，如沈阳矿务局三旷综采一队，采高为4 5 m ，单面年产量达 到1 9 1 4 m t ；开滦范各庄矿综采三队，采高为4 i n ，单面年产量达到1 0 0 8 剐t 。邢台东庞矿 大采高综采工作面采高5 m ，年产达到2 2 m t 。 中厚煤层长壁综采 普通综采由于近年来大功率重型采矿设备( 大功率电牵引采煤机、大功率如重量长距 离刮板输送机及胶带输送栅、高强度电液控制支架) 、锚杆支护技术、无轨胶轮车等新型辅 助运输技术的不断发展，工作面哪靠牲得到明显提高，美、澳等国综采工作面采、装、运 和支护设备综合开机率已达9 0 以上。 高产高效工作面日产量已= 迭1 0 k t 以上，最蔗驴丁达4 0 k t 以上。1 9 9 7 年6 月，美国二十 英里矿再刨月产9 9 8 0 6 4 t 洁净煤( 第1 次刨月产近l _ 0 m t ) 的世界新纪录，全矿全员工效 近1 4 0 t 工；其中长壁工作面产量为8 2 9 6 3 2 t ，平均日产近4 0 k t ，工作面平均工效为1 5 2 0 t 工。 国内普通综采工作面由于设备装棚率小，可靠性差，开机率般均低于6 0 9 6 ，工作面 平均年产量尚不足1 0 m t ，与国外平均2 3 m t 水平相比，还有明显差距。近年来，在引进 国外大功率综采设备的基础上，部分综采工作面已实现日产1 0 k t 以上。在年产超i 生1 - 0 m t 的综采队中，采高，j 、于3 胁的综采队平均年产1 3 m t ，最高年产为铁法晓南矿综采队年产 达2 2 3 3 m t ，效率为1 2 7 5 9 t 工。 在采、掘设备的应用中，形成了以大功率、高可靠性为主；支护设备以大流量、高支 护强度为主：运输设备以大功率、调速启动为主的趋势，整个系统呈现了系统简单化，设 备大型化、自动化的格局。 ( 2 ) 高产高效采煤方法发展前景展望 根据当前国际先进并乏矿设备能力，中厚煽瞩强醋副e 锄率、高可靠性设备的基础上， 提高工作面产量的关键是加快支架移架速度，提高工作面推进速度，提高工作面推进度， 借鉴国步h 经验，采用电沼啦伟蛔蔓宦：架，工作面可实现跟棚即时穆：架，提高工作酒阱e 进速 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 度，奶步估舞钿左右中黪穰篡工作西产鬃阿以实现年产5 蕊耗以上。鬟重予孛厚漾罄综采工 作面，配备大功率、高可靠性采运设备技高强屯液控制液压支架，加大工作面尺寸怒我国 中厚煤层综采工作面进一步提高产量的主要途径。 我国大采商综采设备与国外先进国家相比，在设备可靠性方面存在较大差距，颤于工 作瑶蠢机率较低，觳仅为6 0 左右，工作蠹推进速度漫，造成工作掰犷压显现较强烈、 煤壁片帮机率加大，进而叉影响工作面推进速度。因此提高大采高工作面设备可靠性，推 广使用电 蛹柱掩沪式支架( 根据茭阑学者昵趣减屎，两柱埯瞒燃更适于大采高 缘采) ，是进步提裹大采蘸工作殛单产水平豹主要方法。根据嚣内神东矿区大采离综采实 践经验，在条件适宜煤层大采高综采工作面年产可达8 l o m 。随着大采高综采技术与装 备水平的提商，大采高综采将成为3 5 6 o i 厚煤层实现高产高效开采的重要途径。 虽然我豳编孜工作面的单产已有犬艨睫蓬提高，县其平均单产大予辔遁绣睬工作槛阿均 承平，但缡瓣疆嘬蔼铲溪与大采商流舞9 9 年产8 1 骶的水平相眈，增加了出媒 点，一次开采高度加大( 整通综采目前最大采高叫瓣过5 5 m ) ，综放工作面的产量在 理论上具有超过大采高综采面的可能性。 僵整矛练皎开采与大采裹综采相瓯在工侔覆增加了音器后部输送鞋和支絮的放璨溉 构，且增加了支架放煤，拉后部输送机等王序，导致综放工作面系统可靠性降低，工作面 管理难度加大，循环工f 潲加，使综放工作面的单产受至十定的限制。