峪沟煤业有限公司4#层401-3采区设计说明书
作者：佚名
2011-03-25 09:10
来源：本站原创
第一章 采区地质情况
第一节 采区概况
一、采区位置
4号层401-3采区位于F1断层以北，F4断层以南，501-1巷以东，露头煤以西。
二、煤层赋存条件
4号煤层
赋存于太原组顶部，根据钻孔揭露的煤层真厚度（地层倾角＞155°时换算成真厚度）以及巷道揭露煤层厚度统计，煤层厚度7.00～8.41m，平均7.56m，为赋存区稳定可采煤层。该煤层结构极复杂，含夹矸3～5层。其直接顶板为砂质泥岩或为泥岩、砂质泥岩互层，有时有炭质泥岩伪顶，老顶为中粗砂岩（K3），其底板一般为泥岩，局部有炭质泥岩伪底。
第二节 地质情况
一、煤层顶底板条件
4号煤层：
直接顶板为中细粒砂岩或泥岩，厚度5.59—22.40m，局部裂隙发育，为半坚硬岩石，属中等坚硬顶板。顶板坚硬，不易冒落，有时有0.02—0.05m炭质泥岩伪顶，易垮落，局部为1.50m左右砂质泥岩顶板。底板为泥岩、局部为砂质泥岩，厚度4.25m左右，为软岩层。据采掘实践，顶底板易于管理2007年，采取了4号煤层顶底板样，由山西省三水实验测试中心进行测试，顶板细砂岩，抗压强度107.0-118.4 MPa；底板泥岩抗压强度4.5-68.3MPa。
二、采区地质构造
断层：
F4正断层：位于井田西南01号钻孔北，走向北西，倾向北东，断层倾角60°～70°，最大落差5m，井田内延伸长度470m。由三维地震确定的，可靠。
第二章 采区储量与生产能力
第一节 采区储量
一、工业储量
采区走向长99 — 170m，倾斜宽31m，煤的容量1.5。根据地面钻孔地质资料分析，该采区煤层平均厚度为8.7m。
储量计算公式：Q=d.S.M
式中：Q为工业储量；万吨
d为煤的容重
S为水平面积
M为煤层厚度
8406工作面：170×31×8.7×1.5≈6.8
8408工作面：146×31×8.7×1.5≈6
8410工作面：123×31×8.7×1.5≈5
8412工作面：99×31×8.7×1.5≈4
8414工作面：116×31×8.7×1.5≈4.7
8416工作面：116×31×8.7×1.5≈4.7
8418工作面：117×31×8.7×1.5≈4.7
8420工作面：115×31×8.7×1.5≈4.7
4#层401-3采区工业储量为：40.6万吨
二、可采储量
储量计算公式：Zk＝（Zg－p）×C
式中：Zk为设计可采储量，万吨；
Zg为工业储量，万吨；
P为永久煤柱损失量，万吨，本设计条件下取0.8；
C为采区采出率，本设计条件下取50％
8406工作面：（6.8－0.8）×50％＝3
8408工作面：（6－0.8）×50％＝2.6
8410工作面：（5－0.8）×50％＝2.1
8412工作面：（4－0.8）×50％＝1.6
8414工作面：（4.7－0.8）×50％≈2
8416工作面：（4.7－0.8）×50％≈2
8418工作面：（4.7－0.8）×50％≈2
8420工作面：（4.7－0.8）×50％≈2
4#层401-3采区可采储量为：17.3万吨
第二节 采区生产能力及服务年限
采区生产能力：
本采区可采储量约为17.3万吨，采区生产能力为3万吨/年。
