煤业公司绿色开采项目可行性研究报告

XX煤业有限公司绿色开采项目可行性研究报告目录TOC\o"1-2"\h\z\u前言 3一、项目的提出 3二、设计依据 6第一章矿井概况 8第一节矿井概要 8第二节交通位置及井田范围 8第三节自然地理 10第四节矿井生产建设情况 12第二章设计区域开采条件 45第一节设计区域地址条件 45第三章膏体充填方案的比选与设计 50第一节充填方案的必选 50第二节首试面充填方案设计 53第四章工作面生产系统 77第一节工作面运输系统 77第二节工作面通风 78第三节安全避险六大系统 80第五章膏体充填系统设计方案 81第一节充填能力确定 81第二节充填原材料选择与性能要求 82第三节充填站位置选择与布置 98第四节膏体充填系统环境保护措施 114第六章安全避险“六大系统” 117第一节压风自救系统 117第二节供水施救系统 118第三节监测监控系统 118第四节人员定位系统 120第五节通讯联络系统 120第六节紧急避险系统 120第七章充填开采地表沉陷预计与岩移观测 121第一节充填开采地表沉陷预计参数选取 121第二节充填开采地表沉陷预计分析 123第八章充填开采监测设计 126第一节充填开采监测内容 126第二节巷道围岩表面位移监测 127第三节充填体强度测试 129第四节充填体接顶质量监测 130第五节充填采场充填体应力监测 131第六节充填采场覆岩离层监测 133第七节地表变形观测线布置 134第九章投资估算与经济效益分析 141第一节充填系统投入 141第二节充填成本分析 142第三节充填采煤直接利润 143第四节充填采煤间接利润 143第十章安全技术措施 145第一节充填安全相关措施 145第二节充填开采管理措施 155第三节其他安全技术措施 155PAGE前言一、项目的提出随着我国煤炭资源的大量开采，“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）压煤问题越来越突出，几乎每一个矿井都有村庄压煤问题，一般占矿井储量的10%～30%，有的更高。同时，煤炭生产中伴随着大量的固体废弃物矸石的排放，其传统的处理方式是由井下提至地表堆积形成矸石山。目前，全国历年累计堆放的煤矸石约45亿t，规模较大的矸石山有1600多座，占用土地约1.5万公顷，而且堆积量还以每年2.0亿t左右的速度增加。排放矸石对地面生态环境造成严重破坏，主要表现在：侵占土地、污染环境、危害人类安全。近年来，煤矿充填开采得到了长足发展，该技术不仅可以高采出率回收“三下”压煤，延长矿井服务年限，还能大量消耗矸石及建筑垃圾，节约土地，有效减轻地表沉陷，保护水资源，保护生态环境，对于促进煤炭工业可持续发展具有重要意义。因此得到了国家的鼓励和支持。2013年1月9日，国家能源局、财政部、国土资源部和环境保护部联合发布《煤矿充填开采工作指导意见》，鼓励推广充填采煤技术。2014年12月1日，财政部、国家税务总局《关于实施煤炭资源税改革的通知》（财税〔2014〕72号），对充填开采置换出来的煤炭，资源税减征50%。2014年12月22日，国家十部委联合下发《煤矸石综合利用管理办法》，把煤矸石井下充填列为第一种综合利用途径。2015年2月4日，国家能源局发布《关于促进煤炭工业科学发展的指导意见》（国能煤炭〔2015〕37号），提出因地制宜推广使用充填开采等绿色开采技术。2018年8月30日，国家发展和改革委员会办公厅、国家能源局综合司、国家煤矿安全监察局办公室联合发布《关于进一步完善煤炭产能置换政策的补充通知》（发改办能源[2018]1042号），鼓励煤炭企业因地制宜推广充填开采、保水开采等绿色开采技术，减轻煤炭开采对矿区生态环境的影响，促进煤炭工业绿色发展。对于实施充填开采置换出的煤炭产量，可按30%的比例折算为置换产能指标，用于产能置换。XX煤业有限公司（以下简称阳辿煤业）为山西王家峪煤业集团下属生产矿井之一。现井田面积10.6926km2，批准开采2-15号煤层，矿井生产能力为120万t/a，开采方式为地下开采。根据煤层赋存特征，井田位于沁水煤田东部，主要含煤地层为太原组和山西组，共含煤16层，煤层总厚约16m，含煤系数8%。主要可采煤层为2、3、15号煤层，6、8-1、8-2、11、14号煤层局部或零星可采，其他煤层均为不可采煤层。矿井现采15号煤层，目前在15号煤层布置一个采区、一个综采工作面保证矿井设计生产能力。采用走向长壁综合机械化一次采全高采煤方法，全部垮落法管理顶板。为了延长15号煤层生产时间，维持矿井120万/a生产能力，缓解15号煤层开采完毕后再进行上组煤层开发时矿井产能减小对矿井的影响，阳辿煤业决定进行上组3号煤层的开发，由于煤层较薄（平均煤厚0.98m），生产能力约30～45万吨/年，并完成了《XX煤业有限公司增层及配采项目初步设计》。由于政策和环保需求，增层及配采技改项目须实施绿色开采技术，通过对比目前的充填开采技术，固体充填和离层区充填都能处理煤矸石，但不能解决建筑物下压煤资源，造成投资浪费；超高水充填技术不符合解决煤矸石处理问题；矸石膏体充提技术既能处理煤矸石，满足技改政策需求，完成3号煤增层配采的批复，又能避免地表塌陷和矸石污染等危害，提高煤炭生产的安全性，创造经济效益，实现矿井的可持续发展。因此阳辿煤业选择膏体充填开采技术。21世纪中国煤矿研究发展膏体充填的根本目的是借助这种特殊的开采方法/技术解放村庄下、铁路下、水体下和承压水上（简称“三下一上”）压煤、提高煤炭资源采出率、控制地表沉陷、保护矿区生态环境和地表建（构）筑物不受或少受开采损害、实现煤矸石等固体废物资源化利用。中国矿业大学是中国最早研究煤矿膏体充填开采的单位，设计了我国首个煤矿膏体充填系统，并成立了中矿大贝克福尔科技股份有限公司（以下简称“贝克福尔”），专门从事膏体充填开采技术开发和技术服务。先后在济宁太平，峰峰小屯，焦作朱村、小马、韩王，淄博岱庄、许厂、葛亭，XX煤业等多个煤矿成功开展了膏体充填开采工业化应用，取得了较好的应用效果。阳辿煤业选择膏体充填开采技术，将具有一举五得的作用：（1）满足阳辿煤业3煤配采项目验收需要；（2）不搬迁开采15号煤层的村庄建筑物压煤资源，在保护地表建筑物的同时，取得较好的经济效益。如圪道村、北上合村压煤资源约400万t，搬迁费用2.5亿元，折合吨煤成本63元/t；采用充填开采，充填直接费用95元/t，节省费用及政府补贴就达110元/t。（3）实现矸石井下充填利用，矸石不外排，必要时还可以制作成非胶结膏体充填进行采空区邻位注浆充填；（4）膏体充填可以实现沿空留巷，工作面之间采用无煤柱开采技术，进一步提高资源采出率；（5）阳辿充填系统服务半径5km，可同时为集团公司另外两个煤矿（山西王家峪煤业有限公司、山西下合煤业有限公司）压煤资源进行服务。阳辿煤业目前年产能120万t/a，结合本矿条件，更适合投资小、工艺简单、经济效益好、地表建筑物保护好的方案，因此优先选择连采连充膏体充填开采方法回采建下压煤，后期根据矿井生产情况，再考虑长壁膏体充填开采建下压煤。徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司已在榆林地区成功实施了多个连采连充膏体充填项目，包括麻黄梁煤矿、永乐煤矿、三台界煤矿等，证明了连采连充膏体充填技术的成熟可靠。采用连采连充膏体充填回收建筑物下压覆资源，提高矿井矸石等固体废物利用量，同时降低了充填成本，具有显著的经济效益，膏体充填系统还可用于巷旁充填，未来阳辿煤业将形成综采膏体充填、连采连充膏体充填相结合模式，增加了充填项目的创新性，丰富了充填项目内容，对阳辿煤业具有重要的现实意义。二、设计依据本方案设计的主要依据包括相关规程、规范、上级主管部门文件和现场技术资料，主要设计依据如下：1.