王坪煤矿大倾角复杂条件综放开采技术研究.pdf

分类号分类号 单位代码单位代码10110 学学 号号 中中 北北 大大 学学 工工 程程 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 王坪煤矿大倾角复杂条件王坪煤矿大倾角复杂条件 综放开采技术研究综放开采技术研究 研研 究究 生生 ___王志杰王志杰________ 指导教师指导教师 _谭迎新谭迎新________ 工程领域工程领域 ____安全工程安全工程_____ 2010 年年 5 月月 16 日日 王王 坪坪 煤煤 矿矿 大大 倾倾 角角 复复 杂杂 条条 件件 综综 放放 开开 采采 技技 术术 研研 究究 王王 志志 杰杰 中中 北北 大大 学学 图书分类号图书分类号 TS213 密级密级 非密 UDC _______________________________________________________________ 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 王坪煤矿大倾角复杂条件王坪煤矿大倾角复杂条件 综放开采技术研究综放开采技术研究 王志杰王志杰 指导教师（姓名、职称）指导教师（姓名、职称） 谭迎新谭迎新 教授教授 申请学位级别申请学位级别 工程硕士工程硕士 专业名称专业名称 安全工程安全工程 论文提交日期论文提交日期 2010 年年 5 月月 16 日日 论文答辩日期论文答辩日期 2010 年年 5 月月 30 日日 学位授予日期学位授予日期________年年______月月______日日 论文评阅人论文评阅人 曹雄曹雄 教授教授 王晶禹王晶禹 教授教授 郑成阳郑成阳 高工高工 答辩委员会主席答辩委员会主席 薛永强薛永强 2010 年年 5 月月 30 日日 原 创 性 声 明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。承担。 论文作者签名论文作者签名 日期日期 关于学位论文使用权的说明关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括 ①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可 以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学 位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位 论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密 后遵守此规定） 。后遵守此规定） 。 签签 名名 日期日期 导师签名导师签名 日期日期 中北大学学位论文 王坪煤矿大倾角复杂条件王坪煤矿大倾角复杂条件 综放开采技术研究综放开采技术研究 摘摘 要要 我国是个煤炭开采大国，厚煤层开采煤量占总产量的 40％～50％。王坪井 田内所采 5 煤层平均厚度 6m， 地质条件复杂， 地质构造较多， 煤层最大倾角 28， 严重影响了工作面正常生产推进。针对上述开采过程中遇到的技术难题，本文应 用理论分析、数值模拟和现场实验等方法，对大倾角复杂条件下的工作面顺槽、 切眼支护技术，综采放顶煤开采技术和工作面过岩墙技术等进行了系统研究，提 出了复杂条件下大倾角厚煤层伪倾综放开采技术方案，并进行工业性实验。结果 表明该方案能够保证工作面正常安全生产，并取得良好的经济效益和社会效益。 