第三章 采区方案设计
第一节 采煤方法的选择
1、选择依据
适宜的采煤方法是建设高产高效矿井的关键。影响采煤方法的因素很多，概括起来主要有地质构造、煤层埋深、煤层赋存状况、煤层厚度及硬度、煤层结构、顶底板条件、煤质条件及矿井生产能力等。
1)本井田构造中等，煤层赋存条件为一单斜构造，走向北东，倾向北西，煤层倾角在矿井东南部边界接近煤层露头处为倾斜-急倾斜，井田中部为缓倾斜，深部为近水平。
2）矿井兼并重组整合后的生产能力为0.9Mt/a， 4号煤层赋存于太原组顶部，煤层厚度7.00—9.45m，平均7.56m，可采性指数为1，为全区稳定可采煤层，为一型。该煤层结构较复杂，含夹矸2～5层。其直接顶板为砂质泥岩或为泥岩、砂质泥岩互层，夹薄煤层4上号，有时有炭质泥岩伪顶，厚10～26m，老顶为中粗砂岩（K3），其底板一般为泥岩，局部有炭质泥岩伪底。
3）矿井为低瓦斯矿井。各可采煤层均有煤尘爆炸危险性。4号号煤自燃等级为I级，为容易自燃煤层；
２、采煤方法的选择
根据本区的地质条件、煤层赋存特征和矿井生产规模，设计对4号煤提出了两种采煤法：1、倾斜分层金属网(或塑料网)假顶综合机械化采煤方法； 2、综合机械化放顶煤采煤法。对以上两种采煤方法进行详细的分析比较，简述如下：
(1)人工假顶分层综采
长壁综采分层采煤法：将4号煤层沿倾斜分为二～三层，中间铺设金属网假顶。长壁综采分层采煤法以前在我国大中型矿井也普遍采用，分层开采技术成熟，但是具有工序复杂、掘进率高、顶板管理困难等缺点，成本较高。随着采煤支护设备的不断发展，分层开采已很少应用。
(2)放顶煤综采
放顶煤开采关键在于顶煤的可放性, 影响放顶煤的自然因素主要是开采深度、煤层厚度、煤层结构、煤层顶板岩性及其厚度和岩、煤体裂隙发育程度等。
1) 开采深度对冒放性的影响
本矿井首采的4号煤层的开采深度为170～510m，根据其它矿井放顶煤的顶煤冒放性的经验数据分析得出的结论来看，当开采深度>100m时，顶煤冒放性比较好，总的趋势是顶煤冒放性随开采深度的增加而加强。因此，本矿开采4号煤层在浅部属较易冒放性煤体。其冒放性随开采深度的增加而加强。
2) 煤层厚度对冒放性的影响
一般来说，过厚的顶煤其上部是难以达到充分松动，即顶煤冒放性随煤层厚度的增大而减弱，从国内放顶煤工作面的实际生产经验和情况来看，开采厚度不宜大于15m，最小临界厚度为4.5～5.0m，本矿初期开采的4号煤厚度平均7.56m，从开采厚度分析，顶煤具有较好冒放性。
3) 煤层强度和节理对冒放性的影响
实测资料统计表明，一般当煤层硬度f系数小于3时，顶煤冒放性较好。应当指出的是，一般煤体都存在不同程度的地质弱面和构造裂隙，节理裂隙发育的煤层，煤体的完整性较差，因而大大降低煤层的强度，顶煤在矿压的作用下易于破碎，节理裂隙越发育，顶煤的冒放性越好。顶煤可在顶板的矿山压力、采动影响以及支架的支撑下易于垮落、冒放。
4) 煤层结构
若煤层存在坚硬的夹矸，则会严重影响顶煤的冒放性。一方面夹矸在顶煤中形成“骨架”，使顶煤难以冒落；另一方面，即使顶煤垮落之后，夹矸形成大块，影响顶煤的流动性，堵塞放煤口。因此夹矸的存在对放顶煤是一种不利因素。本井田4号煤含夹矸2～5层，而且夹矸岩石强度相对较低，和煤层的强度基本相近，故对顶煤的冒放性不会产生影响。
