毕业设计（论文）-新阳煤矿高阳区矿井设计.doc

太原理工大学继续教育学院毕业设计（论文） 第一章 采区概况及地质特征第一节 采区概况一、采区开拓布置，北采区所在水平、位置，与临近采区的关系1、采区开拓布置：北采区采用双翼开采，在采区中部平行布置三条巷道：北采胶带大巷、北采轨道大巷、北采回风大巷，方位356，间距：中-中40米，北采回风巷布置在9-10-11号煤层中部10、11煤层中，北采胶带巷沿11煤底板布置，北采轨道巷沿9煤顶布置。2、矿井概况及采区所在水平、位置：高阳煤矿是由山西煤矿设计院在20世纪60年代初设计的年产120万t的国有大型煤矿，始建于1965年12月，1973年5月20日建成投产。至今已有三十多年的历史。依据国家建设对煤炭的需求情况，经国家能源投资公司批准,1991年12月20日新阳矿高阳区开始扩建，生产能力从120万t/a一次扩建至300万t/a。目前高阳区经核定生产能力为470万t/a。2004年新阳矿高阳区实际生产能力为214.5万t/a,2005年高阳区矿井生产能力为252万吨。新阳煤矿高阳区矿井,位于孝义市城西14km的高阳镇，属吕梁市孝义市行政管辖区。高阳井田地理范围为北纬37073715，东经11136051114205，中央子午线1110000。井田西南与水峪井田毗邻；井田西部与羊寨勘探区为邻，即以南马庄正断层为界；东与白壁关井田(目前已规划为新阳煤矿白壁关区)相邻，即以偏店逆断层为界；北至丈八煤层露头；南到兑镇介西铁路北。南北长约为7.5km，东西宽约9km，总面积为53.2851km2。新阳煤矿高阳区交通便利，南同蒲铁路介(休)西(泉)线沿井田东南边界通过，介西线白壁关站有到矿区的铁路专用线， 专用线长5km，介休站到太原站169km。太(原)离(石)高速公路即307国道从矿区北边通过，340省道从矿区中心通过，至汾阳城18km ， 汾阳至太原106km。北采区为高阳井田下组煤开拓的第二个采区，位于高阳井田的西北部， 开采石炭系太原组9-10-11煤层合并层。其上限标高为+ 890 m，下限标高 +493m， 采区走向长19005975 m, 最大倾斜长4900 m , 面积21513516m2。3、北采区与临近采区的关系：北采区上部+656水平上组煤1、2、3#煤层采区有二采区、三采区、六采区、七采区。其中二采区、三采区已报废，六采区、七采区正在开采，截至2006年六月底六采区、七采区剩余储量见下表： 表11 地质储量可采储量六采区782.3120.2475.415.82255.32125.33506.83344.3七采区832.3161417.219.52310.521403460.83267.7二、地形地貌：高阳区矿井处于黄土高原中部的山西省吕梁山东麓，区内地表大部被黄土覆盖，黄土冲沟发育。北采区地面位于西曹村以西，340省道、贤者村、胡家窑村以北，半沟村东南500米、安家岭村东南650米，南榆苑村、虢义河以南。本区地势西高东低，冲沟发育，地表大部分被第四系黄土覆盖，基岩仅在采区西南部的冲沟中有零星出露，地面标高+854m+1077m，相对高差 223m。盖山厚度100 - 455m.三、水文、气象与地震：1、水文高阳区矿井内河流均属黄河水系汾河支系，流向由西往东，平时少水或无水，属季节性河流。高阳河发源于西部吕梁山，流经井田中部，至善吉村与兑镇河汇合后流入孝河，长34km，出山后河谷宽度为200500m。二十世纪六十年代该河仍有小股长流水，二十世纪七十到八十年代，由于地方工业及煤炭工业的发展，截流或渗水严重，矿区地段已成为干枯河套。兑镇河发源于西部吕梁山柳子沟，经柳湾矿区，水峪矿区及井田东南部至善吉村流入孝河，该河长33km，河谷宽200m左右。2、气象高阳区矿井内的气候受季风环流、地理纬度和海拔高度的影响，一年四季分明，是典型的暖温带气候。本区属大陆性气候，冬季受蒙古冷高压的控制，多偏北和西北的气流影响，气候寒冷少雪；夏季受太平洋副热带高压影响，多偏南和东南气流，气候炎热，雨量集中；春季受冬夏季风气团的交替控制，气候多风干旱，变化明显；秋季则因蒙古高压气团的迅速南侵，天高气爽多为晴朗天气。年气温68月份最高一般为26-28，最高可达39，每年12月份最冷，一般为-7-15，最低为-23，冻土深度一般为0.420.69m，年降雨量500mm左右，雨季集中于78月份，年蒸发量一般为18001900mm，远大于年降水量，故该区比较干旱。