规程、规范及上级主管部门有关文件（1）建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范(安监总煤装〔2017〕66号)；（2）国家安全生产监督管理总局：《煤矿测量规程》，2013；（3）应急管理部：《煤矿安全规程》，2022；（4）国家矿山安全监察局：《煤矿瓦斯抽采基本指标》，2022；（5）建设部：《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-99）。（6）原煤炭工业部：《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》（MT554-1996）；（7）国家质量监督检验检疫总局，国家标准化委员会：《液压支架型式、参数及型号编制》（GB24506-2009）；（8）煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》(AQ1029-2019)；（9）《矿山救护规程》(AQ1008-2007)；（10）《煤矿防治水细则》；（11）《煤矿防灭火细则》；（12）国家工程建设强制性条文及有关的规程、规范及规定等。2.现场技术资料（1）臣功环境科技有限公司；《XX煤业有限公司增层及配采项目初步设计变更说明书》，2023年8月；（2）山西省节能中心有限公司：《XX煤业有限公司煤尘爆炸性鉴定报告、煤自燃倾向性鉴定报告》，2022年4月；（3）山西王家峪煤业集团文件：《山西王家峪煤业集团关于对关于山西阳迪煤业有限公司矿井2#、3#、15#煤层瓦斯涌出量预测的批复》，2020年12月；（4）山西王家峪煤业集团文件：《山西王家峪煤业集团关于对XX煤业有限公司<矿井水文地质类型报告>的批复》，2020年8月；（5）山西省能源局：《关于XX煤业有限公司增层及配采项目初步设计的批复》，2021年1月；（6）XX煤业有限公司：《XX煤业有限公司3号煤和15号煤配采项目安全设施设计审查报告书》，2021年4月；（7）山西煤矿安全监察局：《山西煤矿安全监察局关于XX煤业有限公司3号煤和15号煤配采项目安全设施设计的批复》，2021年8月；第一章矿井概况第一节矿井概要一、矿井概要XX煤业有限公司（以下简称阳辿煤业）为山西王家峪煤业集团下属生产矿井之一。现井田面积10.6926km2，批准开采2-15号煤层，矿井生产能力为120万t/a，开采方式为地下开采。根据煤层赋存特征，井田位于沁水煤田东部，主要含煤地层为太原组和山西组，共含煤16层，煤层总厚约16m，含煤系数8%。主要可采煤层为2、3、15号煤层，6、8-1、8-2、11、14号煤层局部或零星可采，其他煤层均为不可采煤层。矿井建设项目于2012年5月26日开工建设。2020年1月10日，山西王家峪煤业集团下发了《关于XX煤业有限公司120万吨/年矿井兼并重组项目竣工验收的批复》（王煤集发〔2020〕10号）矿井由基建阶段转入了生产阶段。第二节交通位置及井田范围一、交通位置图1-1交通位置图武（乡）-墨（镫）、沁（县）-涉（县）公路从井田外围北部约5km处通过，上（北漳）-韩（北）公路从井田东部通过，该井田距武墨支线北社发煤站7.5km，距太（原）-长（治）高速公路直距约40km，交通运输条件较为便利，详见图1-1。二、井田范围XX煤业有限公司井田位于武乡县东南部韩北乡圪道村至南上合村一带，行政区划隶属武乡县韩北乡管辖。其地理坐标为东经113°06′25″～113°09′42″，北纬36°44′08″～36°46′26″。原山西省国土资源厅于2012年10月22日为该矿颁发采矿许可证，证号为C1400002009111220044990，批准开采2～15号煤层。有效期限：2012年10月22日至2035年10月22日。开采标高为+1100～+670m。井田范围由以下15个拐点坐标连线圈定（详见表1-1）。表1-1井田范围坐标点对照表点号1980年西安坐标系(3°带)2000坐标系（3度带）XYXY14071764.04038423094.0104071765.54438423210.26324071147.78038423769.7704071149.28338423886.02534071026.95038423795.9804071028.45238423912.23644070609.20038424519.9704070610.70138424636.22854070102.78038425042.1504070104.28038425158.40964069234.88038424014.8404069236.37738424131.09774069216.24038423014.1404069217.73738423130.39484068131.93038422190.0604068133.42438422306.31294067660.50038421595.2104067661.99238421711.460104067477.89038421039.4204067479.38238421155.669114068132.38038420579.8604068133.87338420696.107124068704.74038420187.7404068706.23538420303.986134069429.70038420830.5404069431.19738420946.788144069414.35038421320.1304069415.84738421436.379154070876.32038420465.8304070877.82138420582.076第三节自然地理一、地表地形本井田地貌类型为低中山区，区内冲沟发育，黄土峭壁陡峻，沟谷呈树枝状展布，区内大面积黄土覆盖，二叠系下统下石盒子组、山西组分别在井田西北部、西南部零星出露，区内最高点位于井田东北部大凹村山梁上，高程为+1203.0m，最低点位于井田西南部的石圪垤村边沟谷内，高程+952.7m，最大相对高差为250.3m。图1-2矿井地形地貌二、河流水系本区属海河流域漳河水系。井田边界的西北部界外有一洪水河，自北东流向西南，该河常年流水，水量较大，雨季水量猛增。井田内无常年性河流和大的地表水体，雨季降水沿沟谷自然排泄。现矿井供生产使用的井口有四个，分别为主斜井、副斜井、3号煤层进风斜井及回风立井，井口标高分别为+1004.500m、+995.000m、+996.0m、+1056.353m。矿井所在地区河沟历史最高洪水位线+965.00m，洪水河河床在河口处最低，其最低侵蚀基准面为+890m左右。图1-3矿井水系图三、气象本区属暖温带大陆性气候，四季变化明显，冬季寒冷少雪，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季湿温和凉爽。根据1971-2022年最新的气象统计资料：年平均气温约6℃。一月份最冷，为-5～-10℃；七月份最热，平均气温在20℃以上。极端最高气温为37.3℃（1996年6月22日）；极端最低气温为-26.2℃（1971年1月22日）。年平均降水量在500～540mm左右，年最大降水量为826.1mm（2003年）；年最小降水量为290mm（2002年），月最大降水量为278.5mm（1976年8月），日最大降水量为150.6mm（1989年8月16日）。多年平均蒸发量为1460～1603mm，无霜期平均150天左右，最大冻土深度1m左右。四、地震据长治市地震局资料，长治地区除1890年武乡县城发生过5.5级（烈度7度）地震外，尚未发生过4级以上的地震，但4级以下的小地震比较频繁。根据2016年修订版《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2015），地震动反应谱特征周期（f）为0.45s，地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为Ⅶ度。第四节矿井生产建设情况一、煤矿建设生产概况根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室下发的“晋煤重组办发[2009]49号”文件的批复意见，山西王家峪煤业集团有限责任公司作为主体对原武乡县阳辿煤矿、武乡县韩北乡韩北村煤矿进行了兼并重组整合。