5) 顶板条件
本矿井4号煤层直接顶板砂质泥岩或泥岩、砂质泥岩互层，夹薄煤层4上号，有时有炭质泥岩伪顶，厚度10—26m，局部裂隙发育，为半坚硬岩石，属中等坚硬顶板。根据山西省三水实验测试中心出据的《峪河煤矿岩石物理力学性质试验成果表》，4号煤层顶板砂岩物理力学试验，单向抗压强度28.7—44.1MPa，普氏硬度系数5.32，裂隙发育。直接顶、老顶采用放顶煤开采时均能冒落，冒落高度不小于采放高度。因此4号顶板条件适宜放顶煤。
6) 本井田煤层无煤与瓦斯（二氧化碳）突出。
综上分析，设计认为本井田4号层适合采用放顶煤开采。
第二节 巷道掘进
一、巷道断面：
运输顺槽与回风顺槽都采用梯形巷道断面，切眼巷采用矩形巷道断面。其中，运输顺槽净宽为4.2m，净高为2.6m，净断面为10.9㎡；
回风顺槽净宽为3.2m，净宽为2.6m，净断面为8.3㎡；切眼巷净宽为6.0m，净高为2.6m，净断面为15.6㎡。
二、支护形式：
运输顺槽与回风顺槽均采用梯形木棚支护，间隙处采用半圆木背紧。切眼巷采用锚杆、锚索、金属网联合支护。
第四章 采区生产系统
一、运输系统：
回采工作面→采区运输顺槽→运输大巷→井底煤仓→主斜井→地面。
掘进工作面→井底煤仓→主斜井→地面。
二、通风系统：
进风风流:地面→主、副斜井→运输大巷、轨道大巷→运输顺槽→回采工作面。
回风风流:回采工作面→回风顺槽→回风大巷→回风斜井→地面。
三、排水系统：
根据矿方提供同等地质条件的生产经验，一采区正常涌水量按600m3/d,最大涌水量按1000 m3/d（含黄泥灌浆析出水），工作面积水由小水泵排至采区水仓，经采区泵房集中排至井底水仓。
四、供电系统：
第一节 采区概况
一、采区位置
4号层401-3采区位于F1断层以北，F4断层以南，501-1巷以东，露头煤以西。
二、煤层赋存条件
4号煤层
赋存于太原组顶部，根据钻孔揭露的煤层真厚度（地层倾角＞155°时换算成真厚度）以及巷道揭露煤层厚度统计，煤层厚度7.00～8.41m，平均7.56m，为赋存区稳定可采煤层。该煤层结构极复杂，含夹矸3～5层。其直接顶板为砂质泥岩或为泥岩、砂质泥岩互层，有时有炭质泥岩伪顶，老顶为中粗砂岩（K3），其底板一般为泥岩，局部有炭质泥岩伪底。
第二节 地质情况
一、煤层顶底板条件
4号煤层：
直接顶板为中细粒砂岩或泥岩，厚度5.59—22.40m，局部裂隙发育，为半坚硬岩石，属中等坚硬顶板。顶板坚硬，不易冒落，有时有0.02—0.05m炭质泥岩伪顶，易垮落，局部为1.50m左右砂质泥岩顶板。底板为泥岩、局部为砂质泥岩，厚度4.25m左右，为软岩层。据采掘实践，顶底板易于管理2007年，采取了4号煤层顶底板样，由山西省三水实验测试中心进行测试，顶板细砂岩，抗压强度107.0-118.4 MPa；底板泥岩抗压强度4.5-68.3MPa。
二、采区地质构造
断层：
F4正断层：位于井田西南01号钻孔北，走向北西，倾向北东，断层倾角60°～70°，最大落差5m，井田内延伸长度470m。由三维地震确定的，可靠。
第二章 采区储量与生产能力
第一节 采区储量
一、工业储量
采区走向长99 — 170m，倾斜宽31m，煤的容量1.5。根据地面钻孔地质资料分析，该采区煤层平均厚度为8.7m。