3、地震根据中国地震烈度区划图（1990）划分：高阳区矿井属地震烈度区7度区；根据中国地震参数区划图（GB18306-2001），本区所属地震动峰值加速度分划为0.15g。四、地面建筑、文物古迹地表建筑有赵西沟、南头、北头、下卫底、角盘、西曹村砖瓦结构或混凝土全梁结构的房屋，主要设施有输变电线路、乡村柏油公路或简易公路等。无文物古迹。第二节 地质特征一、地层本区地表绝大多数被第三、第四系沉积物所掩盖，基岩仅在西部、南部河谷中所出露。二、地质构造高阳井田基本为一残破的的盆状构造，地层倾角510，局部为15左右，东西构造差异很大，西部为单斜构造区，断层多，落差小。北采区位于高阳井田西部单斜构造区，由南向北地层走向由近南北转向北东，倾向由东转向南东，地层倾角511。根据勘探及上部1、2、3#煤层开采资料可知，本采区地质构造复杂，陷落柱发育。三、煤层及煤质（一） 煤层9-10-11号煤层位于太原组下部，上距K7砂岩约66m左右，上距3号煤层约72.55m，下距K1砂岩约21m左右；煤厚5.5815.36m，平均7.92m，含夹石24层，结构复杂，层位稳定。其厚度变异系数(r)为21%，可采性指数（km）为1，属全区稳定可采的厚煤层。9-10-11号煤层特征表表12地层单位可采含煤系数（%）煤层号煤厚(m)最小最大 平均厚（点数）结构厚度变异系数r(%)可采性指数(km)稳定性可采性统组上石炭统太原组8.99-10-115.58-15.367.92复杂211.0稳定可采（二） 煤质 9-10-11号煤层煤质：水分：原煤0.294.34%，平均1.08%，为特低全水分煤；灰分：原煤5.1335.57%，平均14.20%，为低灰分中高灰以低中灰煤为主，精煤3.4826.14%，平均8.04%，为特低灰中灰分以低灰分煤为主，经洗选后原煤灰分平均降低了6.16%，灰分降低率达43.4%，效果明显；硫分：原煤0.365.70%，平均2.72%，为特低硫高硫分以中高硫煤为主，精煤0.263.58%，平均2.26%，仍为以特低硫高硫分以中高硫煤为主，经洗选后原煤硫分平均降低了0.46%，降低率仅为16.9%，脱硫效果不明显，说明9-10-11号煤层中硫的成分主要来自有机硫，有机硫占全硫含量的4699%，故洗后仍高达0.263.58%，平均2.26%，说明有机硫经洗选后很难脱掉；精煤挥发分16.8219.98%，平均18.95%，为低挥发分煤；原煤磷含量为0.00060.0291%，平均为0.0095%，为特低磷低磷分以特低磷煤为主；胶质层最大厚度为5.74mm；粘结性指数为41；曲线型为平滑下降型，根据中国煤炭分类国家标准（GB5751-86）的要求，9-10-11号煤层煤类为瘦煤。四、瓦斯、煤尘、煤的自燃性（一）、瓦斯本矿井为低级瓦斯矿井（二）、煤尘依据历次报告和山西省煤炭工业厅综合测试中心以98量认（晋）字（B060）号提供的“煤尘爆炸特性参量鉴定报告”确定本矿井9-10-11号煤层均具有爆炸性，因此必须完善严格的防尘措施和规定。见下表117。43煤尘爆炸特性参量委托单位：汾西矿业集团 报告提交：2002/1/29 表1-3煤层参量12391011爆炸特性煤尘云最大爆炸压力Mpa0.530.530.540.470.550.49最大爆炸压力上升速率Mpa/s36.3740.0341.7427.8340.7734.91煤尘云最低着火温度770730830730830820煤尘层最低着火温度270270270280270270煤尘云最低点火能量J0.0000.0050.0000.0050.0000.0050.0000.0050.000.0050.0000.005煤尘云爆炸下限浓度G/m3203020301020102010202030煤尘云最大爆炸指数Mpam/s9.82010.80811.2707.51411.0089.426备注（三）、煤的自燃根据2001年5月30日山西省煤炭工业厅综合测试中心煤自燃倾向性指标鉴定报告。9-10-11号煤层为自燃煤层，均属高挥发性煤种，具有自燃发火倾向，在采掘9-10-11号煤层时必须引起高度重视。为防患于未然，本矿井生产中采取多种防火措施。如严禁可燃性材料下井，设井下消防材料库，防火门，严格火工管理制度，严禁井下明火作业，加强机电设备防爆检修等。五、水文地质（1）、主要充水含水层1.中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层2. 太原组灰岩(K2)含水层3. 太原组灰岩(K3K4)含水组（2） 预计正常涌水量150 m3/h，最大涌水量300 m3/h。