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煤礦特厚煤層開采方案研究碩士論文(已修改)

2025-10-19 08:36 本頁(yè)面
 

【正文】 1 分 類 號(hào) 密 級(jí) 太原理工大學(xué) 工程碩士學(xué)位論文 題目 XXXX 煤礦特厚煤層開采方案研究 研究生姓名 X X X 學(xué) 號(hào) XXXXX 工程領(lǐng) 域 礦業(yè)工程 研究方 向 特厚煤層開采 導(dǎo)師姓 名 X X X 職 稱 X X X 學(xué)位授予單位:太原理工大學(xué) 論文提交日 期 XXX 地 址: 山西178。太原 2 XX煤礦 特厚煤層開采 研究 摘 要 特厚煤層高效開采一直是困擾煤礦生產(chǎn)的重要課題,因此進(jìn)行深度開展煤礦特厚煤層的開采技術(shù)研究有著相當(dāng)重要的工程實(shí)用價(jià)值和實(shí)際經(jīng)濟(jì)意義。 論文運(yùn)用理論分析與與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)資料相結(jié)合的方法對(duì) XX 煤礦特厚煤層開采及采區(qū)巷道布置的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了探討研究, 提出了綜采工作面布置調(diào)整建議;揭示了特厚煤層的地質(zhì)特征規(guī)律,對(duì)選用液壓支架型的 適用性進(jìn)行了檢驗(yàn)評(píng)價(jià)。研究成果在生產(chǎn)實(shí)踐中 得到了適當(dāng)有效應(yīng)用,為解決生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題發(fā)揮了積極作用。 基于 XX 煤礦 51煤層地質(zhì)條件,對(duì)煤層上部頂板的穩(wěn)定性特 征進(jìn)行了研究,得出了通過(guò)放頂煤開采方式,一次開采全部煤層的結(jié)論;基于煤層結(jié)構(gòu)特征及力學(xué)屬性,對(duì)其在回采期間的力學(xué)行為效應(yīng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究,得出了綜采工作面頂板初次來(lái)壓步距、周期來(lái)壓步距、最大來(lái)壓強(qiáng)度等重要參數(shù),并確定了適宜的綜采支架型號(hào)為ZF6400/16/32型液壓支架。 根據(jù) XX 煤礦 51煤層 位于太原組中部,上距 4 號(hào)煤層,平均 ,煤層厚度為 ,平均 ,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一般含 35 層夾矸,局部含 1 層夾矸,夾矸巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖。煤層穩(wěn)定賦存區(qū)全區(qū)可采。煤層厚度變化幅度較大,井田內(nèi)向東南部逐漸變薄。 其 煤層頂板為粗砂巖、炭質(zhì)泥巖、中砂巖,偶見含礫砂巖、泥巖,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,發(fā)育穩(wěn)定, 強(qiáng)度 較大 的特征,確定了 3 工作面回采的設(shè)備選型 的設(shè)計(jì)思路; 根據(jù) 51煤層 為穩(wěn)定可采煤層 的特征, 51煤層綜采工作面 綜合考慮巷道圍巖性質(zhì)、地壓大小和方向;巷道服務(wù)年限、用途及位置;再根據(jù)充分發(fā)揮其開采效率的原則 進(jìn)行采煤機(jī)設(shè)計(jì); 同時(shí)要認(rèn)識(shí)到煤層開采是一個(gè)整體工程,確定開采相關(guān)配套設(shè)施的有機(jī)整體協(xié)調(diào)考慮,提出了 XX 煤礦綜采工作面使用大型 綜喝式采放頂煤 方式。 本研究為 XXXX 礦區(qū)乃至周邊礦區(qū)特厚煤層高效安全開采提供了值得借鑒的先進(jìn)工藝和技術(shù),實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果驗(yàn)證了理論研究成果的合理性。 關(guān)鍵詞 :特厚煤層,煤層開采,放頂煤開采 4 目 錄 第一章 緒 論 ........................................................5 第一節(jié) 選題背景及其意義 .......................................... 5 第二節(jié) 特厚煤層開采理論技術(shù)現(xiàn)狀 .................................. 