关键词关键词大倾角；复杂条件；综放开采；伪倾斜；数值模拟 中北大学学位论文 Research on the full- mechanized caving technique under complex large dip angle conditions of WangPing coal mine Abstract China is a large coal mining country, thick coal seam mining production accounts for 40 to 50 of total output. The 5 seam thickness of WangPing mine field is 6m, complex geological conditions and lots of geological structure, the largest coal seam dip angle is 28 , which has seriously affected the normal production and face advance. Aim at the technical difficulties encountered in the exploitation process, this paper uses theoretical analysis, numerical simulation and field experiments and other s, under the conditions of complex large dip angle of the working face, crossheading and cut- hole support technology, full- mechanized caving technique and over dike technology are systematic studied, full- mechanized thick caving technique solution under complex large dip angle conditions is proposed, and industrial experiments are made. The results show that the program can ensure safe production of working face, and achieved good economic and social benefits. Keywords Great inclination angle；complicated conditions；mechanized top coal caving；false- inclined； numerical simulation 中北大学学位论文 I 目目 录录 1 绪论 1.1 问题的提出................................................ 1 1.2 综采放顶煤研究现状........................................ 2 1.2.1 综放开采技术研究现状................................. 2 1.2.2 综放采场矿山压力理论研究现状......................... 4 1.3 课题研究目的及内容........................................ 5 1.3.1 研究目的 ............................................ 5 1.3.2 研究内容 ............................................ 5 1.4 井田概况 ................................................. 6 1.4.1 地层 ................................................ 7 1.4.2 地质构造 ............................................ 8 1.4.3 水文条件 ............................................ 9 1.4.4 煤层与煤质 .......................................... 9 2 综放工作面顺槽、开切眼支护及初采技术研究 2.1 巷道支护理论.............................................. 