兼并重组后更名为XX煤业有限公司，井田范围由原武乡县阳辿煤矿和原武乡县韩北乡韩北村煤矿及上述各整合矿井之间的空白资源区整合重组而成。批准开采2、3、15号煤层，井田面积10.6926km2，生产规模由30万t/a提升为120万t/a。原山西省国土资源厅于2012年10月22日换发了采矿许可证，证号为C1400002009111220044990，有效期至2035年10月22日，井田面积10.6926km2，批准开采2-15号煤，开采标高自1100m至670m，生产规模120万t/a。2019年6月基建完成，7月开始联合试运转，2019年12月24日至25日，XX煤业有限公司120万吨/年矿井兼并重组整合项目通过验收，同意XX煤业有限公司120万吨/年矿井兼并重组整合项目通过竣工验收。2020年1月10日，山西王家峪煤业集团以王煤集发［2020］10号关于XX煤业有限公司120万吨/年矿井兼并重组整合项目竣工验收的批复，批准矿井通过竣工验收。2020年2月11日，山西煤矿安全监察局颁发了《安全生产许可证》，证号：（晋）MK安许证字［2020］X269B1，有效期：2020年2月11日-2023年2月10日。为满足后期120万t/a生产能力的要求，该矿于2020年12月委托山西文龙中美环能科技股份有限公司编制了《XX煤业有限公司增层及配采项目初步设计说明书》2021年1月20日，山西省能源局以晋能源审批发［2021］2号文予以批复。目前该矿开采15号煤层150201综采工作面，掘进150202工作面运输及轨道顺槽，开拓3号煤层回风下山，未来五年规划配采3号煤层。二、开采计划及生产系统1、开拓、开采系统（1）井筒布置井田内布置有主斜井、副斜井、3号进风斜井、回风立井，主斜井属兼并重组后新掘主斜井，担负全矿提煤、人员上下井、进风等任务；在副井工业场地内，将原主斜井改造为兼并重组后的副斜井，担负运料、矿井进风任务；3号煤层进风斜井属于2021年新建井筒，落底3号煤，与3号煤轨道运输巷贯通，主要担负3号煤层进风任务；利用原有的回风立井作为重组后的回风立井,担负全矿井回风任务。矿井采用一个主水平、一个辅助水平开拓，主水平标高+829m，开采15号煤层；辅助水平标高+950m，联合布置开采2、3号煤层（2、3号层的开拓方案：2号、3号煤层间距较近，且均属薄煤层，所以采用联合布置）。采煤方法为综采一次采全高，顶板支护采用ZY9000/24/50型液压支架，全部垮落法管理顶板。表1-2阳辿煤业工业场地井筒特征表序号井筒名称主斜井副斜井3号煤层进风斜井回风立井1CGS2000坐标系三度带X4069385.9044068829.4544068853.1374069913.839Y38421593.73338421702.04138421601.32838422747.157H+1004.500m+995.000m+996.0+1056.353m2井底标高(m)+774.86+840+951.0+843.83提升方位角176°160°4井筒倾角22°23.5°15°90°5井筒斜长或垂深(m)辅助水平128432174.038主水平623432213最终水平6234322136井筒宽度或直径(m)净5.03.84.05.0掘进6.20/5.34.44.6/4.35.77井筒断面(m2)净17.8110.2313.0819.63掘进25.50/21.1014.2016.58/14.5725.508砌壁厚度(mm)400/150300300/150350材料表土段钢筋混凝土料石砌碹钢筋混凝土混凝土基岩段锚网索喷料石砌碹锚网喷混凝土9井筒装备带式输送机输送机、水泵房抢险轨、台阶、扶手、架空乘人装置单钩串车、台阶、扶手折返式金属梯子间(封闭)10备注新掘已有新掘已有（2）采区划分3号煤层划分为3个采区，由于15号煤层1503采区已开采完毕，对3号煤层形成了蹬空开采区域，因此，将15号煤层1503采区形成的蹬空开采深部边界线以北至3号煤层井田北部边界划分为301采区，蹬空区南、北边界线之间划分为302采区，蹬空区南部边界以南为303采区。图1-43号煤层采区划分示意图15号煤布置4个采区。副斜井落底15号煤后布置井底甩车场。副斜井落底后，沿井田边界向西布置1501采区大巷，东西向布置工作面回采，为1501采区；在主斜井井底处利用已有的沿井田东西向布置的1503采区大巷，布置为1503采区；在井田中部沿南北方向布置1502采区大巷，双翼回采采区巷道两翼煤层，布置为1502采区；主斜井落底后利用原有的西南方向的北翼回风大巷、北翼轨道大巷、北翼运输大巷与副斜井沟通。向西延伸1503采区大巷，过F1断层后平行布置1504采区大巷，回采F1断层西翼煤层，布置1504采区。图1-515号煤层采区划分示意图2、矿井提升、运输系统原煤采用带式输送机进行运输；井下辅助材料运输采用无极绳绞车，为井下生产提供辅助材料运输。3、通风系统矿井采用中央分列式通风方式，主斜井、副斜井、3号煤层进风斜井进风，回风立井回风，主通风机工作方法为对旋轴流式，主风机选用FBCD№26B型对旋式轴流风机。设计回采工作面采用全负压通风。其中15号煤层回采工作面为“一进一回”的“U型”通风方式；掘进工作面采用局部通风机通风，采用机械压入式通风。4、供电系统在主、副工业场地负荷中心各建10kV地面变电所一座。副井10kV双回路电源引自王家峪35kV变电站10kV不同母线段，导线型号为LGJ-240mm2，输电距离约1.5km，主井10KV双回路电源引至副井10kV不同母线段，导线型号为LGJ-185mm2，输电距离约0.3km；双回供电线路，一回工作，一回(带电)备用。5、排水系统矿井主排水系统：在主斜井井底设有主排水泵房和水仓，主、副水仓有效容积1097m3，水仓能容纳矿井最大和正常涌水量。在主水泵房安装DF155-30×10型防腐多级矿用离心泵3台。水泵额定流量：155m3/h；额定扬程：300m。电机功率220kW，10kV供电；正常涌水时为1台工作，1台备用，1台检修，最大涌水时为2台同时工作，1台检修。排水管沿管子道、主斜井敷设2趟Φ219×6型无缝钢管至地面矿井水处理站。正常涌水时为1趟管路工作，1趟管路备用，最大涌水时2趟管路同时工作。排水垂高189m，斜长530m。采区排水系统：1501采区设有采区水泵房和采区水仓，水仓有效容积612.2m3，泵房安装DF155-30×8型防腐多级矿用离心泵3台。水泵额定流量：155m3/h；额定扬程：240m。配套电机YB3-4001-4;功率185kW，10kV供电；正常涌水时为1台工作，1台备用，1台检修，最大涌水量时为2台同时工作，1台检修。排水管敷设2趟Φ159×6型无缝钢管至主排水泵访水仓。正常涌水时为1趟管路工作，1趟管路备用。1502采区设有采区水泵房和采区水仓，水仓有效容积723.2m3，泵房安装BQS150-200/3-160/B矿用隔爆型潜水泵3台。水泵额定流量：150m3/h；额定扬程：200m，供电电压1140w；正常涌水时为1台工作,1台备用,1台检修，最大涌水量时为2台同时工作，1台检修。排水管敷设2趟Φ159×6型无缝钢管至主排水泵访水仓。正常涌水时为1趟管路工作，1趟管路备用。设计在301采区下山底部设置3号煤层主排水泵房及水仓，将3号煤层涌水经301采区轨道下山、3号煤层轨道巷下段、行人联巷、3号煤层进风斜井直排至地面污水处理站。3号煤层主排水泵房设计选用3台MD85-45×5型矿用耐磨多级离心式水泵，一台工作，一台备用，一台检修。目前3号煤层排水系统尚未开工。（2）排水能力3号煤层排水系统尚未建设完毕，只对15号煤层主排水泵房排水能力进行评价;经计算，当矿井15号煤层生产能力达120万t/a时，矿井正常矿井涌水量78.8m3/h，最大矿井涌水量为120m3/h。