根据综敖开采实践 可知，限错9 综放工作匿提搿攫进速度和产爨的原因主要为工作瑟长度自大后，在项臌黢 较大静陪况下，工作面循环放】瑟傣鞠訇长，严重融豳工作面的的推进黻，限索l 了工作西 产量的迸步增大，并且不和j 于采空区防火。为进步提高综放工作鳓产量，国内有关学 者提出采用大采高综放开采的思路。大采黼综故开采，即正作面采煤机害i 煤高度大于3 5 m 的综没开采，结会了综浚王雅面和大采高综采露静采煤方法健点。由于大采疑综放互撵西 害瞄黝大，放煤高嘭釉鳓剿、，不仅可缩短放静静寸闽、提高工作面采出率，而且为工 作面配备大功率后部输送柳勰供了空间，为工作面增加放煤口数量提供了保证。因此大采 高综放开采可以毒效地缩短王作露# 环嚣寸间，加快工俸嚣推进速度，是绦放开采实现逃一 步高产豹重要途径。 根据当前工作面设备能力分析，在髓的条件下，采用大采高综放开采可以在7 m 以 上厚煤层工作面实现年产l o o m t 。 1 。4 淮枣矿区溉混及穗璇特赢 1 4 1 矿区概况 淮南矿区位于华东腹地，安徽省中j b 部，横跨淮南和阜阳两市，地处江淮丘陵与淮 l 砰原的交界瓣上，矿区内蟪形乎坦。淮河以南呈不连续的丘陵地形，中部是_ 片广阚的 6 复杂造质条彳牛矿井合理集中生产、高产高教设计实践 淮：阋冲积平原，地貌类型兼有平原和丘陵的特点。淮河以北为黄淮海平原的部分。地蕊 标疑+ 2 。 l l 2 融。 淮河为本区主要河流，自西向东穿过矿区中部，矿区托部有西淝河、架河、泥河等 支流。 1 4 2 淮南矿区地质特点 淮南矿区由渗= 可南岸的老区和淮河j b 毕豹潘澍矿区缎成。老区各孬l _ 劈啼在_ 瀚复向 斜构造的南翼八公山区向南凸出的淮南弧形构造带内，断裂构造较多，煤屡倾角般大于 2 0 。，潘澍新区位于淮南复向斜构造内的陈桥背斜、潘集背斜南翼，断裂构造发育，煤层 颊热娟朗、予1 5 。，煤层变异系数大、壤底扳岩缝差、瓦袈含量裹、埋藏深、地温毫。 淮南煤田煤系地层被新生界松散冲积朦所覆盖。新生界松散层厚2 0 5 6 缸，由东向 西，由南向北逐潮增厚，总的越势老区较薄，潘谢新区较厚，潘谢新区除个别古地形隆起 处外，一般都在2 0 0 5 6 4 m 。 淮南煤田含煤地层为石炭二迭系，其中二迭系由话缓、螽盒子组为主器含煤地层， 可采煤层臁厚3 4 0 i n 左右，共禽育可采煤层9 1 8 层，可采煤层总厚度2 5 3 4 i i l ，平均 3 m 。1 3 一l 、1 1 2 、8 、6 、4 、l 等煤层为主采煤层，单层厚度般为2 6 i i l ，主采煤层的 怂潭度占可采煤藤总厚度粒瑚蠛，矿区肉煤凄分毒连续、斌存稳定煤季孛叛气煤和l 3 焦煤为主，煤质优良，具有特低琉( o 8 9 6 ) 、低磷( 0 o 涨) ，中高发热量、结焦性好、 粘结性强等特点。 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 淮南煤田对矿井充水有影响的含水层主要由3 部分组成，一是新生界松散层含水组； 二是煤系地层含水组；三是煤系地层下部的奥陶系灰岩含水组。由于新生界松散层底部普 遍发育有层粘土状隔水层，在留设一定被的防水煤( 岩) 柱后，新生界含水层对矿井 充水的影响很小。煤系地层下部的奥灰含水组含水丰富，水压较大，列鹚l 系底部的1 、3 等煤层开采有一定的威胁，开采时需采取疏水降压等措施。 淮南矿区是我国有名的高瓦斯矿区，区内绝大多数鹅l 层有自燃发火倾向，煤尘有爆 炸性，且地温较高。 淮南老区多建于五十年代末六十年代初，已有近百年的开采历史，曾是全国五大煤 矿之一，最多时曾有1 1 对生产矿井，经过多年的高强度开采，部分矿井资源已接近枯竭。 