母杜柴登矿井及选煤厂可行性研究报告 第四章 井田开拓与开采
以粉砂岩、砂质泥岩为主，底板岩性多为砂质泥岩，局部为粉砂岩。
3-1煤层可采厚度2.85～6.73m，平均4.75m。煤层结构简单，一般不含夹矸或局部含1层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，全区可采的稳定煤层。煤层顶板岩性以粉砂岩及砂质泥岩为主，底板岩性多为粉砂岩、砂质泥岩。
4-1煤层可采厚度3.25～4.41m，平均3.75m。煤层结构简单，一般不含夹矸，个别点含1层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，全区可采的稳定煤层。顶板岩性以粉砂岩为主，其次为砂质泥岩，局部为细粒砂岩；底板岩性多为砂质泥岩及粉砂岩。
4-2中煤层可采厚度0.85～2.02m，平均1.36m。煤层结构简单，一般含1层夹矸，局部不含夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大,大部可采的稳定煤层。煤层顶板岩性以粉砂岩、砂质泥岩为主，底板岩性多为粉砂岩、砂质泥岩。
5-1煤层可采厚度0.80～2.21m，平均1.41m。煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1～2层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，大部可采的较稳定煤层。顶板岩性多为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩，底板岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主。
5-2煤层可采厚度0.89～2.63m，平均1.72m。煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，大部可采的稳定煤层。顶板岩性主要以砂质泥岩、粉砂岩为主，底板岩性多为砂质泥岩、粉砂岩、泥岩。
6-2上煤层煤层可采厚度0.80～2.48m，平均1.31m。煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1～2层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，大部可采的较稳定煤层。顶板岩性主要以粉砂岩、砂质泥岩为主，底板岩性多为砂质泥岩，局部为粉砂岩。
6-2上中煤层可采厚度0.80～2.26m，平均1.31m。煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，大部可采的稳定煤层。顶板岩性多为粉砂岩、砂质泥岩，底板岩性多为砂质泥岩。
2. 井田地层及构造
井田构造形态为一向北西倾斜的单斜构造，地层倾角小于2°。区内断层不发育，亦无岩浆岩侵入体，故井田地质构造简单。
3. 水文特征
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本井田首采区域内水文地质勘探类型为第一～二类第一型，即以孔隙～裂隙充水的水文地质条件简单的矿床。
4．煤的物理性质
井田内煤呈黑色，条痕为褐黑色，强沥青光泽，阶梯状断口，内生裂隙较发育，常为黄铁矿及方解石薄膜充填，煤层中见黄铁矿结核。条带状结构，层状构造。宏观煤岩组分以亮煤为主，次为暗煤，见丝炭，属半亮型煤。各煤的真密度测试值在1.35～1.65t/m3之间，视密度测试值在1.24～1.36t/m3之间。
5．煤层瓦斯、煤尘及自燃情况
井田内各个煤层瓦斯含量很低，属于低瓦斯矿井。各煤层煤尘具有爆炸倾向，煤层属于易自燃～自燃的煤层。
6．矿井生产能力
初期开采2-2中煤层和3-1煤层，为解决上下煤层压茬关系，设计两层煤搭配开采。矿井设计生产能力为6.0Mt/a。
(二) 采煤方法选择
适宜的采煤方法是建设高产高效现代化矿井的关键，结合井田各个煤层的赋存条件，对矿井主要可采煤层采煤方法论述如下：
1. 2-2中煤
我国采用中厚煤层的滚筒式采煤机综采技术及薄煤层综采技术已经十分成熟，滚筒采煤机综采的优点是对煤层厚度变化、煤层夹矸、地质构造及煤层顶底板条件适应性强，工作面投资小；缺点是工作面单产相对于刨煤机工作面产量小，效率低。刨煤机综采采煤法的缺点是工作面投资高，对地质条件要求高，对断层、煤层夹矸及煤层厚度变化适应性差；优点是刨煤机综采工作面产量大，工作面推进速度快，效率高。
本井田2-2中煤层东翼煤层厚度为1.5～3.0m之间，采用滚筒采煤机综采，能够实现工作面高产高效。西翼煤层厚度小于2.0m，且煤层厚度变化较大，可采区域小，采用刨煤机综采在技术上有一定难度，经济效益较差。设计认为2-2中煤层最佳采煤法为滚筒采煤机综采。
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2. 3-1煤层