根据2022年4月28日，矿方委托山西隆欣安全技术服务有限公司对主排水系统水泵性能进行了联合检测试验：3台泵实际排水能力分别为143.26m3/h（工作）、141.57m3/h（备用）、140.83m3/h（检修），工作、备用联合排水能力284.83m3/h。备用水泵是工作水泵能力的98.8%，检修泵是工作水泵能力的98.3%，配置管路及配电设备均能满足排水要求。中央主水泵房水泵工作能力检验：正常涌水时，工作水泵工作，20h排水量：143.26×20=2865.2m3正常涌水时，24h涌水量:78.8×24=1891.2m3＜2865.3m3最大涌水时，工作和备用水泵联合运行，20h排水量：284.83×20=5696.6m3最大涌水时，24h涌水量:120×24=2880m3＜5696.6m3因此，工作水泵能在20h能排出矿井24h的正常涌水量，工作水泵和备用水泵20h能排出矿井24h的最大涌水量。经上述计算可知，该矿中央水泵房水泵排水能力满足《煤矿防治水细则》要求。6、防治水机构该矿成立了防治水机构，矿长任防治水领导小组组长，领导组下设办公室，办公室设在地质防治水科。该矿配备专业防治水管理技术人员，成立有探放水队。井下配备YCS360A瞬变电磁仪进行超前物探探查，探查井下低阻异常区，探测距离100m；井下配备WKT-E无线电波透视仪，超前探测工作面内构造发育情况，为巷道工程以及工作面回采提供依据。井下钻探配备ZYJ-270/170型钻机架柱式液压回转钻机5台；CMS1-2200/45履带自行式低转速大扭矩液压钻3台。该矿制定有探放水设计和安全措施，采掘工作面能够执行“预测预报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则。7、矿井未来5年采掘规划阳辿煤业目前开采15号煤层150201综采工作面，掘进150202工作面运输顺槽、轨道顺槽及开拓3号煤层回风下山,采掘比1：3。矿井未来五年2022年-2027年主要开采15号煤层的二采区150201、150202、150203、150205、150206、150207工作面，3号煤层30101、30103、30105、30107、30109工作面，掘进上述回采工作面及150109、30111、30113、30301、30302工作面顺槽、切眼及集中轨道巷、集中回风巷、集中运输巷延伸巷，见五年开采范围图1-5、图1-6，未来五年采掘计划表1-4-2。表1-3未来五年采掘规划一览表年份掘进计划回采计划2022150202工作面运输顺槽、轨道顺槽、3号煤层回风下山、30101工作面顺槽1502012023150202、150207、30101、30103、30105、30107、30109工作面顺槽及切眼、集中轨道巷、集中回风巷、集中运输巷150201、150203、150205、301012024150107、30111、30113、30301、30302工作面顺槽及切眼、集中轨道巷、集中回风巷、集中运输巷、303采区运输巷、303采区轨道巷150205、150207、150202、30101、301032025150108、30301、30302工作面顺槽切眼150202、301052026150109工作面顺槽及切眼150202、30105、301072027/150202、150206、30107、30109图1-53号煤层未来五年规划图1-615号煤层未来五年采掘规划图三、“三下”压煤情况及整体规划阳辿煤业井田范围内地表建筑物包括陈家垴村、圪道村、前沟村、后沟村、北上合村、离相寺村、小西岭村、石圪垤村和工业广场建筑物，部分村庄具有搬迁计划（高家岭与大凹村已搬迁，陈家垴与小西岭计划搬迁），结合矿上情况，对本项目进行初步进行充填采煤接续，总体分为三步。图1-7阳辿煤业充填工作面布置图第一步：考虑到压煤开采方案论证时要首先在自己区域建筑物进行试验论证，保证技术可靠性，首试面选择在工业广场压煤区域，项目立项后即可进行布置回采顺槽，产生经济效益，同时首试面距离充填站较近，可以前期节省管路投资；第二个面位于石圪垤村压煤工作面区域，两个工作面储量77万t，预计可回采3年。第二步：进行辅助工业广场和北上合村压煤区域的充填回采，由于本区域为缓采区，在充填项目立项后，进行缓采区变更的手续，预计1~2年，此区域可采储量291万t，可在本矿的辅助工业广场建筑物下进行长壁充填开采的试验，提高充填采煤效率。预计平均年产量50万t，可回采6年。第三步：对圪道村压煤区域布置充填面回采，此时本采区综采工作面回采完毕，可布置回采储量228万t，预计平均年产量60万t，可回采4年。以上按照平均厚度4m，容重1.42t/m3，回采率95%测算，总布置工作面有13个，可采储量约600万t，服务年限13年，工作面布置情况见图1-7。除去布置工作面，大巷保护煤柱、南上合村、离相寺等还有15号压煤资源约860万t，见表1-4，因此阳辿煤业建下等压煤共计约1460万t。表1-4阳辿煤业充填工作面接续表序号工作面工作面长(m)推进(m)可采量（万t)备注说明1CT150115815914工业广场第一阶段（连采连充开采），预计回采3年2CT150225645663石圪垤村压煤小计773C助工广压煤第二阶段（连采连充开采，或在辅助工业广场试验长壁充填开采），按照年产50万t，预计回采6年4CT150415226121辅助工广压煤5CT150515222919辅助工广压煤6CT150617850849辅助工广压煤7CT150718824024辅助工广压煤8CT1508100~31458782北上合村压煤9CT1509195~30758786北上合村压煤小计29110CT1501015048539圪道村压煤第三阶段，长壁充填开采，此采取综放已经回采完毕。按照年产60万t，预计回采4年11CT1501121563774圪道村压煤12CT1501221563774圪道村压煤13CT1501314552241圪道村压煤小计228总计596表1-5阳辿煤业其他区域压煤情况表序号压煤区域压煤面积/m2储量/万t说明1保安煤柱183200100采用长壁和连采连充结合方式，按照85%回采，年产量50万t，预计回采15年2大巷保安煤柱6562003543南上合村3935002124离相寺353000190合计856四、地面受保护对象调查与分析1、充填开采地表变形控制指标根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(2017),对于长度或者变形缝区段内长度不大于2m的砖混结构建筑物，其损坏等级按表1-3划分，地表允许变形值一般为倾斜i=+3mm/m，水平变形s=+2mm/m，曲率K=±0.2x10-3/m，在上述地表允许变形值条件下，地面建筑物不修或者简单维修即保证安全使用。表1-6砖混结构建筑物损坏等级损坏等级建筑物损坏程度地表变形值损坏分类结构处理水平变形曲率倾斜Ⅰ自然间砖墙上出现宽度1~2mm的裂缝≤2.0≤0.2≤3.0极轻微损坏不修自然间砖墙上出现宽度小于4mm的裂缝；多条裂缝总宽度小于10mm轻微损坏简单维修Ⅱ自然间砖墙上出现宽度小于1Smm的裂缝，多条裂缝总宽度小于30mm;钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于1/3截面高度；梁端抽出小于20mm；砖柱上出现水平裂缝，缝长大于1/2截面边长：门窗略有歪斜≤4.0≤0.4≤6.0轻度损坏小修Ⅲ自然间砖墙上出现宽度小于30mm的裂缝：多条裂缝总宽度小于50mm；钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于1/2截面高度：梁端抽出小于50mm：砖柱上出现小于5mm的水平错动：门窗严重变形≤6.0≤0.6≤10.0中度损坏中修Ⅳ自然间砖墙上出现宽度小于30mm的裂缝：多条裂缝总宽度小于50mm；梁端抽出小于60mm：砖柱上出现小于25mm的水平错动＞6.0＞0.6＞10.0严重损坏大修自然间砖墙上出现严重交叉裂缝、上下贯通裂缝，以及严重外鼓、歪斜：钢筋混凝土梁、柱裂缝沿截面贯通；梁端抽出大于60mm砖柱出现大于25mm的水平的错动；有倒塌风险极度严重损坏拆建(1)现场调研受护对象，并分析建筑结构，对地表建(构)筑物进行等级分类，确定充填开采保护等级要求。