由于煤层倾角较大( 大部分大于2 5 0 ) ，断层较多，开采条件相对较差，经过破产重组和合 理集中生产，到2 0 0 3 年底，老区只剩下新庄孜、谢一两个矿井和谢李、孑【辛两个煤业公司 ( 破产后重组公司) 。新庄孜、谢矿核定能力分别为3 0 0 万吨，年和2 0 0 万吨年2 0 0 3 年产量分别为2 7 1 2 万吨和2 2 4 万吨。针对老区存在的生产系统复杂，主要设备和安全设 施老化，采掘机械化圜嘲潜问题，淮南矿_ 噪团正逐步对其进行技术改造，到2 0 1 0 年后， 老区仅剩新庄孜和新建的望峰岗矿井，生产能力维持在8 0 0 万吨年左右。 位于淮河北岸的潘谢新区自1 9 7 3 年第个矿井潘集号井开工以来，已先后建 成投产潘一、潘二、潘三、谢桥、张集计5 个矿井，2 0 0 3 年原煤产量合计1 9 9 6 4 万吨。 潘谢新区各矿井，设计生产能力3 0 0 4 0 0 万吨佯，主要生产系统能力大，装备先进，开 采工艺以综采或编瞄沩主，综采产量占其总产量的9 5 以上，自2 0 0 3 年开始，在规划区内 陆续新建顾桥、张集二期、顾北、潘四东、望峰岗、丁集等6 对矿井。目前张集二期已建 成投产，顾桥、丁集、潘四东、顾北、望峰岗等矿井已开工建设。另外，朱集、潘一、潘 三、顾桥深部等勘探区尚待开发。 潘谢新区虽具有储量丰富，区域交通位置优势，但新区普遍表土层厚( 达2 0 0 5 6 4 n 1 ) 、 煤层埋藏深( 一水平一6 0 0 一7 8 0 1 1 1 ) 、地压大、地温高、煤层项底板岩性及煤层本身较软， 且煤层瓦斯含量高、透气性极低、易自燃，给矿井的建设和开采带来巨大困难。今后很长 一段时间内，是研究设计的重点，也是淮南矿业集团公司开发建设的重点。 淮南矿业集团生产矿井基本情况见表1 2 。 9 复杂地痰条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 鎏墓蒌羹霎蚕量垂蚕寒霹最寰浸骂兰鋈量 量鋈鋈薹喜委要塞氢 若警高高零景鬻舄窭 基容量 塞 辕棘欺栽 端砖碡璃 章k 案欺嗽 悄稍铡髑 蜓怔稍凶 器强鬟墨瓮蚕萎 晷誊熹善誊 墨童蕊量量蕊蕊詈 卜nn 寸卜n 垴嚣 暑置熹莩莩蠹量蚕 洪瑷，私娘 馔媾张婚 眯嚣 缸恒，张媾 o n n ”卜o netn卜n o 6 3 日h neo寸n西寸o o | r 叶卜o n l 口o 0 ( ) o _ 【卜寺小心n 譬 噗鞭，和蛾 o 1 0 蔫 g o 一 o _ 【_ 【 i 8 。l 卜6 6 n 2 噗襞，辩博 o 2 = o 口9 0 9 _ i q 葛n 蔫h 茫h 粜袋，釉懈 o 6 i & 0 9 岬 0 0 n h h 疑 _ 【n n h h 联瑷，缸蟾 。q 鼹h h 8 n _ 8 n 朱髓长科采悄墩耐 嫩科 廿m_l 廿_ 8 h 睁 a m 一 廿n m n _廿n龠_i 廿96_【 ，6母乱_【 醉 n a _ 1 0口na_l 廿n n a h廿 m h 4 如 拳乓 肾冬惭鼹 k 蝶涨每斑蓉舔烧长| 辫 盎乓 瞄静醇 旧愈静整 锫；蓉 坛蝌趟端 凶鼯菪 燃晦 k悼k博k卜羹星h黢扩燃艇除摧。糍鬟姜蚕蠡萋季疑；搏 l剐引引羹星h 0酬酣飞l剥竭鬟婪脬目蠡辫(蓥洲 ，。二二二=二h二二=二”=_。，。，_二”二三h 限隧划隙k 三： 磷薅磐埒郴案k毂刊墨撩爿b悭巢n_【碟 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 1 5 淮南矿区矿井设计沿革 淮南老区多建于二十世纪五六十年代，最多时曾有1 1 对生产矿井，鉴于当时采煤技 术水平，矿井划分面积小，5 1 0 姘左右，多为炮采，工作面单产低，矿井同采工作面数 多，效率很低。 