资源描述：
山东科技大学硕士学位论文 3-3煤层采煤方法的选择 2. 3-3煤层采煤方法的选择 2.1 3-3煤层开采条件 3-3煤层位于巴彦花组四岩段（k1b4）中部，三煤组下部，为矿井的首采煤层。该煤层基本全区发育且可采，是本区最为主要的可采煤层。煤层有自西向东加厚的变化趋势。根据利用钻孔统计，煤层自然厚度0～14.75m，平均7.68m；利用厚度0.45～13.75m，平均7.60m。可采面积74.63km2，约占勘查区总面积的86。该煤层厚度大于8m以上的巨厚见煤点占绝对优势，可占总频数的52；3.50～8.00m的厚煤层占总频数的18。故本煤层为全区大部可采的较稳定煤层。 3-3煤层在先期开采地段内均可采，利用厚度7.91～13.71m，平均10.52m。可采面积占先期开采地段面积的100，先期开采地段内该煤层利用厚度大于8m的巨厚见煤点占总频数的97。数理统计显示该煤层在先期开采地段内煤层厚度变异系数为14，故在该地段评价煤层的稳定程度为稳定煤层。煤层结构简单～较简单，一般不含夹矸，为单一结构煤层。煤层顶板岩性以泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩和粉砂岩为主，局部为砂岩；底板岩性以泥岩、炭质泥岩和粉砂岩为主。3-3煤层在首采区域内均可采，煤层属于特厚煤层。 2.2 3-3煤层合理采煤方法初选 根据国内外厚煤层开采技术发展现状，结合3-3号煤层厚度及煤层特点，可供选择的采煤方法主要有分层开采、大采高综采、综放开采。 2.2.1 分层综采的适宜性 对于3-3号煤层，采用分层综采存在以下几个问题。 （1）分层开采由于增加了分层假顶等特殊工艺且巷道掘进率高、维护困难，容易造成工作面接序紧张、采掘失调； （2）对于分层综采工作面，由于上分层引起应力集中，造成下分层巷道需避开应力集中区，需要采用内错式或外错式布置，增加了煤柱煤炭损失，同时，为了减少顶板维护困难，需要留设一定厚度煤皮，造成煤炭损失，如图2.1所示。开采下分层工作面顶板和巷道管理困难，分层综采较整层开采效率低，煤层厚度大所具有的单位面积储量上的优势反而变成了开采经济效益上的劣势。 图2.1 分层开采工作面布置图 （3）国内外的经验证明，在同样煤层条件下，一次采全高比分层开采自然发火的机率小得多，特别是考虑3-3煤层属易自燃煤层，即便本分层开采未出现自燃现象，上分层开采可能引起的顶板破坏、不能形成规则三带，造成采空区漏风，在下分层开采对上分层采空区重新揭露后，采空区及巷道自然发火的危险性将明显大幅度增加。 （4）3-3煤层在首采区厚度7.91～13.71m，平均10.52m，煤层厚度变化大，如采用分层综采，造成较厚煤层段丢煤严重，回采率低。 （5）过断层难度大 从地质资料来看，西一矿井田内断裂比较发育，通过地震工作共解释断层102条，采用分层开采时，对因断层影响造成煤层厚度变化适应性较差。 因此，3-3号煤层不宜采用分层综采。 2.2.2 大采高综采的适宜性 目前国内大采高综采最大采高为6.5m，大部分采高小于5.5m。3-3号煤层首采区厚度7.91～13.71m，平均10.52m，如果按平均厚度来看，至少得分2层。地质报告煤层硬度测试结果为最大抗压强度20.1MPa，最小2.9Mpa，平均8.77MPa；在斜井所见煤层中现场取样所做测试结果为自然抗压强度为3.61-9.23MPa，平均6.87MPa。从煤层硬度来看，3-3号煤层采用大采高综采时，采高不宜超过5.0m，这样需分层回采，更增加了采用大采高综采的难度。