对于建(构)物保护等级在、I、IV类的，按照国家政策可以实施不搬迁开采。(2)以《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(2017)建筑物损坏等级1级标准作为设防参考标准，实际实施过程中按照建筑物的结构特征提高设防要求，因此，为了有效保护地面建(构)筑物不搬迁，经类似条件的成功经验证明，采用充填开采可满足地表开采沉陷变形值控制标准如下:①预计充填欠接顶量为零，在超充分采动以后，充填开采下沉量主要由充填前顶板下沉量和充填体压缩量产生的地表最大下沉量,经周边矿井实施充填效果来看，地表最大下沉量可以控制在300mm以内。②地面建筑变形可控制在I防护等级以内，即倾斜变形值i≤3.0mm/m;曲率K≤0.2x10-3/m;水平变形ε≤2.0mmm，房屋轻微损坏，可不用修③受护对象主要为工业园区内道路，应满足高级和次高级路面公路防护标准，倾斜I≤6.0mm/m；曲率K≤0.4x10-3/m;水平变形ε≤4.0mm/m。④高压线角钢塔，高度100m以下铁塔倾斜度(包括挠度)2.5%以内。⑤地面天然气管路，参考《Q/SY1487-2012采空区油气管道安全设计与防护技术规范》，即倾斜变形值i≤3.0mm/m;曲率K≤0.25x10-3/m;水平变形ε<2.0mm/m，能起到较好保护作用。2、地面受保护对象调查与分析阳辿煤业井田范围内地表建筑物包括工业广场建筑物、陈家垴村、圪道村、前沟村、后沟村、北上合村、离相寺村、小西岭村、石圪垤村和工业广场建筑物，各村庄与压煤充填开采区域位置关系如图1-8所示，部分村庄具有搬迁计划（高家岭与大凹村已搬迁，陈家垴与小西岭计划搬迁）。经现场调研可知阳辿煤业工业广场和辅助工业广场地表建（构）筑物无严重损坏，建（构）筑物保护等级多为Ⅱ级；矿区内包含石圪垤等八个村庄，村庄内建（构）筑物无严重损坏，部分民房存在较小裂缝，学校、医务室等少数保护等级为Ⅱ级，大多数建筑物保护等级为Ⅲ级，矿区各部分建（构）筑物具体特征及分析如下。图1-8村庄与充填工作面分布图2.1工业广场建（构）筑物群阳辿煤矿现有两个工业广场，分别为工业广场和辅助工业广场，对两个工业广场地表建筑物进行了调研。工业广场地表建（构）筑物包括：办公楼、锅炉房、职工食堂、煤楼、筒仓、筛选车间、污水处理站和黄泥灌浆站等，工业广场全景图见图1-9所示。辅助工业广场地表建（构）筑物：办公楼、器材库、职工宿舍楼、锅炉房、门房、机修车间、空气加热室、副井口房、综采设备库、加压泵房及矿区内普通道路等，辅助工业广场图见1-9所示。表1-7阳辿煤业工业广场建筑特征统计表工业广场建筑物特征建筑名称占地面积/m2长宽高/m层数结构类型基础类型保护等级综合办公楼857.653.6/16/256钢筋混凝土框架钢筋混凝土灌注桩Ⅱ锅炉房372.627/13.8/7.51砖混独立基础Ⅱ选矸楼26026/10/32.58钢筋混凝土框架钢筋混凝土条形Ⅱ块煤仓176.6D15/H28.2钢筋混凝土筒体结构钢筋混凝土梁板式筏板基础Ⅱ末煤仓254.34D18/H31.5钢筋混凝土筒体结构钢筋混凝土梁板式筏板基础Ⅱ污水处理站1401.843/32.6/7.6钢筋混凝土结构钢筋混凝土梁板式筏板基础Ⅱ黄泥灌浆站113.3513.1/8.5/4.651框架结构独立基础Ⅱ主井配电室38038/10/61砖混独立基础Ⅱ主斜井房59826/23/20.851框架结构独立基础Ⅱ空压机房39224.5/16/71砖混独立基础Ⅱ辅助工业广场建筑物特征建筑名称占地面积/m2长宽高/m层数结构类型基础类型保护等级办公楼63841/14.5/11.54钢筋混凝土框架钢筋混凝土灌注桩Ⅱ器材库54036/15/51钢结构独立基础Ⅱ职工宿舍673.9243.2/15.6/20.46砖混结构钢筋混凝土条形Ⅱ锅炉房393.2527.5/14.3/7.51砖混结构钢筋混凝土条形Ⅱ门房29.165.4/5.4/4.21砖混结构独立基础Ⅲ食堂54036/15/8.42框架结构钢筋混凝土条形Ⅱ机修车间90060/15/10.51门式刚架结构独立基础Ⅱ空气加热室9015/6/41砖混结构独立基础Ⅲ加压泵房7212/6/4.51砖混结构独立基础Ⅲ高位水池50.2D8H21砖混结构独立基础Ⅲ消防水池50.2D8H21砖混结构独立基础Ⅲ工业广场俯视图办公楼选矸楼块煤仓末煤仓主斜井空压机房主井配电站锅炉房辅助工业广场俯视图副斜井绞车房副斜井副井锅炉房食堂宿舍机修车间综采设备库器材库辅助工广办公楼小食堂图1-9阳辿煤业工广地表建（构）筑物情况图2.2离相寺建（构）筑物群离相寺，位于武乡县东35公里小西岭村南的德峰山上，坐北朝南，建筑群呈东西分布，寺庙旁有13层砖石佛塔一座；寺院依山傍水，后倚崖为殿宇，面临沟为悬空寺。寺内主殿文殊殿为明代建筑，悬空殿为清代建筑。寺内现存石碑两通，分别记载了离相寺的历史沿革和修缮经过。1980年被列为县重点文物保护单位，建筑物保护等级为Ⅰ级。离相寺建筑物分布情况如图1-10所示。离相寺俯视图佛塔离相寺图1-10离相寺建（构）筑物情况图2.3小西岭村建（构）筑物群小西岭村建筑物为砖混结构，多为一层建筑和窑洞，有极少部分建筑长度大于20m。一层建筑物主要是由村民民房组成，建筑物保护等级均为Ⅲ级，小西岭村建筑物情况如图1-11所示。小西岭村俯视图窑洞民房民房图1-11小西岭村建（构）筑物情况图2.3圪道村建（构）筑物群圪道村建筑物为砖混结构，多为一层建筑，少数为二层建筑，有极少部分建筑长度大于20m。典型的一层建筑物长度大于20m的有圪道村卫生室、圪道村党群活动中心、苹果厂及少数民房；极少数二层民房建筑超过20m；建筑物保护等级均为Ⅱ级，圪道村建筑物分布形式如图1-12所示。圪道村俯视全景图圪道村苹果厂民房圪道村村支部圪道村卫生室圪道村党群服务中心圪道村街道图1-12小西岭村建（构）筑物情况图2.4北上合村建（构）筑物群北上合村建筑物多为砖混结构，多为一层、二层建筑，有极少部分建筑长度大于20m，长轴方向主要为东西方向。一层建筑物主要为民房，长度大于20m的二层建筑约有3户，建筑物保护等级均为Ⅲ级，北上合村建筑物及其破坏形式如图1-13所示。北上合村俯视图北上合村党群服务中心北上合小学北上合村民房图1-13北上合村建（构）筑物情况图2.5前沟村建（构）筑物群前沟村建筑物多为砖混结构，多为一层、二层建筑，有极少部分建筑长度大于20m，长轴方向主要为东西方向。一层建筑物主要为民房，典型长度大于20m的二层建筑有前沟村村委会及少部分民房；前沟村和后沟村紧邻乡道，前沟村建筑物和乡道分布特征如图1-14所示。前沟村俯视图前沟村党群服务中心前沟村卫生所民房X654乡道图1-14前沟村建（构）筑物情况图2.6后沟村建（构）筑物群后沟村建筑物多为砖混结构，多为一层、二层建筑，个别民房为窑洞，有极少部分建筑长度大于20m，长轴方向主要为东西方向。后沟村建筑物分布如图1-15所示。后沟村俯视图民房乡道图1-15后沟村建（构）筑物情况图2.7南上合村建（构）筑物群南上合村建筑物多为砖混结构，多为一层、二层建筑，有极少部分建筑长度大于20m，长轴方向主要为东西方向。民房大多数为一层砖混建筑，建筑物保护等级均为Ⅲ级；武乡县惠众养殖有限公司在南上合村入口处，该养殖公司园区内有一座二层砖混建筑，长度超过20m；有三座一层砖混建筑超过20m，一座一层彩钢棚长度超过20m，该养殖场建筑物保护等级为Ⅱ级，南上合村建筑物分布情况如图1-16所示。南上合村俯视图南上合村村委会南上合村党群服务中心南上合村卫生室武乡县惠众养殖有限公司图1-16南上合村建（构）筑物情况图2.8石圪垤村建（构）筑物群石圪垤村建筑物大多为砖混结构，多为一层、二层建筑，少数为三层建筑，有极少部分建筑长度大于20m，长轴方向主要为东西与南北方向。