潘谢矿区是二十世纪七十年代开始建设的新区，陆续建成了潘一、潘二、潘三、谢 桥、张集五对矿井，设计生产能力潘一、二、三均为3 0 0 万t a ，谢桥、张集为4 0 0 万t a ， 井田面积分别为4 7 6 2 、5 6 8 k 寸、6 4 姘、6 2 踟n 2 和6 0 k 砰，储量分别为1 4 4 亿吨、9 6 亿吨、儿8 亿吨、1 4 2 亿吨、1 2 4 亿吨。 早期的设计，基于当时矿井建设、生产技术水平，主要有以下几个特点： ( 1 ) 开拓部署 井田开拓方式上，潘一、潘二、潘三、谢桥均为立井、两翼主要石门、集中大巷开 拓。 井口位置选择匕，受当时厚士层井筒施工技术的制约，般选择表士下超过3 吣n 处， 表土层分布规律大致为：靠近煤层深部表土层较薄，古地形隆起处多处于深部，而靠近煤 层浅部表土层较厚，局部达5 0 咖以上。 根据匕述特点，选择井口位置时，设在表土较薄处，由于煤层倾角缓，第运输水 平又不能深，井底车场般在1 3 _ 1 煤层顶板岩层内，1 3 _ l 煤层全区可采，为本矿区主要 首采煤层，所以根据井底车场位置，开拓1 3 - l 煤层就需要较长的石门工程量，首采区远离 井筒，有的矿井还采用了后退式采区布置。 井筒设置，般工业场地布置主井、副井，为施工问题，有的矿井在工业场地布置 矸石井，在两翼边界分别设回风井。 ( 2 ) 采区布置和采煤方法： 潘一、二、三、谢桥矿井均为走向长壁布置采区，并且由于当时采煤工艺、高瓦斯 煤层独头巷道掘进技术等带哟，采区尺寸较小，般采区走向长度为2 0 0 晌左右。 ( 3 ) 工作面单产 综采工作面般在5 0 8 0 万t a ，因而个3 0 0 4 0 0 万t a 的矿井需要5 7 个工 作面同时生产才能保证矿井产量，集中度低，效率低。主要原因_ 是综采经验少，认识不 足，二是工作面装备受当时设备制造水平所限，普遍存在支架工作阻力小，采煤机功率低 等问题。 ( 4 ) 瓦斯治理 淮南煤层透气性极差，当时瓦斯抽放技术水平较低，般为单一j i 唳 射由壳娇瞩：板专 用抽放巷抽放，抽放率般百分之十几，也制约了工作面单产的提高。 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 ( 5 ) 全员效率低 由于矿井工作图单产低，工作面攒进头数多，劳动定员多，全员效率很低，一般在 1 5 t 工2 5 t 工，地面生活福利设施和居住区面积大，形成企业办社会的沉重负担。 ( 6 ) 建设体制落聪 为国家全激资建设，加艺t 述潦戮，形或了矿髯建设工其睁长 般9 1 4 年，工 程量大，潘一、二、三、谢桥矿井井巷工程量为6 万7 万米，经济指标很低。 可见，随高产高效矿井建设的需要，淮南矿区原“广种薄收”式的生产模式己不适应 新的形势荫霈亟待潺整。显然，矿势设、计浆改革势在必行，煤矿设计要基9 礁产能力大型 化，生产效率高效化，矿井生产集中化，生产系统簿靴，地面布置集约化，社会化的特 点。 1 。6 论文磷究主要内容及方法 在详缁分析淮囊矿区复袋随魇条 譬基础，确定建没高产高效矿弗的整体思路。结合 具体的地质条件，采用技术比较、经济比饺的研究疗法，对矿井的生产能力、服务年限、 开拓方式、采区布置、采煤方法、工作面装备、通风方式以及瓦斯治理和防治进行综台研 究。具体研究内容为： ( 1 ) 确定矿并生产能力及服务年限 在详细分析地质条件基础匕，确定并田内的可采储擞，从而设计矿井工作制度、矿井 的生产能力及服务年限。 ( 2 ) 选择合理的矿弗开拓方式 确定合理的开拓方式、井底车场形式、井简数目、工业广场位置、水平的划分、主要 运输巷道以及回风大巷位鼹。 ( 3 ) 确定采区布置 包括采区划分、采煤方法的确定、上下d 数目及位凝、工作面走向长度及倾向长度等。 ( 4 ) 确定采煤工艺及正作碱装备 选择合理的采煤方法、聚煤工艺、工作嚣装备，弗4 定安全生产措施等。 ( 5 ) 确定合理豹通风方式及设施 ( 6 ) 制定瓦斯治理和防治措施 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 2 潘谢矿区特点 2 1 井田面积大 潘谢矿区南部以舜耕山断层、八公山弧形构造、卑凤断层为边界，j 嘟以明龙山断层、 蚌埠隆起为界，东部以新城口长丰断层为界，西至颖匕断层，中间为一巨型聚煤盆地，盆 地东西走向长7 0 蛔，南北宽2 5 l 皿，面积约1 5 7 l k 一。 矿区除潘集和陈桥背斜的轴部煤层被剥蚀以外，煤田内全有煤层分布，含煤面积达 1 5 7 1 l 萨。煤盆地内煤层埋深有一定的差异，背斜部分煤层埋藏较浅，背斜轴部最浅处为 3 吣n o 向斜部分煤层埋藏较深，向斜轴部最深处1 8 0 0 。背斜与向斜之间没有明显的界线， 煤层是互相连为体的。矿区虽然划分为许多矿井，但相邻矿井之间煤层完全是相连成片 的，特另忱彗舞色唰昙厚度稳定，全矿区连续分布。煤矿开采由浅到深，即背斜部分先开采， 逐渐朝向斜方向推进。目前开采深度在_ 8 0 0 i n 以上，今后将逐渐推进至| 卜1 0 0 0 m 深度。 潘谢 扩区面眵 较大，含煤性商主i 色嚷层多，赋存隐定，是们匐茂一片的特大型煤田。 矿区现有5 对生产矿井，韬睫和筹建旷井7 对，3 对后备井，如表2 1 所示。其中张 集二期原是张集矿井的部分( 2 0 i 锄2 ) 和谢桥矿井的部分( 1 0 h n 2 ) ，顾北矿井原是顾桥 矿井的部分，潘四东井和潘四西井原是一对井，以e 三项是2 0 0 4 年批准的矿区总体规划 调整的。各矿井井田面积如表2 1 所示。 2 2 煤层埋藏深 全区煤系地层被新生界松散冲积层所覆盖，由东向西，由南向北逐断增厚。潘谢新区 除个别古地形隆起处外，新生界松散层厚般者鹭庄2 0 0 5 6 4 。煤层开采上限般都在一 4 0 0 i i i 以下。 2 3 可采煤层数多 煤田含煤地层为石炭二遂系，其中二迭系山西组、石舒组为主要含煤地层，可采 煤层段煤系厚3 4 胁左右，共含有可采煤层9 1 8 层，可采煤层总厚度2 5 3 4 i n ，平均3 0 i n 。 1 3 一l 、1 1 2 、8 、6 、4 、l 等煤层为主采煤层，单层厚度般为2 勖1 ，主采煤层的总厚 度占可采煤层总厚度的7 0 9 6 左右。 2 4 储量丰富 全区一1 0 0 0 n l 以上有资源，储量1 1 8 亿吨，一1 5 0 响以上2 9 4 亿吨。 2 5 地质构造 潘谢新区地质构造为次级背斜、向斜构造；东部潘集丁集背斜南翼倾角小，构造 较简单；北翼倾角大，且走向断层较为发育；中部顾桥桂集区为扭曲带的单剁构造， 倾角平缓，倾斜断层发育；西部谢桥张集区为不对称的向斜构造，谢桥向斜南翼倾角 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 较大、构造复杂，北翼倾角较缓、构造较简单；全区煤层倾喃以缓倾斜为主，局部地区为 倾斜或急倾斜煤层( 潘集背斜北翼及谢桥向斜南翼) ，火成岩侵入以丁集区较多。 