第二章 采区布置及装备第一节 采区范围及资源/储量一、采区范围：下组煤北采区为高阳井田下组煤开拓的第二个采区，位于高阳井田的西北部，开采石炭系太原组9-10-11煤层合并层。下组煤北采区采区边界：北至虢义河、南榆苑村、孝柳铁路保安煤柱，西至高阳煤矿井田边界，南至神福村、贤者村保安煤柱，东至F6逆断层，西南至官岭、北岭沟煤矿井田边界，其东西宽5km，南北长65km，开采范围 21513.516 km2。二、资源/储量依据2004年10月由山西汾西矿业（集团）有限责任公司提交的山西霍西煤田高阳矿资源储量复核报告（国土资矿许储字2004109号文通过，以国土资储备字2004298号文备案），北采区现有资源量见下表（表21）采区资源/储量汇总表 表21煤 层331332333 331+332 331+332+333地质资源量工 业资源/储量煤种9-10-11191041456191041456191041456SM依据中华人民共和国煤炭工业局制定建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与三下压煤开采规程中的有关规定，井田边界煤柱留设50米，村庄煤柱依据1996年汾西矿务局高阳煤矿生产地质报告有关参数留设，采区设计资源/储量见下表（表22）采区设计资源/储量计算表 表22煤 层工 业资源/储量永久煤柱损失设 计资源/储量井田边界铁路村庄断层小计9-10-1119104145621073603348878235596142155445314 参照高阳煤矿下组煤南采区准备巷道保安煤柱，北采区大巷保安煤柱安60米留设，采区设计可采储量计算见下表（表23）采区设计可采储量计算表表23煤 层设 计资源/储量开采煤柱损失开采损失设 计可采储量工业场地井筒大巷小计9-10-11155445314 13230000下组煤北采区设计储量井田境界煤柱、断层煤柱等永久煤柱损失量，再减去井筒、工业场地、大巷、上、下山煤柱及开采损失（采区回采率为80%）后，北采区可采储量为142215.314kt（下组煤煤层共计356184kt）。第二节采区设计生产能力及服务年限一、工作制度设计年工作日330天，四六制作业，其中三班生产，一班准备及检修，日净提升时间为1418h。二、设计生产能力下组煤北采区结合井田煤层开采技术条件以及矿井现有井上、下生产系统，并结合国内外综掘、综放工作面的实际生产能力，采掘设备装备水平，根据井田地质条件，拟布置一个综掘工作面、一个开拓工作面、一个综放工作面。投产只布置一个综放工作面，布置在11煤层中，年生产能力3000kt。三、采区服务年限服务年限按公式计算：T=ZK/（1.3A）=142215.314(1.33000)=36.5年。式中：T下组煤北采区服务年限（a）Zk下组煤北采区可采储量（kt）1.3储量备用系数A下组煤北采区设计生产能力（kt/a）则下组煤北采区的服务年限为36.5年。第三节 采煤方法一、采煤方法的选择：1、采煤方法选择 该区范围内9-10-11煤层平均厚度7.92米，倾角68，全区为稳定可采煤层，该煤层有数层夹石，顶板为K2石灰岩，底板为灰黑色泥岩，顶底板岩性良好。根据煤层所赋存状况，结合采区设计规模确定工作面采用综放一次采全高。1、采煤方法名称：走向倾斜综合机械化低位放顶煤采煤法。2、采高及层位控制：根据煤层赋存情况、巷道掘进高度及采煤机与支架的配套关系，确定工作面采高为2.7m。回采时，以2矸标志层作为工作面顶板，一方面在保证采高的前提下留设一定厚度的底煤(200800)，防止割破铝土泥岩，造成底鼓或支架钻底给生产带来不利影响；另一方面保证有足够的顶煤厚度，使采放比合理，减少丢煤。3、首采工作面推进方向：由西向东推进。二、工作面参数及采放工艺根据9-10-11#煤层的赋存状况和开采技术条件，参照煤炭工业矿井设计规范的有关规定，并结合汾西集团公司高阳煤矿的生产和管理水平，确定综放工作面长度为200米。首采工作面基本参数：（1） 工作面长度：200 m（2） 顺槽平均长度：2640m（3） 煤层厚度：7.92m（4） 煤层倾角：68（5） 面积：528000 m2（6） 容重：1.35t/m3（7） 工业储量：5645376 t （8） 可采储量：5545800 t（9） 割煤回采率：95%（10）放煤回采率：75%割煤高度2.7米,采放比1：1.93，截深0.8米，放煤步距0.8，初放距离810米，放煤方式：一采一放，单轮顺序放煤，端头放煤，工作面末采。 