一层建筑物有石圪垤村卫生室、石圪垤村文化广场和石圪垤村党群活动中心等。典型的长度大于20m的二层建筑如鲜花店、饭店等;石圪垤村中还包含王家峪煤业集团有限公司，其办公楼长度超过20米，高四层约15米，建筑物保护等级为Ⅱ级；石圪垤村中坐落着县级保护文物中共中央北方局妇训班旧址，其中大部分建筑为砖混结构，极少数建筑为二层建筑；石圪垤村建筑物分布情况如图1-17所示。石圪垤村俯视图石圪垤村卫生所石圪垤村党群服务中心民房石圪垤村健身广场山西王家裕煤业集团有限公司便民服务站中共中央北方局妇训班旧址图1-17石圪垤村建（构）筑物情况图五、相邻煤矿充填规划1、煤矿位置关系阳辿煤业、王家峪煤业和下合煤业有限公司呈东西及南北相邻关系，如图1-18所示，且三个矿企井田均存在工广压煤、村庄压煤等情况，其中阳辿煤业压煤区域主要位于工广、辅助工广、北上合村、圪道村、石圪垤村压覆区。可采压煤约600万t，大巷保护煤柱、南上合村、离相寺等还有15号压煤资源约860万t，累计共约1460万t；王家裕煤业主要压煤区域为主工业广场、辅助工业广场、鑫太和公司、下合村、大巷保护煤柱，据统计共计压煤667万t。下合煤业主要压煤区域为工业广场、下合村、下合东坡村、大巷保护煤柱，据统计共计压煤414万t，三个煤矿压煤量共计2541万t，各煤矿压煤区域示意图如图1-19、1-20、1-21所示。图1-18阳辿煤业与周边矿企分布图1-19阳辿煤业压煤区域图1-20王家峪煤业压煤区域图1-21下合煤业压煤区域阳辿煤业连采连充系统在满足自用情况下，还可以考虑为其他相邻的王家峪和下合煤业提供充填，本充填系统设计方案在满足阳辿煤业最远充填距离工作面需求的同时，还为其他两个相邻矿企的充填做改造预留，以便后期满足相邻矿区最远压煤区域的充填工作。根据三个煤矿的压煤特点，局部区域可采用连采连充工艺回采，大面积压煤区域可进行长壁充填工艺。设计区域开采条件第一节设计区域地址条件一、设计区域概况阳辿煤业井田范围内地表建筑物包括陈家垴村、圪道村、前沟村、后沟村、北上合村、离相寺村、小西岭村、石圪垤村和工业广场建筑物，部分村庄具有搬迁计划（高家岭与大凹村已搬迁，陈家垴与小西岭计划搬迁），结合矿上情况，对本项目进行初步进行充填采煤接续，总体分为三步。第一步：考虑到压煤开采方案论证时要首先在自己区域建筑物进行试验论证，保证技术可靠性，首试面选择在工业广场压煤区域，项目立项后即可进行布置回采顺槽，产生经济效益，同时首试面距离充填站较近，可以前期节省管路投资；第二个面位于石圪垤村压煤工作面区域，两个工作面储量77万t，预计可回采3年。第二步：进行辅助工业广场和北上合村压煤区域的充填回采，由于本区域为缓采区，在充填项目立项后，进行缓采区变更的手续，预计1~2年，此区域可采储量291万t，可在本矿的辅助工业广场建筑物下进行长壁充填开采的试验，提高充填采煤效率。预计平均年产量50万t，可回采6年。第三步：对圪道村压煤区域布置充填面回采，此时本采区综采工作面已经回采完毕，可布置回采储量228万t，预计平均年产量60万t，可回采4年。阳辿煤业3#、15#为全矿井稳定可采煤层，其中15#煤层平均厚度为4.02m，为矿井主采煤层，根据矿上采掘计划，首试充填工作面选择为工业广场压煤区域，首试面的开采可为后续建筑物下开采提供经验，见图2-1。图2-1首试充填工作面位置示意图充填工作面近似直角梯形，煤层平均厚度4.02m，按照煤体密度1.4t/m3计算，可采储量25.89万t，开采长度80~230m。工作面位于工业广场压煤范围内，15号煤层底板标高800~+810m，煤层埋藏深度160.29~177.6m。二、地质特征1、地层井田内大部分被第四系黄土覆盖，局部出露地层为二叠系上统上石盒子组、以及下统下石盒子组、山西组和石炭系上统太原组。依据井田内外钻孔资料将本区地层由老至新叙述如下：（1）奥陶系中统上马家沟组(O2s)据邻区钻孔资料，钻孔揭露最大厚度为215.86m，岩性主要为灰色、深灰色石灰岩，角砾状泥灰岩、泥灰岩夹白云质灰岩组成，中厚层状，隐晶质结构，见少量方解石充填裂隙。（2）奥陶系中统峰峰组(O2f)为含煤地层之基底。据邻区钻孔资料，揭露厚度116.70m。岩性主要为灰、深灰色石灰岩，泥灰岩组成，上部灰岩风化严重，方解石脉发育，下部含2～3层石膏层。-（3）石炭系中统本溪组(C2b)厚13.42～25.24m，平均厚19.34m。岩性主要由浅灰色、灰色、深灰色泥岩，铝土泥岩，石灰岩组成，局部夹中粒砂岩、炭质泥岩和薄煤层，底部局部为薄层铁质泥岩。泥岩中含黄铁矿结核；石灰岩顶部含燧石，见动物碎屑化石。与下伏地层呈平行不整合接触。（4）石炭系上统太原组(C3t)厚106.67～142.10m，平均厚124.31m。为本区的主要含煤地层之一。为典型的海陆交互相沉积。自下而上，依据岩性特征可分为一、二、三段。（5）二叠系下统山西组(P1s)厚42.01～68.65m，平均厚50.12m。为本区的主要含煤地层之一。岩性主要由浅灰色、灰黑色、黑色的中-细粒砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，泥岩，炭质泥岩和煤组成。含煤1～4层。其中2号煤层为局部可采煤层，3号煤层为大部分可采煤层，其余煤层为不可采煤层。泥岩、砂质泥岩中含完整和不完整植物化石，局部含菱铁质结核；砂岩中含云母碎片和菱铁质，小型交错层发育。底部K7砂岩为中、细粒砂岩，局部为粉砂岩。与下伏太原组呈整合接触。（6）二叠系下统下石盒子组(P1x)厚88.45～111.94m，平均厚101.31m。岩性主要由灰黄色、灰紫色、浅灰色、灰白色、灰绿色、深灰色的中-细粒砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，泥岩等组成。下部泥岩含不完整植物化石，上部泥岩含少量铝质，以及菱铁质鲕粒。底部为K8中-细粒砂岩。与下伏山西组呈整合接触。（7）二叠系上统上石盒子组(P2s)本组厚度沉积不全，下段(P2s1)：最大残留厚193.60m。岩性以灰紫红色、灰绿色、灰黄色泥岩，砂质泥岩，粉砂岩为主，夹灰白色、灰黄色中-细粒砂岩。泥岩中含团块状菱铁矿，致密，局部含铝质。底部砂岩(K10)为浅灰、灰白色中～粗粒砂岩，大型板状交错层理，底部含砾，局部层面含铁质，呈球状风化。（8）第四系中更新统(Q2)：大面积分布于矿区，厚0-50.0m，平均厚20.0m。岩性主要为灰黄、浅红色亚粘土，粘土，含钙质结核。（9）第四系上更新统(Q3)：局部分布于井田内，厚0-35.00m，平均厚15.0m。岩性主要为灰黄色亚粘土，含钙质结核。（7）第四系（Q）2、构造受区域构造影响，阳辿煤业井田总体为一向北西倾斜的单斜构造，地层走向北东-北北东，倾向北西-北西西，倾角3-9°左右。共发现断层4条。CT1501工作面东部边界为F1逆断层，该断层走向近SN，倾向W，倾角65°，落差约20m。井田内陷落柱较少，无岩浆岩侵入。3、水文地质根据本井田情况，地质构造复杂程度评价从断层、褶皱和岩浆侵入等三个因素来评定：井田总体为一向北西倾斜的单斜构造，地层走向北东-北北东，倾向北西-北西西，倾角3-9°左右，井田共发育4条断层，均为小型断层；井田内未发现岩浆岩侵入现象。综合以上三个方面，井田内构造不影响井田内采区合理的划分，本井田的地质构造复杂程度为简单类型。第二节开采条件一、煤层及顶底板特征本井田批采2-15号煤层，井田内主要可采煤层为3、15号煤层。现将3、15煤层地质特征分述如下：（1）3号煤层位于山西组中下部，上距2号煤层9.68m，下距15号煤层98.50-139.87m，平均119.25m。煤厚0.10-2.33m，平均0.98m，结构简单，局部夹一层夹矸，层位稳定，煤层厚度稳定，井田内大部分可采，不开采区位于井田东南、西南部，为较稳定煤层。（2）15号煤层位于太原组一段中上部，上距3号煤层98.50-139.87m，平均119.25m。