11 2.1.1 锚杆支护理论 ....................................... 11 2.1.2 锚索支护原理 ....................................... 14 2.1.3 锚杆锚索联合支护作用分析.......................... 15 2.1.4 其它支护构件作用 ................................... 18 2.2 支护参数设计方法及现场工作面顺槽、开切眼支护方式 ........... 18 2.2.1 支护参数设计方法 ................................... 18 2.2.2 工作面顺槽及开切眼支护技术........................... 19 2.3 切眼支护数值模拟 .......................................... 23 2.3.1 FLAC 基本原理与简介 .................................. 23 2.3.2 数值计算模型建立 .................................... 24 2.3.3 边界条件和载荷条件确定............................... 25 2.2.4 模拟结果分析 ........................................ 26 中北大学学位论文 II 2.4 工作面初采技术........................................... 27 2.4.1 设备稳装............................................. 27 2.4.2 工作面初采技术....................................... 28 3 工作面伪斜开采技术研究 3.1 概况 .................................................... 31 3.2 工作面设备稳定性分析..................................... 31 3.3 工作面伪斜开采技术....................................... 32 3.3.1 工作面伪斜值确定方法................................ 32 3.3.2 工作面伪斜回采方法参数确定.......................... 34 3.3.3 伪斜回采应注意的问题................................ 35 3.3.4 伪斜开采及实施效果.................................. 35 4 工作面过岩墙技术研究......................................37 4.1 工作面采用预掘岩巷过岩墙数值模拟 ......................... 37 4.1.1 FLAC 3D软件简介 ...................................... 37 4.1.2 模型建立 ........................................... 38 4.1.3 模型参数及边界条件.................................. 39 4.1.4 数值模拟结果分析 ................................... 40 4.2 工作面过岩墙预掘岩巷时的掘进支护技术研究.................. 45 4.3 工作面预掘岩巷过岩墙技术效果分析 ......................... 48 5 结论与展望 5.1 结论 ..................................................... 