三、工作面采、装、运方式及设备 工作面按照破、装、运、支、移順序进行作业，主要生产工序为：割煤移架推前溜放顶煤拉后溜，完成上述一组工序即为一个循环。1、割煤方式： 双滚筒采煤机割煤，采高2.7m，截深0.8m；支架尾梁插板伸缩摆动落下位顶煤，矿山压力破碎上位顶煤，并借助插板破碎大块煤,防止堵塞放煤口的综合落煤方式。循环进度0.8m。2、 装运煤：采煤机滚筒和前部输送机前移配合装运煤。破碎并垮落到支架掩护梁和尾梁上方的顶煤，在尾梁插板缩回后，利用自重自动溜入后部输送机的溜槽中运出，尾梁插板完成大块煤的破碎，并通过上下摆动尾梁破坏掩护梁上方由大块煤形成的临时拱式结构。前、后两部输送机平行运煤，集中到桥式转载机和胶带输送机上运出。3、 移架方式：移架时采用本架操作，移架方式为单架依次顺序式，即沿采煤机前进方向追机作业，移架时将支架部分卸载,带压擦顶移架。支架工作方式为及时支护方式，即采煤机割煤后，滞后采煤机后滚筒23架开始移架。顶板破碎时紧跟前滚筒伸伸缩梁或超前移架。移架时所移支架两侧支架必须处于推溜状态，移架步距0.8m。移架顺序为：4、推、拉溜方式：（1） 推移前部输送机：在工作面支架本架上操作，实现从机尾至机头的推移顺序。推溜一般在移架后依次进行，滞后移架2025m，推移弯曲段不小于20m，推移步距0.8m。推移输送机时要前后照应互相配合,至少分三次推移到位。（2） 拉后部输送机：拉后部输送机从机尾向机头单向顺序进行，且滞后放煤口1520m进行，步距0.8m。5、 放煤方式：综放工作面的顶煤厚5.22m，根据放煤经验，部分顶煤随移架会自动放出，因此采用单轮顺序放煤法，本架操作，由顶板压力、支架反复支撑、尾梁上下摆动、插板来回伸缩等综合方式放煤，采用一采一放单轮顺序放煤方式，采放平行作业，放煤步距0.8m。放煤工必须严格执行综采放顶煤工技术操作规程。（1） 采放比：设计割煤高度2.7m，放煤高度5.22m，故该面的采放比为：采放比2.7/5.221:1.93（2） 放煤口数量确定：按后部输送机能力确定放煤口数目。单口放煤量：qf1.50.85.221.3575%6.34t其中：1.5单组支架宽度；0.8放煤步距；5.22顶煤厚度；75%顶煤回采率。 单口纯放煤时间：根据条件接近工作面放煤经验,单口纯放煤周期为90s，连续放煤周期95s/架，为便于顶煤充分放出，提高回采率，取tf100s。 每分钟放煤量：Q6.3460/904.23t 同时放煤口数目的确定：考虑1.3不均衡系数，同时应满足后部输送机1500t/h的能力要求。同时放煤口数目最大值为：Nf1500/（4.23601.3）4.55(个)由于移架后漏煤，因此取Nf2（个） 放煤循环时间：Tf100/60131/2109min（3） 采煤机割煤速度的确定：根据采放平行作业的要求，割煤循环时间和放煤循环时间应相等，放煤工序循环时间为109分钟。单向割煤时，采煤机割煤速度按Vg13.54.5m/min计，清煤速度按Vg27.08.0m/min计，由下式：Tg1202.7/Vg150.68 取Vg14m/minTg2202.7/Vg227.03 取Vg27.5m/min割煤周期TgTg1Tg250.6827.0377.71min同时考虑推溜和辅助时间大约30min，整个循环周期应为108min，TgTf，和放煤周期大致相符，因此，本工作面采用一采一放单轮顺序放煤方式是可行的。6、初次放煤步距：根据矿压观测及水峪矿经验，预计推进810m时，顶煤初次跨落，即可开始放顶煤，故将初次放煤步距确定为810m。7、循环放煤步距：工作面支架放煤口的水平投影长度约为0.8m，根据放煤理论，放煤步距应当与支架放煤口的纵向尺寸相一致，循环放煤步距应为移架步距的整数倍。合理的放煤步距要既能提高顶煤的回采率，减少资源损失，又能降低含矸率，保证煤质。结合水峪矿经验，将循环放煤步距确定为0.8m。