上距K2石灰岩6.43m，下距K1砂岩19.19m，煤层厚3.21-4.76m，平均厚4.02m，为中厚煤层-厚煤层，中厚煤层主要位于井田东部，结构较简单，局部含0-2层夹矸，层位、厚度均稳定，全井田可采，为稳定煤层。二、瓦斯、煤尘和煤的自燃根据2023年瓦斯等级鉴定结果，阳辿煤业井田瓦斯绝对涌出量为12.14m3/min，相对涌出量为4.98m3/t；回采工作面瓦斯绝对涌出量为6.69m3/min，属高瓦斯矿井。根据2023年3月山西省安标检验认证有限公司检验结果,阳辿煤业15#煤水分为0.97%，灰分15.88%，挥发分12.53%，煤尘具有爆炸性。15#煤层自燃倾向性鉴定为Ⅲ级，为不易自燃煤层。三、地温与地压根据测温资料统计分析，地温梯度平均为1.8℃/100m，属于地温正常区。在地质勘探所施工的钻孔中，未见关于岩芯由于地应力增高而呈现异常现象的报道。在生产中，亦未有冲击地压现象。因此，阳辿煤业为地压正常区。膏体充填与开采方案设计第一节充填方案的比选一、充填开采方法比选“膏体充填”，指的是把矸石、粉煤灰、风积砂或黄土等物料加工制作成“无临界流速、不需脱水”的膏状浆体，通过充填泵和重力作用，经管道输送到井下，适时充填采空区，形成凝固体支撑控制采空区上覆岩层结构的采煤方法。通常膏体充填开采技术，从采煤工艺上又可分为综合机械化膏体充填开采和连采连充膏体充填开采两种方法。综采长壁膏体充填技术特征为：充填支架、采煤机和刮板输送机等三机配合与空间布置关系与普通综采长壁工作面相同；不同点在于支架、采空区处理方式和布置充填管道。膏体充填工作面每推进一个充填步距，需要沿工作面煤壁方向在支架后面以及两端头作隔离，在采煤工作面后方新产生的采空区形成封闭隔离空间（该采空区叫待充填区），随后用膏体材料充填隔离墙内全部待充填空间，等待充填的膏体材料凝结固化达到设计早期强度以后，再进行下一循环充填采煤。图3-1连采连充膏体充填开采过程平面图“连采连充膏体充填”即首先布置一个工作面，按照工作面倾向方向，使用连采机或者综掘机间隔煤柱逐条掘进条带，然后再对采空条带进行端头封闭、充填，待达到设计强度后，再沿充填条带一侧依次掘进下一组条带，直至完成整个工作面回采，开采过程图由图3-2所示。该方法采充分离，掘进和充填、封闭互不影响，充填产能主要受掘进及支护速度的影响。连采连充方法具有投资少、适应性强、现场人员操作简单、顶板下沉控制好，地表建构筑物保护效果好。连采连充膏体充填即能保证充填接顶，又能保证充填体的支撑强度，另外连采连充采煤具有：充填体压缩率低、工艺简单易操作，地面系统投资少、适用范围广、采出率高等技术经济优势，完全能够满足该矿“三下”压煤开采对地表变形控制的要求。结合阳辿煤业条件，将长壁膏体充填技术和连采连充膏体充填技术在此区域应用时，经济技术对比分析见表3-1。表3-1阳辿煤业充填方法对比序号对比长壁充填技术连采连充充填技术1投资初期投资大，总投资约1.2亿元，相比连采连充充填多投资1套充填支架，按照150m长壁工作面测算，预计多投资5000~6000万元。初期投资小，总投资约5200万元。2效率充填采煤效率高，单工作面年充填采煤60~80万t。充填采煤效率低，单掘进面年充填采煤10万t。3成本充填采煤成本相比略高，主要为投资大，折旧费用高。另外充填体强度要求高，充填材料成本高。相比较低，主要为掘进成本和充填成本。充填体在不同条带间可以设计不同强度，材料成本低。4工艺采煤和充填相互影响，充填工艺复杂，井下人工多。采煤和充填不影响，充填工艺简单，井下用工少。5地表保护效果地表最大下沉在150mm左右，变形指标控制在I级变形的80%以内，可有效保护建筑物。地表建筑物保护效果更好，最大下沉50mm左右，变形指标控制在I级变形的50%以内，更好的保护地表建筑物。6应用条件主要应用于大面积压煤开采，多应用于大规模高效矿井。主要适用于小区域压煤开采、保护煤柱开采，多应用于小规模煤矿企业。根据以上分析，阳辿煤业目前年产能120万t/a，结合本矿条件，更适合投资小、工艺简单、经济效益好、地表建筑物保护好的方案，因此优先选择连采连充膏体充填开采方法回采建下压煤，后期根据矿井生产情况，再考虑长壁膏体充填开采建下压煤。二、连采连充膏体充填开采方法所谓短壁膏体充填开采，就是使用连续采煤机或者掘进机，每采完一个适当长度和适当宽度的窄条带，封堵隔离窄条带两端头，再用膏体材料充满该采空区。采完一个条带，间隔一定宽度的煤柱再开采下一个条带并充填，当完成一轮开采后再返回到起点处对剩余煤柱实施下一轮开采并充填，直至采出所有煤炭资源。连采连充膏体充填开采过程如图3-1和3-2所示。（1）首先在膏体充填区掘进巷道和切眼，充分利用现有巷道，形成类似长壁工作面的全压通风系统，并健全生产系统。（2）将圈定的边角煤沿运输巷按照20m宽分组，每组按照宽度5.0m掘宽，可以布置4个条带。采用掘进机或者连采机依顺序先采出每组的第一个条带，一个条带采完后，封堵隔离两端头，及时用膏体材料充填起来；当第一条带充填体凝固时间达到1个月以后，再安排每组的第二条带开采和充填，如此往复，全部条带开采充填完成后完成圈定的边角煤充填开采。（a）第一轮采充（b）第二轮采充（c）最后一轮采充图3-2连采连充膏体充填开采过程平面图图3-3连采连充膏体充填开采过程立面图第二节首试面采充方案设计一、首试面布置与开采方法CT1501连采连充工作面布置方式如图3-3，阳辿煤业连采连充膏体充填具体采充过程为：（1）首先在连采连充膏体充填区掘进巷道和切眼，充分利用现有巷道，形成类似长壁工作面的全压通风系统，并在联巷内靠煤帮位置布置沉淀池，并健全生产系统。（2）将圈定的区域沿轨道顺槽按照每20m宽分组，共布置12组，工作面编号为CT150101至CT150112，每组内布置4个宽5m的条带，分为4轮回采完毕，以第一组为例，各组内条带命名分别为CT150101A、CT150101B、CT150101C、CT150101D。以1-3组为例，条带布置方式见图3-4。图3-4CT1501连采连充工作面布置图首先进行第一轮回采，即CT150101A—CT150102A—……CT150112A；再进行第二轮回采，即CT150101C—CT150102C—……CT150112C；再进行第三轮回采，即CT150101B—CT150102B—……CT150112B；最后进行第四轮回采，即CT150101D—CT150102D—……CT150112D。（3）采用掘进机或者连采机依顺序先采出每组的第一个条带，一个条带采完后，封堵隔离两端头，及时用膏体材料充填起来；当第一条带充填体凝固时间达到1个月以后，再安排每组的第二条带开采和充填，如此往复，全部条带开采充填完成后即完成圈定的边角煤充填开采。图3-5连采连充工作面具体条带布置方案二、充填采煤工作面巷道布置CT1501连采连充膏体充填面内布置1个掘进头，为了考虑充填的洗管水外排，在CT1501回风联巷内布置沉淀池以及用于通风等辅助设备，用于服务本面的条带充填工作。巷道布置及条带布置见图3-3。为了形成全负压通风，在CT1501充填面内掘进一个进风顺槽和回风顺槽。CT1501充填面共有48个条带膏体充填，1个进风巷道，1个回风巷道，1个回风联巷。回风巷、进风巷均沿顶掘进，断面为矩形，宽为5m,高为3.5m,断面积17.5m2。沉淀池布置在回风联巷内，根据充填实际经验，充填完成后大约剩余10m³充填料，考率充填前后用水清洗管路大约150m³，为了减少清理沉淀池的次数以及考虑充填管路出现意外堵管事故进行泄浆的需要，所以设计沉淀池长度分别为60m，宽2m，沉淀池内通过3隔墙分为沉淀池1、2、3三个部分，沉淀池净宽为1.7m，沉淀池净高为2.0m，容积约200m³。三、连采连充工艺流程1.连采连充流程按照矿现有掘进设备参数，每个窄条带宽度为5.0m，条带高度为4.0m，按照前文顺序进行掘进，完成后要及时进行充填，依顺序先采出每组的第一个条带，一个条带采完后，封堵隔离两端头，及时用膏体材料充填起来；当第一条带充填体凝固时间达到1个月以后，再安排每组的第二条带开采和充填，如此往复，全部条带开采充填完成后即完成首试面充填开采。