49 5.2 展望 ..................................................... 49 参考文献 致 谢 攻读工程硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 中北大学硕士学位论文 1 1 绪绪 论论 1.1 问题的提出 我国是煤炭开采大国，且厚煤层开采煤量占总产量的 40％～50％， 厚煤层的开采技 术对我国煤炭行业的生产和经济状况有举足轻重的影响。目前，在我国厚煤层开采中主 要形成了分层、放顶煤、大采高开采方法。在 20 世纪 80 年代中期以前，我国的厚煤层 开采是以分层开采为主，当时厚煤层主要的开采技术、开采装备、开采理论都是针对分 层开采而言的，长壁分层开采的综合技术在世界处于先进水平。随着煤炭开采技术的不 断发展，综采放顶煤和大采高开采技术得到了快速发展和广泛应用，大采高开采方法早 期由于支架、采煤机等技术与制造业的制约，以及大采高工作面投资大、成本高，使得 该方法的推广遇到一定的困难。随着大采高相关技术的解决以及相关设备的国产化进程 加快、煤矿企业经济效益好转，大采高一次采全高方法得到了广泛的应用。在 20 世纪 80 年代后期，综采放顶煤开采技术得到了迅速发展。在其发展过程中，相应的理论与技 术问题也得到了有效发展，我国的综合机械化放顶煤开采技术在世界处于领先水平。近 年来，综采放顶煤开采技术也开始应用于复杂赋存条件煤层中，如大倾角煤层、较薄厚 煤层、地质构造较多的煤层中，研究复杂条件下厚煤层综放开采，对煤矿生产的高产高 效高资源回收率有着十分重要的意义。 王坪井田内所采 5 煤层地质条件复杂， 地质构造较多。5煤层东Ⅰ盘区 5802 工作面 采用综采放顶煤开采方式，其煤层平均厚度 6m，上部 3.2m 顶煤疏松（其抗压强度为 2.43MPa，抗拉强度 0.37MPa） ，沿煤层底板掘进时顶煤难以控制，容易发生冒顶事故， 对工作面顺槽、切眼掘进与支护、工作面初采造成较大影响。煤层沿工作面走向最大倾 角 15、倾向方向最大倾角 28的地质条件造成工作面刮板运输机、液压支架等设备 在重力分力的作用下下滑严重，工作面无法正常推进。距工作面切眼 240 m 处赋存的火 成岩以岩墙形式侵入， 岩墙厚度 3～4 m， 全部贯穿于整个工作面， 工作面设备无法通过， 影响着工作面的正常安全推进。受地质条件的限制，不能采用大采高综采开采技术，必 须用综放开采。因此，针对上述现场开采过程中遇到的技术难题，本文应用理论分析和 现场实践相结合方式进行研究攻关。 中北大学硕士学位论文 2 1.2 综采放顶煤研究现状 1.2.1 综放开采技术研究现状 厚煤层综放开采中， 在理论研究、 开采技术和装备等方面均取得了大量的技术成果。 现简述如下 [1-6] （1）顶煤冒放性的定量评价方法 顶煤能否顺利冒落并有效放出，是决定放顶煤开采能否成功的关键，也直接影响到 工作面的煤炭回收率。 提出了多种冒放性评价方法， 例如 将影响因素量化后进行回归； 用回归公式计算冒放性；用模糊聚类法计算冒放性；用距工作面煤壁不同距离处顶煤位 移量达到 100 mm 处的位置远近作为冒放性判别指标。现场使用较多且直观方便的方法 是“七因素加权模糊聚类法” 。 （2）综放工作面的岩层结构 普遍认为，综放开采技术一次采出的煤层厚度成倍增加，由此引起上覆岩层活动特 点的变化，综放工作面的岩层结构及矿压显现既不同于倾斜分层开采，也不同于大采高 整层开采。前人的研究大都认定，直接顶的厚度受到放出率的控制。直接顶上方存在一 个传递力的结构。这种一般结构模型可用图 1-1 表示。当直接顶较薄，其上有厚层坚硬 岩层时，直接顶内不再存在小结构，这种结构称之为梁式结构，如图 1-2 所示。 图 1-1 一般结构模型 图 1-2 梁式结构模型 （3）综放采场支架与围岩关系 综放采场矿山压力显现的特征在许多方面与传统的支架与围岩关系不相吻合。有关 学者根据前述的两种结构提出了不同围岩结构下的支架与围岩关系 中北大学硕士学位论文 3 ① 一般结构下的支架与围岩关系。此结构下的载荷由三部分组成顶煤重量、部 分或全部直接顶作用力和老顶间的接触应力。 ② 梁式结构下的支架与围岩关系。