6 第三節(jié) 研究?jī)?nèi)容與方法 ............................................ 7 第二章 地質(zhì)力學(xué)條件特征研究 .........................................9 第一節(jié) 地層 ...................................................... 9 第二節(jié) 井田構(gòu)造 ................................................. 11 第三節(jié) 煤層及煤質(zhì) ............................................... 12 第四節(jié) 瓦斯、煤塵、煤的自燃傾向性、地溫 ......................... 21 第五節(jié) 井田水文地質(zhì) ............................................. 26 第三章 礦井準(zhǔn)備、回采巷道布置 .......................................35 第一節(jié) 礦井地質(zhì)條件 ............................................. 35 第二節(jié) 掘進(jìn)工作面?zhèn)€數(shù)及掘進(jìn)設(shè)備 ................................. 36 第三節(jié) 井巷工程量和掘進(jìn)率 ...................................... 37 第四章 井下開采 ....................................................39 第一節(jié) 工作面布置 .............................................. 39 第二節(jié) 采煤方法 ................................................ 41 第三節(jié) 首采煤層及首 采工作面位置選擇 ............................. 48 第四節(jié) 采煤工藝 ................................................. 52 第五節(jié) 回采工作面主要設(shè)備選型 ................................... 54 第六節(jié) 工作面主要參數(shù)確定 ....................................... 61 第七節(jié) 工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 ....................................... 64 第八節(jié) 盤區(qū)及工作面回采率 ....................................... 64 第五章 結(jié)論 ........................................................66 5 第一章 緒 論 第一節(jié) 選題背景及其意義 煤炭是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要能源,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的戰(zhàn)略地位。隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,煤炭工業(yè)日趨向集約化、高產(chǎn)高效的方向發(fā)展,我國(guó)煤炭產(chǎn)量已居世界第一,但煤炭供應(yīng)緊張局面仍然沒有得到緩解。我國(guó)厚煤層儲(chǔ)量豐富,約占探明儲(chǔ)量的 %, 每年地下開采厚煤層產(chǎn)量約占全國(guó)煤炭產(chǎn)量的 40%~50%, 為我國(guó)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了資源保障,大采高開采工藝已成為厚煤層開采發(fā)展的重要方向之一。 山西省煤炭資源儲(chǔ)量巨大,已探明儲(chǔ)量居全國(guó)第一。大同煤田為我國(guó)開采時(shí)間最悠久,生產(chǎn)能力 巨大的煤田主產(chǎn)區(qū)。 