大采高综采生产环节少，工作面安全，工作面产量高，在技术经济上体现出明显的优越性和发展潜力，采高5m的工作面产量能够达到6.0Mt/a左右。放顶煤综采已经在厚煤层开采中普遍采用，经济效益良好，适用于顶煤的冒放性好、煤层顶板中等冒落以下的厚～特厚煤层，工作面采高为8m时，产量能达到6.0Mt/a左右。
本井田3-1煤层可采厚度3.38～8.83m，平均厚度为4.84m。大部分区域煤层可采厚度在3.38～5.48m之间，仅在西南部边界附近H104和H105钻孔厚分别为8.83m和6.03m，对全区采煤工艺选择影响较小。本煤层厚度较小，采用综采放顶煤综采工作面产量低，工作面增产潜力小，工作面效率相对较差。采用大采高综采工作面单产高，经济效益好，缺点是煤层较软，采高大，煤壁有片帮可能，需要采用护帮措施。设计认为本煤层宜采用大采高综采。
3. 4-1煤层
4-1煤层结构简单，一般不含夹矸，少数孔含1层夹矸，可采厚度3.25～4.41m，平均3.75m，厚度在井田内变化不大，属于全区发育的稳定厚煤层，基本为北部、西部薄而南部、东部厚。顶板岩性主要为细、粉砂岩及砂质泥岩,底板岩性主要为砂质泥岩。煤层最佳采煤法为大采高综采。
4. 4-2中、5-1、5-2、6-2上和6-2中煤层
5层煤均属于大部可采的薄及中厚煤层，各煤层平均厚度分别为1.36m、1.41m、1.72m、1.31m、1.23m，各煤层赋存范围及特性基本相似，为矿井的非主采煤层，适合普通综采或刨煤机综采采煤法。考虑到矿井后期能力下降，本次设计暂推荐采用滚筒式采煤机综采工艺。
(三) 采煤工艺与机械配备
按照选择的采煤方法，设计初期开采2-2中煤层采用薄～中厚煤层综合机械化工艺，3-1煤层采用大采高综采工艺。
1. 采煤工艺
(1) 综采工作面采煤工艺
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综采工作面主要作业工序为：采煤机由机头斜切进刀→移端头支架和过渡支架→移端头刮板输送机→采煤机反向割机头煤→采煤机反向空驶→采煤机割第一刀煤→移架→推刮板输送机→采煤机由机尾斜切进刀进行下一个循环；工作面顶板管理方式采用全部垮落法管理顶板，工作面回采方式采用后退式。
(2) 掘进巷道工艺
连续采煤机掘进工艺：连续采煤机掘进→梭车运煤→给料破碎机破碎转载→胶带输送机运煤至主煤流系统→锚杆机支护巷道。
掘锚一体机掘进工艺：掘锚一体机掘进及巷道支护→桥式转载机转载→胶带输送机运煤至主煤流系统。
2. 主要采煤设备选型 (1) 工作面设备选型的原则
本矿井为现代化高产高效矿井，工作面生产能力大，生产高度集中。在工作面主要设备选型时，需要选择国内外先进的采掘设备，各设备间相互适应、能力匹配，综采工作面关键设备进口，其余设备国产。
(2) 20101综采工作面设备能力计算及选型
1) 2-2中煤中厚煤层20101综采工作面设备能力计算
按照单个工作面2.0Mt/a，年工作330d，井下工作制度采用“四·六”制，工作面设备应具备以下一些基本性能：
① 采煤机
a. 采煤机割煤速度
按照产量要求，可求得采煤机平均割煤速度： Vc＝n·（L-L1）/[T·K-nt1]×60 式中：
Vc——采煤机平均割煤速度，m／min； n——采煤机日进刀数，取9刀； L——工作面长度m，取300m；
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L1——进刀长度m，取30m；
T——工作面生产班时间h，取18小时； t1——每循环进刀时间h，取30min K——采煤机开机率，取60%。 代入上式得：
Vc＝9×(300－30)/(18×60×60%－9×30)＝6.43m/min 采煤机最大割煤速度：
Vmax=Kc·Vc=1.3×6.43=8.36(m/min) 式中：
Vmax——采煤机最大割煤速度，m/min； Kc——采煤机割煤速度不均匀系数，取1.3。 b. 采煤机装机功率
采煤机装机功率取决于煤层硬度、采高、截深、割煤速度等。设计根据能耗系数法估算采煤机装机功率，用下式估算：
N = 60·B·Hg·Vmax·γ·Hw= 60×0.813×2.0×8.36×1.29×0.7=737(kW) 式中：
N—采煤机装机功率,kW； Hg—采煤机割煤高度，取2.0m； Hw—比能耗值，取0.7kW·h/t。 ② 工作面刮板输送机运输能力
Qm=60·B·Hg·Vc·γ=60×0.813×2.0×6.43×1.29=810(t/h) Qq≥Kc·Kh·Kv·Ky·Qm=1.3×1.1×1.1×1.05×810=1338(t/h) 式中：
Qm——采煤机平均落煤能力,t/h； Qq——输送机运输能力，t/h；
Kh——采煤机割煤高度不均匀系数，取1.1；
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