顶煤和直接顶以定载荷的方式作用在支架上， 支架同时还要承受老顶断裂时的冲击载荷。 （4）综放工作面矿压显现特征的研究 一般认为，综放与综采同样有初次来压和周期来压，但来压机制不同。二者有如下 异同点 ①同样条件下，分层综采比综放开采初次来压步距小，但来压强度大； ②同样条件下，综放开采周期来压步距小，来压强度无明显差别； ③同样条件下，综放开采与分层开采顶板来压时，煤壁和工作面支架的“反应”时 间不同。 （5）综放工作面支架受力特征 ① 综放开采工作面支架的合力点靠前，经常出现前柱的阻力比后柱的阻力高的现 象； ② 支架初撑力和额定工作阻力的比例与顶煤强度高低有关，且是决定顶煤塑性区 宽度的重要因素； ③ 顶煤的存在，对支架的工作方式产生很大影响，支架除一般的“给定载荷”和 “给定变形”工作方式外，还可以工作于“限定载荷”方式下，此方式在支架后部处于 破碎塑性状态的顶煤残余强度低于支架额定支护强度时出现。 ④工作面支架所受动载的显现普遍不强烈，动载系数一般低于采用分层开采的顶分 层，坚硬顶板的动载系数则有明显降低，表明上位顶板岩粱的运动对支架影响明显地缓 和。 （6）提高回收率的技术措施 围绕提高煤炭回收率，展开了矿压、设备、回采工艺等一系列的研究，目前取得了 回收率高于 80％的技术成果。 （7）新型系列综放支架及配套设备 我国综放支架的研制居于世界领先水平，目前已拥有适合不同倾角、不同厚度煤层 和不同顶底板条件的系列产品以及配套设备，而且成功地设计制造了过渡支架和端头支 中北大学硕士学位论文 4 架两个特殊品种，使综放开采技术具有了更好地适应性。 1.2.2 综放采场矿山压力理论研究现状 随着综放开采技术的发展、推广和应用，国内外学者对综放采场的岩层活动及矿山 压力显现特点进行了研究，取得了一些较为一致的认识 [7-9]。普遍认为，综放开采是仍然 存在周期性的压力变化，支架载荷和矿压显现不大于分层开采，而在某些条件下又表现 出较为明显的矿山压力显现。由于综采放顶煤工艺的显著特点是一次采出煤层厚度成倍 增加，由此引起上覆岩层运动及结构特点的变化，这就要求人们在新的开采条件下，探 讨上覆岩层的活动规律和结构特点。西安矿业学院邓广哲1994通过放顶煤现场实测和 立体相似模拟分析，探讨了放顶煤采场上覆岩层运动的拱结构特征及其矿压和控制规 律，借鉴拱壳结构力学分析方法，对放顶煤采场上覆岩层形成拱结构从宏观上作了初步 分析。煤炭科学研究总院北京开采所闰少宏、贾光胜1996基于放顶煤开采上覆岩块运 动特点引入了有限变形力学理论，提出了上位岩层结构面稳定性的定量判别式，并根据 结构面极限挤压角的概念及挤压角与层面弯矩的关系分析了放顶煤开采上覆岩层平衡 结构向高位转移的原因。兖州矿业集团赵经彻、陶廷云1997应用内外应力场理论对分 层开采、网下综放、全厚综放三种不同开采条件下的冒落岩层厚度、导水裂隙高度、地 表沉陷特征以及支承压力大小及分布特点进行了分析和探讨，建立了相应的计算模型。 张顶立1998提出了“砌体梁”与“半拱”式结构结合而构成的综放工作面覆岩结构的 基本形式，指出覆岩结构的特殊性及顶煤的松软破碎是造成综放顶煤工作面矿压显现复 杂化的主要原因。太原理工大学贾喜荣1998基于“弹性板与铰接板结构”力学模型把 中厚煤层开采中采场矿压计算的分析方法推广到放顶煤工作面顶板来压计算中，提出了 完全承载层、过度层和非承载层的基本判据。山东矿业学院矿压所杨淑华 1999在现 场观测和动力学分析的的基础上，研究了综放采场支架载荷有时比分层开采大而有时小 的力学机理，给出了综放采场的两种典型顶板结构以及它们的静力和动力学特征。中国 矿业大学陆明心、郝海金、吴健2002认为综放工作面上覆岩层存在比分层开采层位更 高的平衡结构，以大变形梁的形式存在，结构的活动是一逐渐变化的过程，在这一过程 中，平衡结构与其下的顶板和硕煤相互作用。姜福兴1994认为放顶煤采场的顶板结构 由顶煤、直接顶和老顶组成。根据文献，放顶煤采场的需控岩层，主要指直接顶和顶煤， 由于顶煤的存在，老顶的运动效应将被“弱化” ，变为次要的控制对象。 “不能永久地向 中北大学硕士学位论文 5 煤壁前方和采空区矸石传递力”是直接顶的一个特征，在放顶煤采场，由于顶煤从垮落 到放完是一个动态过程。