XX 煤礦集團(tuán) XXXX煤業(yè)有限公司隸屬于 XX煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司,為了加快培育大型煤礦企業(yè)和企業(yè)集團(tuán) ,提高煤炭產(chǎn)業(yè)集中度和產(chǎn)業(yè)水平,促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)。根據(jù)山西省煤礦企業(yè)兼并重組整合工作領(lǐng)導(dǎo)組辦公室文件晉煤重組辦發(fā) [2020]35號(hào)《關(guān)于朔州市山陰縣煤礦企業(yè)重組整合方案(部分)的批復(fù)》,以大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司為主體企業(yè),兼并重組整合原山西山陰 XX 煤業(yè)有限公司、山西山陰東灣溝煤業(yè)有限公司,并新增面積 。兼并重組整合后企業(yè)名稱為大同煤礦集團(tuán) XXXX煤業(yè)有限公司。 2020 年 12 月 10 日山西省國(guó)土資源廳為 XX 煤礦集團(tuán) XXXX 煤業(yè)有限公司發(fā)放了 6 C1400002020201220207864 號(hào)《采礦許可證》,批準(zhǔn)開采 3 55 8 號(hào)煤層,生產(chǎn)規(guī)模 90 萬(wàn) t/a, 井田 面積 。 當(dāng)煤層大于 10m,上覆巖層折斷的厚度將超過(guò) 100m 時(shí),巖梁的折斷步距、折斷巖梁運(yùn)動(dòng)的自由空間均較大。工作面支架將承受巖梁大規(guī)模運(yùn)動(dòng)引起的動(dòng)載荷和較大的偏心載荷,從而影響到支架的穩(wěn)定性,使支架 圍巖關(guān)系惡化。由于煤層厚度加大,設(shè)備趨于大型化、復(fù)雜化,致使設(shè)備的維護(hù)量和管理難度進(jìn) 一步增加;設(shè)備機(jī)動(dòng)性變差,對(duì)變化的工作面地質(zhì)條件適應(yīng)性差, 頂板控制更加困難,工作面推進(jìn)能力降低。 煤壁片幫加劇,工作面冒頂?shù)臋C(jī)會(huì)增加,特別是當(dāng)采高不斷提升,需要垮落更多的巖層來(lái)充填采空區(qū),當(dāng)直接頂不能充填滿采空區(qū)時(shí),在普通采高工作面被看做老頂?shù)纳衔粠r層則要與直接頂一起垮落到采空區(qū),成為垮落帶的一部分,在堅(jiān)硬頂板和堅(jiān)硬煤層條件下,極易產(chǎn)生采空區(qū)動(dòng)力災(zāi)害。隨著工作面長(zhǎng)度進(jìn)一步加大,以及機(jī)械設(shè)備日趨重型化的一系列問(wèn)題的出現(xiàn),導(dǎo)致支架 圍巖系統(tǒng)控制和綜采裝備配套問(wèn)題成為國(guó)際性采礦難題。 第二節(jié) 特厚煤層開采理論技 術(shù)現(xiàn)狀 近三十年來(lái),我國(guó)在神東、徐州、寧東、銅川、開灤、陽(yáng)泉、西山、兗州、邢臺(tái)、雙鴨山、鐵法、棗莊等礦區(qū),推廣使用大采高綜采,至今已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。為適應(yīng)我國(guó)煤礦綜采機(jī)械化的發(fā)展, 國(guó)內(nèi)綜采設(shè)備科研設(shè)計(jì)和制造企業(yè)已研制開發(fā)出具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)、較先進(jìn) 7 技術(shù)水平的大功率電牽引采煤機(jī)、重型刮板輸送機(jī)、電液控制強(qiáng)力液壓支架和多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)大運(yùn)力帶式輸送機(jī),配套設(shè)備的生產(chǎn)能力達(dá)到1500~2500t/h,在適宜的煤層和礦井條件下,綜采工作面可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 300 萬(wàn) t 以上。 我國(guó)雖然在這方面起步比較晚,但是通過(guò)近三十年的努力 ,取得了較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但是我國(guó)大采高綜采設(shè)備受設(shè)計(jì)制造水平、優(yōu)質(zhì)材料等條件限制,在技術(shù)性能和工作可靠性方面,與國(guó)際先進(jìn)水平有明顯差距。煤礦使用的高端煤炭生產(chǎn)裝備幾乎被國(guó)外廠商所占領(lǐng),重點(diǎn)礦區(qū) 4~6m 厚煤層一次采全高綜采裝備主要依靠進(jìn)口。