根据工作面长度结合矿井开采技术条件，确定以一个综放工作面保证其设计规模，工作面装备详见下表设 备 明 细 表序号名 称型 号台 数功 率（KW）生产能力（t/h）备 注1采煤机MGTY300/700-1.1D17002前刮板输送机SGZ-764/6301315210003后刮板输送机SGZ-880/8001400215004转载机SZZ-1000/400140025005破碎机PCM-200120022006皮带输送机SSJ1200/231512315长1080m7乳化液泵站BRW400/31.522508喷雾泵XPB315/6.32459移动变电站KBSGZY1600/11403KBSGZY1000/1140110工作面监控系统KJ50型PROMOS监控系统3011工作面照明DGC35/127N型28四、工作面支护及设备1、端头支护：工作面上端头采用两架ZF5400/17/32H型排头架和一组ZTF12400/21/30型端头架支护顶板；机尾采用两架ZF5400/17/32H型排头架配合单体支柱支护顶板，机尾最后一个排头架与巷帮间保持两排单体支柱，单体支柱排距不大于1.0m，柱距与巷内锚杆排距相同，落山侧与排头架切顶线齐，支设三排三根一组的丛柱,排距为900，柱距为500，单体支柱上戴600兀型梁，兀型梁垂直于巷道布置，正悬臂长为400。 （1）、端头顶板管理：上下端头铺联网：为了加强顶板管理，确保安全生产，上、下端头各3架铺联单层网（规格为长宽=50.8m ），但顶板破碎时，必须联双层网，以防冒顶。所铺网与巷道顶网之间搭接0.5m，长边对接，扣扣相联，每扣拧23圈。联网使用16#铅丝。第一次挂网时，需先降下第一架支架的前探梁后，工作人员从顶板完好处向架顶铺网，并背棚板，撤人后升支架压好网，依次完成第二、三架的铺网，以后每循环预挂网。（2）、回采过程中，必须根据工作面的生产实践及上、下端头及出口的实际情况，及时地修改、补充加强工作面上下端头及出口支护的相关措施，确保安全生产。2、两巷超前支护：（1）、超前支护距离：两巷超前支护距离从工作面煤壁算起:运输巷不少于25m，材料巷不少于50 m。但两巷受采动影响矿压现显明显时超前支护长度必须随之加长。（2）、超前支护形式：运巷超前支护采用DZ28型单体支柱和3.2m型梁支护,具体形式为:梁垂直于巷道布置,排距900 ,距梁两侧各0.2m处支设一根单体支柱。在材料巷落山侧支设一排戴帽点柱，柱帽选用600短梁，排距900 ,煤帮侧2.7m型梁垂直于巷道布置，距梁两侧各0.2m处支设一根单体支柱，排距900 。材料巷为三排支护,运巷为两排支护。（3）、超前支护工程质量要求：a单体支柱必须成直线布置，且迎山有力。b单体支柱必须挂好防倒链，以防倒柱掉梁伤人。c单体支柱必须穿300铁鞋支设，且必须支在实底上。d单体支柱初撑力不小于6.4 Mpa。e单体支柱的三用阀注液口统一朝向落山方向。f 型梁必须接顶严密，若接顶不严，须用构木或柱帽等勾严背实。g超前支护范围内巷道高度不得低于1.8m，并有不小于0.7m宽的人行道。h超前支护范围内无浮煤、杂物和淤泥积水，电缆悬挂整齐。i发现漏液或失效支柱要及时更换。j回收下的单体支柱放在超前支护范围以外待支护地点，且必须摆放整齐。3、特殊条件下的顶板支护：(一)初次来压及周期来压期间的顶板管理：1、工作面初采前，必须按规程要求支设好两巷超前支护。2、初采、初放期间，各有关部门要派专人到现场跟班盯岗，严把支护质量和工程质量关，发现问题及时处理。3、来压期间，采高严格控制在2.52.7m，严禁超高，必要时可适当降低采高。4、必须保证泵站及支架液压系统无跑冒滴漏现象，泵站压力不低于31.5MPa，支架初撑力不小于25Mpa，单体支护地段支柱初撑力不小于11.4 Mpa。5、必须加强端头及两巷超前支护，保证安全出口畅通。6、工作面支架要随采煤机割煤后及时拉出，并保证前梁接顶严密，若煤壁片帮严重或顶板较为破碎，应在前滚筒割过煤后及时伸出伸缩梁护顶，追机打开护帮板护帮。必要时应在割煤前超前拉架。如超前拉架后端面距仍超过规定，应在支架前梁上挑棚板支护且在梁下支设贴帮柱。7、来压期间，应积极组织生产，加快工作面推进度，尽快摆脱压力影响。8、必须保证工作面直线度，以防产生局部应力集中。(二)、工作面发生拉槽、冒顶事故时的顶板管理：1、首先及时将拉槽、冒顶处两边缘支架伸缩梁伸出并严密接顶，必要时将支架超前拉出，或在煤帮平行于工作面支设戴帽点柱,以防冒顶范围向两边扩展。2、在拉槽、冒顶地段，先在煤帮挖好梁窝，视拉槽、冒顶的长度平行于工作面交错支设3.6m木梁，然后垂直煤壁在木梁上用棚板勾顶，棚板一端支在支架前梁上，另一端支在木梁上，待支架拉出挑住木梁后再回掉单体支柱。4、支架选型计算：（1）、支护设备及材料：根据工作面顶板及现有设备状况，选用131架ZF5400/17/32型中间架，4架ZF5400/17/32H型排头架和一组ZTF12400/21/30型端头架进行支护。工作面两巷超前支护选用单体液压支柱配合型梁支护，单体支柱具体规格根据巷道参数选定。为防止支柱钻底，保证支柱初撑力，超前支护单体支柱要穿铁鞋。此外，还需备用一定数量的柱帽、棚板、木梁、型梁以备特殊支护用。