储量计算公式：Q=d.S.M
式中：Q为工业储量；万吨
d为煤的容重
S为水平面积
M为煤层厚度
8406工作面：170×31×8.7×1.5≈6.8
8408工作面：146×31×8.7×1.5≈6
8410工作面：123×31×8.7×1.5≈5
8412工作面：99×31×8.7×1.5≈4
8414工作面：116×31×8.7×1.5≈4.7
8416工作面：116×31×8.7×1.5≈4.7
8418工作面：117×31×8.7×1.5≈4.7
8420工作面：115×31×8.7×1.5≈4.7
4#层401-3采区工业储量为：40.6万吨
二、可采储量
储量计算公式：Zk＝（Zg－p）×C
式中：Zk为设计可采储量，万吨；
Zg为工业储量，万吨；
P为永久煤柱损失量，万吨，本设计条件下取0.8；
C为采区采出率，本设计条件下取50％
8406工作面：（6.8－0.8）×50％＝3
8408工作面：（6－0.8）×50％＝2.6
8410工作面：（5－0.8）×50％＝2.1
8412工作面：（4－0.8）×50％＝1.6
8414工作面：（4.7－0.8）×50％≈2
8416工作面：（4.7－0.8）×50％≈2
8418工作面：（4.7－0.8）×50％≈2
8420工作面：（4.7－0.8）×50％≈2
4#层401-3采区可采储量为：17.3万吨
第二节 采区生产能力及服务年限
采区生产能力：
本采区可采储量约为17.3万吨，采区生产能力为3万吨/年。
第三章 采区方案设计
第一节 采煤方法的选择
1、选择依据
适宜的采煤方法是建设高产高效矿井的关键。影响采煤方法的因素很多，概括起来主要有地质构造、煤层埋深、煤层赋存状况、煤层厚度及硬度、煤层结构、顶底板条件、煤质条件及矿井生产能力等。
1)本井田构造中等，煤层赋存条件为一单斜构造，走向北东，倾向北西，煤层倾角在矿井东南部边界接近煤层露头处为倾斜-急倾斜，井田中部为缓倾斜，深部为近水平。
2）矿井兼并重组整合后的生产能力为0.9Mt/a， 4号煤层赋存于太原组顶部，煤层厚度7.00—9.45m，平均7.56m，可采性指数为1，为全区稳定可采煤层，为一型。该煤层结构较复杂，含夹矸2～5层。其直接顶板为砂质泥岩或为泥岩、砂质泥岩互层，夹薄煤层4上号，有时有炭质泥岩伪顶，厚10～26m，老顶为中粗砂岩（K3），其底板一般为泥岩，局部有炭质泥岩伪底。
3）矿井为低瓦斯矿井。各可采煤层均有煤尘爆炸危险性。4号号煤自燃等级为I级，为容易自燃煤层；
２、采煤方法的选择
根据本区的地质条件、煤层赋存特征和矿井生产规模，设计对4号煤提出了两种采煤法：1、倾斜分层金属网(或塑料网)假顶综合机械化采煤方法； 2、综合机械化放顶煤采煤法。对以上两种采煤方法进行详细的分析比较，简述如下：
(1)人工假顶分层综采
长壁综采分层采煤法：将4号煤层沿倾斜分为二～三层，中间铺设金属网假顶。长壁综采分层采煤法以前在我国大中型矿井也普遍采用，分层开采技术成熟，但是具有工序复杂、掘进率高、顶板管理困难等缺点，成本较高。随着采煤支护设备的不断发展，分层开采已很少应用。
(2)放顶煤综采
放顶煤开采关键在于顶煤的可放性, 影响放顶煤的自然因素主要是开采深度、煤层厚度、煤层结构、煤层顶板岩性及其厚度和岩、煤体裂隙发育程度等。