在此过程中直接顶的厚度是变化的，也既老顶的厚度和位态是 变化的，其变化主要由顶煤的放出率控制。尽管老顶在顶板控制中不是主要对象，但老 顶的周期运动在支架上产生周期性的压力。在直接顶上方存在一个传递力的结构。放顶 煤采场老顶的结构有三种，分别为“煤．煤结构” 、 “岩．矸结构” 、 “岩梁结构” 。由于 “煤．煤结构” 、 “岩一矸结构”为块度小的顶煤或矸石组成的拱式平衡结构，其失稳为 变形失稳，对采场支架构成的威胁小，而岩梁结构出现在煤层上存在大厚度坚硬岩层且 直接顶厚度较小、顶煤较薄时，直接顶内不再存在小结构，直接顶的作用力必须有支架 全部承担，采空区充填不满，坚硬老顶底运动将对采场支架产生较大的作用。 此外，其他许多学者也在采场矿山压力理论及覆岩运动规律方面作了许多卓有成效 的工作，对于矿山压力与岩层控制理论的发展和完善起了巨大作用。近年来，有些学者 将非线性科学的一些基本原理应用到采场矿压与预测领域，对矿压现象的预测和可预测 评价问题进行了有益的探索。 1.3 课题研究目的及内容 1.3.1 研究目的 通过本课题的研究，最终达到以下目的 （1）解决东Ⅰ5802 工作面顺槽、切眼掘进与支护技术、工作面初采技术难题； （2）从开采工艺方面解决东Ⅰ5802 工作面工作面设备防倒防滑技术难题； （3）解决东Ⅰ5802 工作面过火成岩墙技术难题； （4）全面掌握东Ⅰ5802 工作面的围岩活动规律； （5）制定和完善东Ⅰ5802 工作面生产过程中的安全保障措施。 最终实现工作面正常安全生产，形成一套类似此条件下的综放工作面开采工艺技 术。 1.3.2 研究内容 本课题针对王坪矿东Ⅰ盘区 5802 综放工作面，利用理论分析、现场观测、实验室 测试、数值计算、现场实施等手段和方法，研究开采过程中遇到的工作面顺槽、开切眼 支护及初采技术难题，通过岩墙，工作面设备防倒防滑以及综放工作面矿压显现规律等 实际生产问题，为实现综放安全高效开采提供理论支撑和技术保障。主要研究内容包括 中北大学硕士学位论文 6 以下几个方面 （1）进行东Ⅰ8502 综放工作面顺槽、开切眼支护的数值模拟和设计，确定工作面 初采工艺技术； （2） 研究东Ⅰ8502 综放工作面伪斜开采技术， 解决工作面设备上窜下移技术难题； （3）进行东Ⅰ8502 综放工作面过岩墙数值模拟及技术研究； （4）东Ⅰ8502 综放工作面矿压显现规律研究及数值模拟； （5）东Ⅰ8502 综放工作面安全技术保障措研究。 1.4 井田概况 王坪煤矿隶属大同煤矿集团有限责任公司，地处山西省朔州市怀仁县小峪镇和吴家 窑镇之间，大同煤田东南边缘。 矿区电气化铁路直接与北同蒲线宋家庄站接轨，矿区公路距大运公路 4 公里，与怀 仁县城和大运高速公路相距 20 公里，交通条件十分方便。见图 1-3。 井田位于高原地带的山岳地区，井田内地形复杂，沟谷切割剧烈，地势高峻。区内 的最高峰红山峪大荒山，海拔 1544 m。矿区工业场地在井田东南大山外侧平原，地面标 高 1163 m。 井田北以纬线 4407500 与小峪煤矿为界；东北以小峪沟河床煤柱为界；西部上组煤 以 F16 号断层及经线 531700 与小煤窑及小煤窑采空区边界线为界；西部下组煤以大峪 河床煤柱为界；南部及东南部以煤层露头，小煤窑采空区边界安全煤柱为界。井田原设 计走向长 4.5 km，倾斜长 2.5 km， 面积 11.25 km 2，现井田面积 8.9043 km2。 中北大学硕士学位论文 7 1.4.1 地层 王坪煤矿井田属大同煤田小峪堪探区， 位于大同煤田主体向斜东南边缘， 地层平缓， 北东走向，南西倾伏，倾角为 0～12，地质构造较为复杂。井田内地层平缓，北东 走向，南西倾伏，有小峪向斜王坪向斜，井田内岩脉发育，主要是辉绿岩岩脉和煌斑岩 岩脉，现已揭露三条煌斑岩脉，一条辉绿岩脉，回采时不同程度受到影响。另外原地质 报告提供断层 5 条，通过生产已揭露落差 2m 以上断层 190 条，最大落差 28 m，揭露陷 落柱 5 处，矿井构造属简单---中等型Ⅲ类。 本区出露地层由老至新有 （1）上太古界五台群的花岗片麻岩。 （2）寒武系的粉砂岩、泥灰岩、白云岩、鲕状灰岩等，厚 540 余米。 （3）奥陶系石灰岩，厚 240 余米。 （4）石炭系由铝土泥岩、铝土岩、泥岩、砂质泥岩、砂砾岩、煤层组成。石炭系 煤层为本区主要开采对象，自下而上有 10 、9、8、5、51、41、3、2八层。该系地层 厚度一般为 108m。 东 沟 矿 井 小峪煤矿 小峪村 王坪 煤矿 路 路 宋家庄火车站 铁 蒲 怀仁 公 同 太 口泉 新平旺 同 北 平旺 大同市 1500000 王 坪 矿 区 位 置 图 北 图 1-3 矿区交通位置图 中北大学硕士学位论文 8 （5）二迭系，由砂岩、砂砾岩、砂质泥岩、粉砂岩、煤层组成。山4 层为主要可采 层，山1 、山 2 、山 3 为不稳的薄煤层。该系地层厚度一般 360 余米。 （6）白垩系，主要为砾岩，区内零星分布，厚度仅 0.8 m。 （7）第四系，为风积层。由黄色亚砂土、亚粘土、砾石、砂组成，一般 7 m 厚。 1.4.2 地质构造 王坪井田位于大同煤田的东南部边缘，在中侏罗晚期，本井田和大同煤田一样，发 生了巨大的构造运动，即燕山运动，致使煤田的东南边缘地层发生褶皱、直立，甚至倒 转，后又受喜山运动的作用，把原来的逆断层变成了现在的正断层，即山前大断裂。王 坪井田就位于该大断裂附近，在形成该断裂过程中井田内伴生出一系列正断层，断层大 致分两组即 X 型一组北东向，一组北西向。本井田不仅断裂构造发育，其他构造也相 当发育，地质构造现象应有尽有，在其他井田很少有的现象在本井田都能遇到。现就本 井田的地质现象以及影响矿井采掘的因素总结如下 （1）断层 王坪井田从勘探到建井、投产，到现在共发现大小断层共 172 条，其中落差在 2 m 以下的有 88 条，东采区 63 条，西采区 25 条；2～5 m 的有 41 条，东采区 27 条，西采 区 14 条；5～10 m 的有 30 条，东采区 14 条，西采区 16 条；10 m 以上的有 13 条，东 采区 9 条，西采区 4 条。其中 26 m 的 1 条，33 m 的 1 条，47 m 的 1 条。这些大大小小 的断层对煤层破坏相当严重，严重影响了矿井的采掘布置，制约了矿井的安全生产。 （2）岩墙 岩浆侵入对矿井回采影响很大，本井田有 5 条岩墙，即辉绿岩墙和煌斑岩墙，其中 辉绿岩墙特别坚硬，在东 I 采区 3 煤层顺层侵入呈串珠状，有的呈岩床侵入，如当时开 掘的东 I05、06 巷道，就因岩床而弃掘。东 I3803 工作面因串珠状岩珠侵入对煤层破坏 严重不能开掘，浪费 60～70 万吨储量。现在正在回采的综一放顶煤工作面由于辉绿岩 墙顺层侵入导致工作面煤层疏松， 引起现在的漏顶， 因放炮打石头对支架破坏相当严重。 （3）褶皱 褶皱构造也很发育，小峪向斜的向斜轴走向北东，纵贯整个井田，致使向斜轴部附 近的煤无法开采。煤层倾角大，水量多，该区域断层发育。西采区的大部分煤层位于该 向斜内，井田内还有王坪小向斜。该向斜位于东 II 采区地段，对煤层破坏也很大，煤 中北大学硕士学位论文 9 层倾角大致在 10～25，其中下组煤机掘的 5804 工作面就无法开采，这当然也有煤层 中的 5 1与 5的夹层厚有关，约 1 m 左右，再受褶皱影响很难开采。 （4）陷落柱 王坪井田从开采到现在共发现陷落柱 5 个，其中西采区 1 个，东 I 采区 2 个，东 II 采区 2 个，规模不大，直径大约从 10～50 m，但对煤层从上到下都有破坏。 （5）冲刷 冲刷是沉积时期顶板大水对直接顶、伪顶、煤层进行的破坏，这在矿井表现尤为突 出，如山 4 煤层，井田东部有大约 0.4 km2被冲刷，造成无煤区，西部也有冲刷，面积 不大，但在 5 1煤层中，冲刷就是破坏煤层的一大要素，整个井田 51煤层全部被冲刷， 表现为煤层变薄，而且对顶板有破坏，为开采带来严重困难。 （6）奥灰岩溶水 王坪井田奥灰岩溶洞分布不均，所以岩溶水也分布不均，开采下组煤，尤其是 8 煤 层，奥灰岩溶水水压都高于大部分煤层，也是矿井面临的一大安全隐患。在回采时，应 在遇到构造时，必须先探后掘。 （7）小窑古空区 周边小窑古空区也是对王坪井田开采矿界附近煤层的一大隐患。