支架主要参数及技术特征表 表2-3-1序号项 目中间架排头架端头架单位ZF5400/17/32ZF5400/17/32HZTZ12400/21/301最小高度1700170021002最大高度3200320030003支架宽度1430/16001430/16001700/25304支护面积6.476.9522.465中心距150015006额定压力31.431.431.4MPa7初撑力4350435010471KN8工作阻力5400540012400KN9支护强度0.750.710.51MPa10底板比压2.463.581.781.21MPa11推溜力631631990KN12移架力359359717KN13移架步距80080080014操作方式本架操作本架操作邻架操作15支架重量205732310938805kg16安装数量13141（组）架 支护材料使用及消耗表 表2-3-2 项目规格单位数量备注单体支柱DZ-35根20备用DZ-28根280含备用DZ-25根20备用DZ-22根20备用DZ-18根10备用木梁3600180170mm根20备用棚板2000180 120块80备用1500180120mm块80备用铁柱鞋300mm个280含备用型梁长3200mm根35含备用长2700mm根100含备用长600mm根150含备用2、支架选型计算：（1）根据经验公式，支架应达到的支护强度为：P=8M 式中：P考虑老顶来压时的支护强度M采高，M=2.7m上覆岩层平均容重 取=2.4t/m3P=82.72.451.84t/m2=0.52MPa而中间架支护强度为0.75MPa，排头架支护强度为0.71MPa。显然PP架 ，故能满足支护要求。P架支架支护强度。（2）支架底板比压验算:采区底板比压值P115MPa，支架底座箱对底板比压P20.841.5MPa，即P1P2。故所选ZF5400/17/32型支架能够满足顶底板管理的需要。条件项目工作面条件支架适应条件采 高(m)2.71.93.0倾 角()36（平均：4）15煤 厚（m）8.92620煤层硬度（f）1.01.02.5底板比压（Mpa）150.841.5支护强度（Mpa）0.520.710.75顶 板级2类 工作面条件与支架适应条件对照表 表2-3-3通过以上验算及对照表可见，选用ZF5400/17/32型和ZF5400/17/32H型支架是合适的。3、最大最小控顶距：根据支架的技术参数确定最大控顶距为5.7m，最小控顶距为4.9m，端面距不超过340mm。五、工作面回采方式及顶板管理方式：1、工作面回采方式：走向长壁综合机械化低位放顶煤采煤法。2、顶板管理方式：采用全部垮落法管理顶板，选用ZF5400/17/32型支撑掩护式液压支架作为基本支架护顶。随着工作面推进，每循环落山顶板垮落一次。六、工作面生产能力计算根据下组煤开拓方案，北采区采用双翼开采，在采区中部平行布置三条巷道：北采胶带大巷、北采轨道大巷、北采回风大巷，方位356，间距：中-中40米，北采回风巷布置在9-10-11号煤层中部10、11煤层中，北采胶带巷沿11煤底板布置，北采轨道巷沿9煤顶布置。回采工作面采用倾斜长壁式开采，回采工作面垂直于准备巷道布置，回采工作面运输、材料顺槽均沿11煤层底板布置，运输顺槽（兼回风）通过溜煤眼与北胶带大巷相接，并通过顺槽联络巷与北轨道大巷沟通；材料顺槽（兼进风）直接与北轨道大巷相连，并通过溜煤眼与北胶带大巷相接，通过联络巷与回风大巷相通，形成回采工作面完善的运输、通风、排水、供电及井下消防洒水系统。回采方式采区内采用前进式开采，工作面采用后退式开采，相邻工作面间采用顺采。但由于北翼采区开采初期，为不影响上覆上组煤六、七采区生产，考虑初期回采时工作面布置于采区西翼南部，相邻工作面采用跳采。工作面长度为200米，工作面单产能力按下式计算A采IMLRCIMLRC式中：A采回采工作面年产量 t/aI 回采工作面长度 200mM回采工作面采高2.7mM/放顶煤高度5.22m(平均厚度7.92m采高2.7m)L工作面年推进度 1584m(日循环6个,循环进度0.8米,年生产天数按330天计算0.86330=1584)R煤的容重 1.35tm3C工作面回采率 取0.95C/放顶煤回采率 取0.75则：A采=2002.715841.350.952005.2215841.350.75=2771. 4kt/a掘进煤量按回采煤量的1015%，平均按12%计算,则掘进煤量为：A掘=2771. 