因此，对于3-3号煤层而言，采用大采高综采和分层综采没有本质上的区别，分层综采的缺点同样存在于大采高综采，此外，还存在以下缺点。 （1）煤壁片帮冒顶严重 3-3号煤层属软煤～中硬煤，若采用大采高综采存在片帮和冒顶问题，从FLAC3D数值模拟分析来看，如图2.2所示，3-3号煤层割煤高度达到5.0m时煤壁大部分发生拉伸破坏，位移量达到近600mm，煤壁破坏更严重。 （a） 围岩破坏图 （b） 水平位移图 图2.2 割煤高度为5.0m时围岩破坏与水平位移图 （2）丢煤严重 若采用采高大于5.0m，井田煤层厚度在2.83.5m的区域有2.13km2的煤炭资源浪费，或采用分层大采高（采高5.0m），有4.43km2的煤层下分层无法开采。 2.2.3 综放开采工艺的适宜性 放顶煤开采是一种高产、高效、安全、低耗、经济效益好的采煤方法，已成为中国厚煤层开采的主要采煤方法，已遍及中国厚煤层矿区，成为厚煤层（尤其是煤层厚度大于6m）矿区实现高效集约化生产的重要途径。3-3号煤层自然厚度0～14.75m，平均7.68m；利用厚度0.45～13.75m，平均7.60m。该煤层厚度大于8m以上的巨厚见煤点占绝对优势，可占总频数的52；3.50～8.00m的厚煤层占总频数的18，故本煤层为全区大部可采的较稳定厚及特厚煤层。满足放顶煤开采对煤层厚度的要求。由于放顶煤开采一次开采厚度大，与普通分层开采和大采高综采相比，放顶煤开采具有以下技术优势 （1）、适应性强 3-3号煤层厚度变化范围为0.45～13.75m，首采区厚度变化范围为7.91～13.71m。对于煤层厚度变化较大的厚及特厚煤层，综放开采由于沿煤层底板割煤，支架上方煤体通过放煤口回收，工作面推进受煤层厚度变化影响小，如图2.3所示。西一矿存在较多的断层，综放开采过断层比综采容易，如图2.4所示。 图2.3 综放开采对煤层厚度变化适应性示意图 图2.4 综放开采对断层适应性示意图 （2）、降低吨煤生产成本，提高工作面生产效率。 由于综放开采降低了巷道掘进量，减少了采煤机割煤量，材料及电力消耗减少，吨煤生产成本降低，生产效率提高，实现高效集约化生产。 （3）、有利于防止自燃发火。 西一矿3-3煤层为易自燃煤层，与分层开采时下分层煤层自燃防治相比，综放开采一次采全高，采空区可及时封闭且不再进入，有利于煤层自然发火的防治。 （4）、有利于顶板管理 由于分层开采过程中，中、下分层顶板是人工假顶（一般在上分层开采时铺设铁丝网），受人工假顶质量的影响，工作面顶板控制问题增多。而综放开采“直接顶”为完整顶煤，顶板管理相对简单。 （5）、有利于设备的维护与保养，延长设备使用寿命。 放顶煤开采工作面，由于煤炭产量的大部分由垮落顶煤构成，支架、采煤机和前部刮板输送机等设备与相同产量的普通综采工作面设备相比，使用时间短，过煤量少，设备使用寿命延长。 综合以上分析，从3-3煤层来看，比较适合采用综放开采，满足安全、高效地进行煤炭回采的需要。在3-3煤层条件下，应用综放开采技术具有较大的优势具有产量高，掘进率低，材料及能源消耗低，工作面搬家少，辅助环节人员少，效率高，成本低的优点。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。 2.3本章小结 本章根据3-3煤层的煤层厚度和开采条件等多方面分析入手，从煤层综合实际情况出发，对厚煤层开采的开采方法可行性进行深入的研究，并对各开采方法的优缺点及实用性进行详尽的分析。结合满足煤矿回采工作高效安全生产的需要，最终确定3-3煤层的实际情况，比较适合采用综放开采。 12
展开阅读全文