周边小窑超层越 界，尤其是越界，这些小窑绝大部分都处在王坪井田的较高位置，他们的采空区大都有 采空积水，这也给矿井安全生产造成了严重隐患。 （8）底鼓 底鼓这也许是王坪井田特有的地质构造，由于岩浆的侵入，地壳运动的作用，使原 来沉积好的煤层底板突然局部鼓起，在掘进时两顺槽没有，可在回采过程中突然底板鼓 起，给综采工作面采煤造成困难。起底、打石头，这也是影响矿井生产的又一构造因素。 1.4.3 水文条件 井田煤系地层含水性弱，水文地质条件简单，矿井正常涌水量 250 m 3/h，平峒穿过 奥灰岩时， 最大涌水量为 700 m 3/h，生产过程中最大涌水量达 450 m3/h，平峒双水沟 自流出地面，井田内水大部分为断层裂隙水，对生产无大的影响。 1.4.4 煤层与煤质 井田内含煤地层为二迭系下统山西组和石炭系上统太原组， 主要可采煤层 6 层， 中北大学硕士学位论文 10 平均总厚度为 18.77m，自上而下分别为山4 、2、3、51、5、8，煤层构造较为杂，一 般均有夹石，硬度较大。本区各可采煤层宏观煤岩类型均以半暗淡半光亮型为主，个 别为暗淡型及光亮型，内生裂隙发育。可采煤层特征见表 1-1。 山4 煤层，基本稳定可采，煤层结构杂，一般由 2～4 个煤分层组成。煤厚平均为 2.8m，顶板为砂质泥岩，粗砂岩、底板为高岭质泥岩，砂泥岩，为较稳定～稳定煤层。 2 煤层，基本稳定可采，煤层结构复杂，一般为 2～4 个煤分层，并均厚为 2.65 m，与 山4 煤层距为 6～9 m，为较稳定～稳定煤层。3煤层，位于 2煤层之下 0.2～7.9 m，平 均厚 2.77 m，煤层厚 1.8～4.2 m，平均厚 3.2 m，结构复杂，该煤层上部有一层褐砂石， 为结晶后高岭岩，厚约 0.3 m。该煤层为稳定～较稳定型。5 1煤层位于 5煤层之上，平 均间距 3.55 m，煤层平均厚为 2.5 m，结构复杂。一般由 2～4 个煤分层组成，直接顶、 老顶为粗砂岩、砾岩，为较稳定型煤层。5 煤层位于 51煤层之下，平均间距 3.55 m，煤 层平均厚约 3.55 m，结构复杂，由 1～9 个煤分层组成，伪顶一般为岩质泥岩或砂质泥 岩，直接顶、老顶一般为粉砂岩、细砂岩，属较稳定～稳定煤层。8 煤层位于 5煤层之 下 25～35 m，煤层平均厚 6.05 m，由 1～3 个煤分层组成，伪顶一般为炭质泥岩或砂质 泥岩，直接顶为粉砂岩，局部夹泥岩，层位稳定，结构简单，属稳定型煤层。 本区煤层均属气煤 1－2 号，原煤灰分较高，达 24.17～30.00。挥发份一般在 37.01～38.98。磷含量一般在 0.001～0.12。全硫含量山4 、2、3、5、5煤层一般 在 0.55 左右，并以有机硫为主，各煤层均为良好的动力煤，配焦煤和炼油煤。 表 1-1 可采煤层特征表 厚度（m） 间距（m） 结构 顶底板岩性 煤 层 最大 最小 平均 最 大 最 小 平 均 夹石层 数 顶板 底板 稳定性 倾角 （度） 容重 t/m 3 山4 3.67 1.07 2.5 复杂 1-9 砂泥岩 粗砂岩 高岭岩 砂泥岩 较稳定 稳定 6-28 1.4 2 3.22 1.15 2.2 复杂 2-14 高岭岩 炭泥岩 高岭岩 炭泥岩 * * 1.45 3 4.7 2.48 3.62 复杂 1-16 高岭岩 砂泥岩 高岭岩 砂泥岩 * * 1.4 5 1 2.54 1.3 2.00 1-3 个 分层 砂泥岩 粗砂岩 粉砂岩 砂泥岩 * * 1.35 5 4.69 1.01 2.45 复杂 2-14 砂泥岩 粗砂岩 粉砂岩 砂泥岩 * * 1.45 8 11.4 3.82 6.00 140 14 58 12 53 62 6 44 6 26 10 7 48 8 31 1-3 个 分层 粉砂岩 砂泥岩 砂泥岩 高岭岩 稳定 * 1.45 中北大学硕士学位论文 11 2 综放工作面顺槽、开切眼支护及初采技术研究综放工作面顺槽、开切眼支护及初采技术研究 5 煤层东Ⅰ盘区 5802 工作面采用综采放顶煤开采方式，其煤层平均厚度 6m，上部 3.2m 顶煤疏松（其抗压强度为 2.43MPa，抗拉强度 0.37MPa，坚固性系数为 2） ，沿煤层 底板掘进时顶煤难以控