开采过程具体如下：第一步：条带膏体充填面沿煤层顶板掘进，由于条带膏体充填面煤层整体为东北部高，西南低，因此充填管路布设在运输巷。条带开采采用二步一次采全高办法回采，第一步采用局扇通风，掘进设备在运输顺槽一侧开口后，然后沿顶板掘进，与回风顺槽贯通，掘进时同时支护顶板和两帮。根据条带充填面充填情况，合理的料浆配比，一个出口可在50m左右，可以保障整个条带充实充满，因此根据现场条带长度，在条带最高处均匀布设1-2根充填管，为减少投资和便于铺设，条带内的充填管采用重量较轻的PE管材，形成全压通风系统后，进行第二步。第二步：隔离工作采用“单体柱板壁横撑杆”隔离墙打设工艺。条带掘进完成后，在掘出条带的上下端头处支设隔离墙，并将条带内充填管与布料阀连接。首试面的第一个条带80m，预计充填空间为1600m3，按照充填能力200m3/h计算，预计8小时充填完毕。隔离墙打设工艺具体如下。（1）标线拉底。用线绳沿充填条带标定隔离墙位置（该处长度共5m），沿标定位置向下拉底深300mm、宽300mm,沿拉底位置铺设φ200×3000mm大板。（2）打设单体柱。在隔离墙位置底板大板上打设一排单体柱，共计打设10根。单体柱间距0.6m,初撑力不小于15MPa,每根单体柱沿柱头将护绳栓护在顶板钢带上。在隔离墙中部留设3根单体柱位置暂不打设作为人员进出通道。（3）铺设宽板。在单体柱内侧紧贴单体柱从底板至顶板横向铺设宽板，在每根宽板的两端和中部用10#铅丝十字交叉固定在单体柱上，宽板规格4000mm×300mm×50mm，宽板拼接处层与层之间压缝铺设。在人员进出通道处放置好尺寸合适的宽板暂不铺设。（4）铺设金属网和钢丝绳。紧贴宽板从底板至顶板联双层金属网，金属网规格1m×5m,上下金属网之间、金属网与煤墙和顶板原金属网之间搭接500mm，搭接处用16#铅丝孔孔相联、双丝三扣、联三道。紧贴金属网从底部至顶部每间隔800mm联一趟φ12.5mm×15mm的钢丝绳，共计8趟，钢丝绳与金属网每500mm用16#铅丝双丝三扣固定。在人员进出通道处留设金属网“门帘”。（5）铺设隔离布。金属网联成后沿从底板至顶板紧贴金属网铺设一块隔离布。铺设隔离布前，先将隔离布沿长边对折成双层隔离布，将隔离布底部1.2m埋至底板拉底槽内并用煤袋压好，将顶部1.2m隔离布折至顶板并用16#铅丝固定在顶板金属网上，将两帮1.3m隔离布折至帮部煤墙并用16#铅丝固定在帮部金属网上，固定点要沿隔离布边、中和折角处联三道。在人员进出通道处留设隔离布“门帘”。（6）密闭隔离墙。上述所有程序完成后所有作业人员从待充填区撤出，首先将人员进出通道处的隔离布“门帘”放下并用风筒胶将隔离布接口处粘贴紧，然后将金属网门帘对接联好，再将人员进出通道处宽板放到位并用铁丝固定牢固，最后将人员进出通道处单体柱打设到位。（7）打设横撑杆。在单体柱外侧距离底板0.8m、1.8m、2.8m位置打设三道DN100钢管横撑杆，撑杆间排距1000mm×1000mm，每道10根撑杆，共计3道。每根撑杆打设方法如下：在单体柱外侧紧贴单体柱距离底板0.8m、1.8m、2.8m位置固定3排宽板。用风镐在E1308辅运西帮煤墙距离底板0.8m、1.8m、2.8m位置打设三排横撑杆柱窝，柱窝间距1米，深度0.2米。将用DN100×5.5m钢管一端放置于柱窝，另一端垂直对面单体柱宽板，宽板与横撑杆间用鞋板背实垫紧。④用双股10#铅丝将钢管撑杆吊挂在顶板钢带上。隔离墙采用单体支柱、高强隔离布和木板等支设隔离墙，隔离形式见图3-5。图3-6膏体充填隔离墙隔离方式第三步：隔离完成后，将该条带充填满膏体，以排气管出口出浆作为充填接顶标志，完成本条带采充工作。充填接顶工序待充条带满足实施充填作业的要求时，根据矿井充填工作面采充衔接，对其实施充填作业。充填膏体料浆一般静止角为1～3°，所以条带充填时其中下部可自然密实接顶，靠近充填条带高处需补充接顶。以充填首试工作面运巷侧标高大于风巷侧为例，充填管路敷设在工作面运巷内，充填条带充填分为4步，充填工艺如图3-7所示。工作面风巷工作面运巷调节风窗工作面风巷工作面运巷调节风窗（1）首充工作面风巷工作面运巷调节风窗皮带顺槽工作面风巷工作面运巷调节风窗皮带顺槽（2）二充皮带顺槽工作面风巷工作面运巷皮带顺槽工作面风巷工作面运巷（3）三充工作面风巷工作面运巷皮带顺槽工作面风巷工作面运巷皮带顺槽（4）四充图3-7倾斜条带充填工艺示意图由于充填条带中膏体上升较快，使充填隔墙承受较大压力，所以必须采取分次充填方式，确保隔墙稳定、作业安全以及充填接顶率。（1）首充：在条带巷的工作面运巷端设置一个充填隔墙，进入首充阶段，首充必须控制充填料浆在隔墙处的上升高度不大于1.3m，如图3-7（a）。（2）待首充料浆凝固后再进入二充阶段，二充充填至隔墙顶端，设计充填高度同样为1.3m，如图3-7（b）。（3）待二充料浆凝固后再进入三充阶段，在条带巷的工作面风巷端设置一个充填隔墙，三充可一次充填至风巷端隔墙1.3m位置，如图3-7（c）。（4）待三充料浆凝固后再进入四充阶段，补充料浆至工作面风巷端隔墙顶部，如图3-7（d），至此完成整个条带的充填工作。（二）近水平充填条带充填工艺1．充填管路敷设结合条带膏体充填开采的工艺特点，充填管路敷设在充填条带标高高的一侧的顺槽内。根据实践经验，合理的料浆配比可以保障整个条带充实充满，设计在条带最高处均匀布设2根充填管（一用一备）和1根排气管，各高处的排气管联通，为减少投资和便于铺设，条带内的充填管和排气管采用重量较轻的PE管材，其中充填管管径180mm、排气管管径50mm。2．充填工序近水平充填条带为保证充填接顶率，需采用分步充填，充填工艺如图3-8所示。工作面风巷运巷调节风窗工作面风巷运巷调节风窗（1）首充工作面风巷运巷工作面风巷运巷（2）二充工作面运巷风巷皮带顺槽工作面运巷风巷皮带顺槽（3）分段充图3-8近水平条带充填工艺图（1）首充：在充填条带的两端各设置一个充填隔墙，进入首充阶段，首充必须控制充填料浆在两端隔墙处的上升高度不大于1.3m，如图3-8（a）。（2）待首充料浆凝固后再进入二充阶段，先在充填上层的工作面运巷端30m位置设置子隔墙，再进行充填，如图3-8（b）。（3）待二充料浆凝固后进入分段充阶段，将余下未充的充填条带上层，每隔30～40m设置一个子隔墙，依次逐段进行充填，如图3-8（c），直至完成整个充填条带的充填工作。针对近水平充填条带的充填工艺特点，充填条带的顶板形态对充填接顶影响较大。水平顶板和顶板局部拱起两种形态的接顶措施如下：近水平充填条带顶板近乎水平时，容易造成接顶时整个充填体和顶板之间留有孔隙，为保证接顶效果，在充填条带顶板开设凹槽（深300mm）用于吊挂充填管路和排气管路，且凹槽沿煤层顶板具有10‰的坡度。凹槽布置示意图见3-9。充填条带底板隔离挡板隔离挡板凹槽充填条带底板隔离挡板隔离挡板凹槽图3-9条带顶板凹槽布置示意图（2）近水平充填条带顶板局部拱起时，保证每个顶板拱起部分布置一组充填管路和排气管路，充填时，膏体首先流平，而后分别充填各个拱起部分，从而达到完全充实。充填接顶布管示意图见图3-10。图3-10充填接顶布管示意图（3）接顶充填时，应适当降低充填料浆浓度，加大粉煤灰添加量，降低充填料浆输送流量，从而提高充填料浆流动性和流平性，降低其静止角，确保充填的可靠度和接顶率。四、连采连充采煤方法与充填工艺1、采煤方法从煤层赋存及开采技术条件分析，本矿充填面采用EBZ200H型掘进机一次采全高，采用SGB-620/40D型刮板输送机和DSJ80/40×2带式输送机进行出煤。EBZ200H型掘进机技术特征见表3-2。表3-2EBZ200H型掘进机技术特怔整机参数总体长度11.5m总体宽度3.6m总体高度2.35m总重63t卧底深度270mm掘进坡度±18°截割范围高度≤4.8m宽度≤6m面积≤28m2截割头转数46/23rpm电动机功率332kw喷雾内、外喷雾方式SGB-620/40D型刮板输送机和DSJ80/40×2带式输送机，详见表3-3和3-4。表3-3DSJ-80/40×2型胶带输送机技术特征项目参