40.12=332.6 kt/a采区产量为：A= A掘A采=332.62771.4=3104 kt/a满足采区生产能力设计要求3000 kt/a七、采区及工作面回采率 采区回采率：80%，工作面回采率：90%。第四节 采区巷道布置一、工作面数目及采区生产能力： 下组煤北采区结合采区煤层开采技术条件以及矿井现有井上、下生产系统，并结合国内外综掘、综放工作面的实际生产能力，采掘设备装备水平，根据井田地质条件，拟布置一个综掘工作面、一个开拓工作面、一个综放工作面。投产只布置一个综放工作面，布置在11煤层中，年生产能力3000kt。以后本着以煤养掘、提高设备运转率、减少生产影响时间，生产中逐步形成两个综放工作面，其中一个工作面备用。二、采区巷道布置1、矿井现有井筒数目高阳矿已在高阳河南岸竖井沟内形成工业场地，其北面为高阳河和铁路车站，东、西、南三面均为黄土高坡，为一狭长的沟谷，东西宽80100m，南北长400m，现有生产设计分别布置于沟内和两侧山坡上。矿井工业场地标高为+853m。矿井井底车场标高为+656m，现有主斜井、副立井、副斜井、进风立井、东风井、角盘进、回风斜井、南采区回风井共八个井筒，其中主斜井为担负原煤提升，副立井作为升降人员和运输材料、矸石和设备之用，副斜井作为运输大型材料、设备之用。2、采区开拓方案（1）、矿井的工业场地和井下高阳区上组煤+656m水平巷道系统已经形成，进行北采区开拓设计时，应充分应用现在地面生产系统和井下巷道系统，以少投入、多产出为原则。（2）、下组煤北采区煤层倾角基本在10以下，煤层厚度稳定，应结合国内、外高产高效矿井的经验以及我矿下组煤南采区综掘、综采放顶煤的实践经验，简化巷道系统，尽可能采用高产、高效机械化采、掘设备。（3）、下组煤南采区于2003年7月投产，投产时为高档普采，经过2004年、2005年前半年进行改造，2005年8月第一个综放工作面投产，最高日产达到1万吨以上,最高月产达到26万吨,开采北采区已积累了丰富的开采实践经验。目前，下组煤南采区作为下组煤的首采区，区内三条主要开拓巷道的两条（南采轨道上山、南采回风上山）已掘进到位，南采皮带上山已掘进1200m，余580m到位。上组煤开拓、开采系统已经形成，应尽可能地利用原有系统进行开发下组煤北翼采区。（4）、下组煤北采区开采范围为采区面积21513.516 km2,采区范围内有可采储量157552.674kt。（5）、高阳煤矿是国有大型现代化矿井，技术力量雄厚，生产设施完善，机械设备先进。（6）、根据下组煤北采区生产能力，煤层赋存条件及地理位置，结合高阳煤矿开拓技术水平及矿井装备等因素，下组煤北采区开拓选定延伸主斜井和利用高阳矿上组煤二采区采区石门水平延伸至9煤进行开拓，通风方式为分区式，初期利用新建北风井通风，后期采用角盘风井延伸至下组煤通风。（7）、井筒目前，高阳矿采用一对立井和一对斜井开拓，本方案利用现有主斜井提升上组煤及下组煤南、北采区6000kt/a原煤，+656m水平现有两个容量各为2000t的煤仓，分别储存高、低硫原煤，使主斜井能定时分送上、下组煤的煤量。(1)主斜井现长910米，延伸274.1米至11#煤层底板下6米，井筒断面为半园拱，净断面14.6m2，支护方式为砼砌碹，下组煤北采区所生产的原煤经北翼集中皮带运输至缓冲煤仓，再经主斜井201皮带输送至地面。现主斜井装备强力皮带机功率2*560Kw，带速3.15m/s,提升运输能力500万吨/a,为满足北采区投产后原煤提升,需对主斜井进行改造,经计算，现有主斜井201胶带机带速需由3.15m/s增加至4m/s，胶带机带宽由现在的1200mm更换为带宽1400mm，并需更换CST驱动装置,提升电动机由原来的2*560Kw更换为2*1800Kw后，才能满足提升6.0Mt/a原煤的需要。兼进风。(2)副立井担负升降人员和提升矸石、材料、设备等的任务，兼进风。（3）副斜井作为运输大型材料、设备之用，兼进风。（4）进风立井为专用进风井，（5）北风井作为下组煤北采区初期专用回风井，后期利用角盘风井延伸到下组煤进行回风。北风井为原高阳矿公贸公司北风井煤矿主立井，原井筒井深90米，井径净2.5米，新建北风井需（1）刷大原井筒断面由2.5米刷大至净直径为4米,刷大面积7.66 m2,长度90米。（2）延伸井筒100米到9煤层净井径为4米，净断面12.57 m2，掘进断面14.52 m2,支护方式为锚喷网支护,喷浆厚度为150mm。（8）、下组煤北采区大巷的布置方式和位置的选择a、北采集中轨道大巷：下组煤北采区井田开拓时，利用原二采轨道石门段巷道（原巷道可利用长度340米）进行水平延伸（350米），电机车运输。