例如創(chuàng)造綜采年產(chǎn)世界記錄的神華、 兗礦等煤炭企業(yè), 其大采高綜采的高端裝備仍以進(jìn)口為主。 美國(guó)、澳大利亞綜采工作面全部采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)化控制技術(shù), 而我國(guó)綜采工作面成套設(shè)備平均生產(chǎn)能力 (300 萬(wàn) t 左右 )僅相當(dāng)美國(guó)、 澳大利亞的 50%。 我國(guó)在綜機(jī)制造業(yè)上和國(guó)際水平的差距,正是今后我國(guó)大采高綜采設(shè)備發(fā)展所需要彌補(bǔ)的。 第三節(jié) 研究?jī)?nèi)容與方法 本論文以 XXXX 煤礦井下條件下特厚煤層放頂煤開采技術(shù)研究為背景,采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論研究和現(xiàn)場(chǎng)開采實(shí)踐等方法,主要研究?jī)?nèi)容包括: ( 1) 深入調(diào)查與分析 XX 礦區(qū)地質(zhì)賦存環(huán)境、 工作面地質(zhì)特征和開采技術(shù)條件。 8 ( 2)回采工作面順槽及切眼巷道的掘進(jìn)方式和支護(hù)方案研究。 ( 3)綜采回采方法研究。 9 第二章 地質(zhì)力學(xué)條件特征研究 第一節(jié) 地層 XXXX 礦井田位于大同煤田南部邊緣大同國(guó)家規(guī)劃礦區(qū)南區(qū)中南部,地表大面積被第四系黃土覆 蓋,僅在溝谷中有少面積基巖出露,出露地層為二疊系下統(tǒng)下石盒子組、山西組、石炭系上統(tǒng)太原組、中統(tǒng)本溪組。據(jù)鉆孔揭露地層并結(jié)合區(qū)域地層資料,地層由老至新如下: 奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組( O2s) 本次井田內(nèi)鉆孔揭露該地層不全,據(jù)《左云南普詳查勘探區(qū)地質(zhì)資料》中的 3 個(gè)巖溶孔揭露,厚度為 ~ ,巖性為厚層狀灰色、淺灰色石灰?guī)r、白云質(zhì)石灰?guī)r夾少量泥灰?guī)r。底部有一層厚約 2m左右之灰黃色角礫狀石灰?guī)r。本次鉆孔揭露厚度大于 200m。 石炭系中統(tǒng)本溪組( C2b) 底界為山西式鐵礦,即鐵鋁層,與下伏地層呈平行 不整合接觸。巖性為深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾數(shù)層淺灰色中砂巖及 1~ 2 層褐紅色石灰?guī)r。厚度為 ~ ,平均為 。 石炭系上統(tǒng)太原組( C3t) 為本井田內(nèi)主要含煤地層。從 K2砂巖底到 K3砂巖底,其巖性主要為灰白色砂巖、灰色、灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層組成。底部的K2砂巖為 ~ ,平均 的灰白色粗粒砂巖,發(fā)育良好, 10 是太原組與與本溪組的分界砂巖;中部一層厚砂巖,以長(zhǎng)石為主,含礫,膠結(jié)松散,易風(fēng)化,穩(wěn)定性較好,常作為輔助標(biāo)志層。太原組含6 層煤層及 23 條煤線,煤層自上而 下依次編號(hào)為 4 4 5 5 11 號(hào)煤層。據(jù)井田內(nèi)利用鉆孔揭露,本組地層厚度為 ,平均 ,與下伏地層本溪組呈整合接觸。 二疊系下統(tǒng)山西組( P1s) 巖性主要由灰色、灰白色砂巖,灰黑色、灰色砂質(zhì)泥巖、鋁質(zhì)泥巖組成。最底部 K3砂巖為灰白色含粒粗砂巖,與太原組分界,一般為下伏 41號(hào)煤層的直接頂板,厚度為 ~ ,平均 。山西組含 2 層煤層及 12 條煤線,煤層自上而下為 32 32號(hào)煤層。據(jù)井田內(nèi)利用鉆孔揭露,本組地層厚度為 ~ ,平均 。與下伏地層太原組呈整合接觸。 二疊系下統(tǒng)下石盒子組( P1x) 底界為中粗砂巖( K4),與下伏地層呈整合接觸。 K4 砂巖厚度~ ,平均 ,為長(zhǎng)石石英砂巖,泥質(zhì)膠結(jié),風(fēng)化后呈灰黃色,為疏松狀。下部為灰綠色砂質(zhì)泥巖夾薄層狀中、細(xì)砂巖,厚度約 30~ 40m。上部為灰綠色砂質(zhì)泥巖夾有紫斑狀鋁質(zhì)泥巖數(shù)層。風(fēng)化后紫色增多,厚度 30~ 40m。本組地層殘留厚度為 。 第四系中、上更新統(tǒng)( Q2+3) 本統(tǒng)下部為淺紅色亞粘土、亞砂土夾鈣質(zhì)結(jié)核。 上部為土黃色亞砂土。廣布于丘陵之頂及斜坡之上。厚度 0~ 11
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