1) 开采深度对冒放性的影响
本矿井首采的4号煤层的开采深度为170～510m，根据其它矿井放顶煤的顶煤冒放性的经验数据分析得出的结论来看，当开采深度>100m时，顶煤冒放性比较好，总的趋势是顶煤冒放性随开采深度的增加而加强。因此，本矿开采4号煤层在浅部属较易冒放性煤体。其冒放性随开采深度的增加而加强。
2) 煤层厚度对冒放性的影响
一般来说，过厚的顶煤其上部是难以达到充分松动，即顶煤冒放性随煤层厚度的增大而减弱，从国内放顶煤工作面的实际生产经验和情况来看，开采厚度不宜大于15m，最小临界厚度为4.5～5.0m，本矿初期开采的4号煤厚度平均7.56m，从开采厚度分析，顶煤具有较好冒放性。
3) 煤层强度和节理对冒放性的影响
实测资料统计表明，一般当煤层硬度f系数小于3时，顶煤冒放性较好。应当指出的是，一般煤体都存在不同程度的地质弱面和构造裂隙，节理裂隙发育的煤层，煤体的完整性较差，因而大大降低煤层的强度，顶煤在矿压的作用下易于破碎，节理裂隙越发育，顶煤的冒放性越好。顶煤可在顶板的矿山压力、采动影响以及支架的支撑下易于垮落、冒放。
4) 煤层结构
若煤层存在坚硬的夹矸，则会严重影响顶煤的冒放性。一方面夹矸在顶煤中形成“骨架”，使顶煤难以冒落；另一方面，即使顶煤垮落之后，夹矸形成大块，影响顶煤的流动性，堵塞放煤口。因此夹矸的存在对放顶煤是一种不利因素。本井田4号煤含夹矸2～5层，而且夹矸岩石强度相对较低，和煤层的强度基本相近，故对顶煤的冒放性不会产生影响。
5) 顶板条件
本矿井4号煤层直接顶板砂质泥岩或泥岩、砂质泥岩互层，夹薄煤层4上号，有时有炭质泥岩伪顶，厚度10—26m，局部裂隙发育，为半坚硬岩石，属中等坚硬顶板。根据山西省三水实验测试中心出据的《峪河煤矿岩石物理力学性质试验成果表》，4号煤层顶板砂岩物理力学试验，单向抗压强度28.7—44.1MPa，普氏硬度系数5.32，裂隙发育。直接顶、老顶采用放顶煤开采时均能冒落，冒落高度不小于采放高度。因此4号顶板条件适宜放顶煤。
6) 本井田煤层无煤与瓦斯（二氧化碳）突出。
综上分析，设计认为本井田4号层适合采用放顶煤开采。
第二节 巷道掘进
一、巷道断面：
运输顺槽与回风顺槽都采用梯形巷道断面，切眼巷采用矩形巷道断面。其中，运输顺槽净宽为4.2m，净高为2.6m，净断面为10.9㎡；
回风顺槽净宽为3.2m，净宽为2.6m，净断面为8.3㎡；切眼巷净宽为6.0m，净高为2.6m，净断面为15.6㎡。
二、支护形式：
运输顺槽与回风顺槽均采用梯形木棚支护，间隙处采用半圆木背紧。切眼巷采用锚杆、锚索、金属网联合支护。
第四章 采区生产系统
一、运输系统：
回采工作面→采区运输顺槽→运输大巷→井底煤仓→主斜井→地面。
掘进工作面→井底煤仓→主斜井→地面。
二、通风系统：
进风风流:地面→主、副斜井→运输大巷、轨道大巷→运输顺槽→回采工作面。
回风风流:回采工作面→回风顺槽→回风大巷→回风斜井→地面。
三、排水系统：
根据矿方提供同等地质条件的生产经验，一采区正常涌水量按600m3/d,最大涌水量按1000 m3/d（含黄泥灌浆析出水），工作面积水由小水泵排至采区水仓，经采区泵房集中排至井底水仓。
四、供电系统：