b、主运输系统利用主斜井以16下山延伸274.1米至11#煤底板下6米，施工一个缓冲煤仓(缓冲煤仓10米深)。c、北采集中胶带大巷：从主斜井缓冲煤仓上方以288方位施工1075米，担负下组煤北翼采区的煤炭运输，并在集中皮带巷尽头布置一个3000t的采区煤库(采区煤库30米深)，作为下组煤北采区的原煤运输缓冲。另沿煤层倾斜方向分别掘采区上、下山巷道。d、北胶带大巷：布置在三条大巷的中部，沿11煤层布置，施工方位356，巷道总长度5150m，矩形断面，锚喷网联合支护，净断面11.7e、北轨道大巷：布置在北胶带大巷东翼，与北胶带大巷中-中40米布置，沿9煤顶板布置，矩形断面，净断面12.6，锚喷网联合支护，巷道总长度5700m，施工方位356。f、北回风大巷：布置在北胶带大巷西翼，与北胶带大巷中-中40米布置，沿10煤顶板布置，矩形断面，净断面9.88，锚喷网联合支护，巷道总长度5700m，施工方位356。3、采区边界划分采区划分：根据下组煤北采区的地质特征及地面建筑等因素，以减少无效进尺和开采上的困难，减少煤柱损失为特征，充分利用自然条件作为采区边界。东至 F6逆断层，南至神福村、贤者村保安煤柱，西南至官岭、北岭沟煤矿井田边界，西至高阳煤矿井田边界，北至虢义河、南榆苑村、孝柳铁路保安煤柱。（采区边界拐点座标见表11）。采区走向长19005975 m，最大倾斜长4900 m ,可采面积21513516m2。三、采区峒室下组煤北采区布置有：北采区消防器材库、北采区火药库、北采区集中水仓、变电所。第五节 巷道掘进一、巷道断面及支护形式：1、北采集中轨道巷：车场段：半园拱断面，墙高1600mm，净宽4700mm，净高3850mm，掘进断面17.8 m2，净断面15.7 m2，支护方式为锚喷支护，支护厚度为150mm。非车场段：半园拱断面，墙高1400mm，净宽3700mm，净高3150mm，掘进断面11.9 m2，净断面10.2 m2，支护方式为锚喷支护，支护厚度为150mm。2、北采集中胶带巷：沿煤层掘进段巷道：矩形断面，净宽4200mm，净高2600mm，掘进断面12.4 m2，净断面10.5 m2，支护方式为锚喷支护，支护厚度为150mm。半煤岩及岩巷：半园拱断面，墙高1200mm，净宽3700mm，净高2950mm，掘进断面11.1 m2，净断面9.4 m2，支护方式为锚喷支护，支护厚度为150mm。3、北采总回风巷：矩形断面，净宽3800mm，净高2600mm，掘进断面11.7 m2，净断面9.9m2，支护方式为锚喷支护，支护厚度为150mm。4、主斜井延伸段：半园拱断面，墙高1400mm，净宽3700mm，净高3150mm，掘进断面11.9m2，净断面10.2 m2，支护方式为锚喷支护，支护厚度为150mm。5、北采轨道巷：矩形断面，净宽4000mm，净高2600mm，掘进断面12.3 m2，净断面10.4 m2，支护方式为锚喷支护，支护厚度为150mm。6、北采胶带巷：矩形断面，净宽4500mm，净高2600mm，掘进断面13.2 m2，净断面11.3 m2，支护方式为锚喷支护，支护厚度为150mm。7、北采回风巷：半园拱断面，墙高1400mm，净宽3700mm，净高3150mm，掘进断面11.9 m2，净断面10.2 m2，支护方式为锚喷支护，支护厚度为150mm。8、切眼巷道：矩形断面，净宽7600mm，净高2400mm，掘进断面21.06m2，净断面18.2 4m2，支护方式为锚网+W钢带。9、材料巷：矩形断面，净宽3800mm，净高2500mm，掘进断面11.2 m2，净断面9.5m2，支护方式为锚网+W钢带。10、运输巷：矩形断面，净宽4800mm，净高2500mm，掘进断面14 m2，净断面12m2，支护方式为锚网+W钢带。二、掘进工作面个数及装备：下组煤北采区共布置两个综掘工作面，其中：一个掘进工作面，一个开拓工作面，工作面装备如下：序号设备名称型 号单位数量备 注1掘进机EBJ-120TP台2功率 190KW2胶带输送机DSP-1010/650部2功率 55KW4转载机QZP-160台255KW5刮板输送机SGW-620/40台16防尘风机SW系列台28综 保BBZ1-4-I台24KVA9真空开关QBZ-80台若干10馈电开关BKD-400台211移 变台2三、采掘比例及矸石量预计： 1、采掘比例：采区投产后，在采区内将布置两个综掘工作面、一个综采放顶煤工作面