表2 1 淮南潘谢矿区资源储量开发利用汇总表 勘查井田面积资源储量 矿井类别矿井名称计算标高( m )利用情况 程度 ( k l n 2 ) ( 万吨) 潘矿精查 4 7 6 1 0 0 01 4 3 7 5 2生产 潘东煤矿精查 5 6 81 0 0 09 5 5 6 8 生产 生 潘三矿精查 6 4 0 - 1 0 0 01 1 8 1 0 6 生产 声 精蓟顶 矿 谢桥矿 4 2 3 01 3 0 01 2 5 6 4 7生产 查 井 张集矿精查 6 0 o 1 0 0 01 2 3 5 0 6生产 小计 2 5 0 _ 7 6 0 6 5 7 9 计2 9 4 36 6 3 8 3 0 张集二期精查 3 0 0 1 0 0 05 在建 在顾槲 精查 8 4 o1 0 0 01 7 8 3 1 4楗 建 丁集矿井精查 1 0 7 01 0 0 01 2 7 9 7 0 在建 筹劂褂精查 3 6 01 0 0 06 7 4 0 0 筹建 建 潘四东井 精查1 8 4舢3 4 姗筹建 矿 潘四西井精查 l7 6蝴2 9 2 6 l筹建 井 朱集矿井普查 7 5 o1 0 0 07 9 6 7 9筹建 后潘深部预查 1 0 2 o1 5 0 03 4 1 0 0 0后备 备潘三深部预查 5 8 21 5 0 02 2 删后备 矿 顾桥深部 颈查6 5 31 5 0 0 2 5 1 2 0 0 后备 井小计 2 2 5 58 1 6 4 0 0 合计 9 14 52 1 0 8 8 9 4 2 6 瓦斯 矿区煤层瓦斯含量高，4 2 2i i t k ，最高压力5 7 1 岫，煤层透气性系数低，c 1 3 - l 煤层仅为3 9 2 1 0 督伸a d 。工作面最大瓦斯涌出量达3 0 醴m i n ，矿爿相对瓦斯涌出量 1 4 复杂地质条件矿井合理集中生产、高产高效设计实践 最大为3 9 6 7 i i t ，均为高瓦斯及瓦斯突出矿井，是实觋谊i ； f 凛约化安全开采的主要审哟因 素。 2 7 地温 由于本区煤层赋存较深，岩石地温较高，矿井第一水平均地温3 1 。3 3 左右，局部 高达4 0 以上。 2 8 煤尘与煤层自燃倾向性 主要可采煤层均具强爆炸性，多数煤层易自燃。 2 9 煤层顶底板岩石力学特征 主要可采煤层顶底板多为泥岩、砂质泥岩。 综t 所述，淮南潘谢矿区具有表士层厚、煤层埋藏深、地压大、地温高、煤层顶底板 岩性及煤层本身较软，且煤层瓦斯含量高、透气性极低、易自燃等诸多问题，如何统筹兼 顾，解决难题，需深入研究探讨。 1 5 复杂地质条件矿井台理集中生产、高产离效设计实践 3 矿井合理集中生产、高产高效开拓开采综合技术研究 3 1 开拓部署 潘谢矿区井田新生界松散层厚，煤层埋藏深，均采用立井开拓方式。 3 1 。1 采用分区并纭，分区通风 以张集矿井为移j ，由于并羽灏积犬，煤层生产能力高，瓦斯含量较离，为在此复杂地 质条件下实现高产高效，同时也为解决以下阀题：有效解决通风问题，使风井服务半径 投最大通风负压按制眭冷理范围内，提高矿井线产的安全性、可靠性；缩短井下辅助运 输躐离，使生产与瀣d 隧不平扰；避免翻辩嘲露睡展开，合理集中生产，增匀目开攘、 生产的灵活性，采用了分区开拓、分区通风、集中出煤的开拓布置。全矿井主要根据风并 服务半径，结合井筒位置和井下开拓部署划分为中央区、北区和东区三个分区，其中水 平划分为2 个分区：中央区和北区。每个分区备自具有独立进、涸风系统和霹猫提升系统。 主提升系统、生产系统、辅助生产系统及行政、福利设施集中设置在中央区工业场地。中 央医设主、副、中峡风并3 吟井筒，其中主井承担全矿井的炳唠2 提升，不回风，也暂不承 担迸麟任务；副并承担全矿井材料设备、人员运送和中央区矸石豹提升，并承担中央区进 风；中央风并承撵中央区的嚣风。开采l 区对浚进、匿酾l 舅簪个，其中进麟黄承搀j e 医 的谶风和矸石提升，回风并承担北区回风，开采深部水平时打汗东区，设进、回风井各一 个。 对于井田器秘 大，露测女强数多，并墼大的旷：凇开掘，分疆圈踊螽安全可靠豹方 式。 3 1 2 园地制宜龠璞确定井筒依鬣 淮南潘澍矿区井简位置豹选撵既有般性踉则，也璃爿