青菜沟可行性研究报告Word文件下载.docx

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103

-0.96

12.31

水害

21

10.53

4.03

65

-23.53

7.77

其它

25

13.64

4.80

26

30

3.11

贵州省瓮安县煤炭资源丰富。

随着国家的产业政策、资源保护和环保政策的日益严格以及西部大开发的战略实施，全县现有煤炭供需形式正在转变，省内外煤炭需求量也不断加大，市场较为广阔。

本县煤矿建设发展较快，一批有证矿井实现了改扩建，同时新建矿井也不少。

但是许多煤矿的采煤方法、回采工艺和支护的技术含量低，其采面多采用木柱和金属摩擦支柱为主，巷道、采面顶板事故时有发生。

因此迫切需要进行工作面、采面支护改革，积极创造条件推广煤矿支护新技术，规范顶板安全管理，以杜绝顶板事故的发生。

瓮安县青菜沟煤矿矿井位于瓮安县草塘镇，距瓮安县直线距离9km，业务隶属瓮安县煤炭工业局管辖。

矿区井田面积约km2。

矿井年设计生产能力6万t，设计主采煤层1层（为D煤层）。

煤层倾角15°

—20°

，平均18°

，煤种为肥煤。

煤炭保有储量万t，可采储量52.9万t，服务年限约年。

青菜沟煤矿采用斜井开拓，现矿区+890m标高以上已经由原有的系统回采完毕，矿区下部资源未开采，开采时需进行技术改造。

2004年3月贵州省煤炭管理局设计研究所编制的《贵州省瓮安县青菜沟煤矿技术改造方案设计》提出了采用斜井开拓，布置运输上山和回风上山，在运输上山、回风上山南侧施工D110回采工作面。

青菜沟煤矿现有回采工作面采用木支护，支护方式较为落后，安全状况不好，迫切需要改变回采工作面支护方式。

外注式液压支柱配合铰接顶梁支护具有：

初撑力大，升阻快的特点，一般初撑力为70—100kN以上，而木支柱仅为5—20kN，而且液压支柱达到工作阻力的时间比木支柱快2—5倍；

恒阻承载波动小，工作可靠，单体液压支柱一般为5—10%，木支柱为40—70%，因此，相同地质条件下，液压支柱工作面的顶板下沉量比木支柱工作面减少50—80%，减少了顶板的下沉离层，工作面的端面顶板破碎度减小，有效地控制了顶板；

操作简便，安全可靠的单体液压支柱的支柱和回柱效率比木支柱高二倍（木料基本不回收），回柱可远距离操作，工伤事故成倍减小。

通过认真分析业主提供的地质资料和收集的生产技术信息，认为在青菜沟煤矿回采工作面中采用DZ18-30/100型单体液压支柱，能够取得良好的技术经济效果和安全效益，其概算投资为57.21万元。

第一章项目建设的意义和必要性

第一节项目建设的意义

贵州以“江南煤海”著称，全省煤炭资源远景储量2410亿吨，保有储量为498亿吨，是江南12个省区的总和，居全国第5位，具有储量大、煤种全、埋藏浅、分布聚、组合好的特点，煤层中还蕴藏着丰富的可供开发煤层气。

贵州磷、煤、铝、铁等矿产资源丰富，以电力为依托发展优势原材料产业具有得天独厚的优势。

然而，随着新建火电机组大量投产，贵州煤炭产量的增长并未使省内电煤供应紧张局面得到缓解。

大量电厂要么停机待料，要么把掺杂了大量矸石、粉煤灰甚至泥土等的电煤，也一古脑吞下去。

去年电煤供应最紧张时，全省火力发电停机和减出力机组甚至超过200万千瓦，其中贵州金元集团公司因缺煤全年少发电达47.3亿千瓦时。

据贵州省经贸委提供的消息，今年贵州省电煤需求量约4500万吨。

在全省煤炭产需衔接会上，有关部门对省内电厂发电5500小时（机组设计利用小时数）以内的电煤需求量3597万吨已下达了指导计划。

此外，5500利用小时外的800多万吨发电用煤基本没有落实。

预测贵州省煤炭消费情况见表2—1—1。

表2-1-1贵州省分行业煤炭消费现状及预测表单位：

万t

煤炭消费量

1999年

2010年

2015年

4429.16

8450

9150

原煤

洗煤

焦炭

3812.14

120.56

193.95

1、电力行业

1034.79

5450

6050

2、建材行业

578.60

700

750

3、冶金行业

203.14

27.69

132.53

550

600

4、化工行业

227.11

92.41

55.88

650

5、城乡生活用煤

1040.89

400

300

6、其他

685.61

0.46

5.54

7、损失量

42

与此同时，贵州省地方中小型煤矿仍在大量使用木支护进行工作面支护，严重制约了中小型煤矿的发展，安全状况亦不理想。

我国煤矿自上世纪九十年代开始推广采煤工作面使用液压支柱支护采场。

随着国家的产业政策、资源保护和环保政策的日益严格以及西部大开发的战略实施，全县现有煤炭供需形式正在好转，省内外煤炭需求量也不断加大，市场较为广阔。

但是，煤矿设计生产能力较小，回采工艺和回采工作面支护含量较低，制约了煤矿的发展。

2005年，全省煤矿发生的事故中，顶板事故占55.28%，顶板事故死亡人数仍为最多。

因此迫切需要进行地护改革。

第二节项目建设的必要性

青菜沟煤矿位于瓮安县正西方向，距瓮安县直线距离9km；

属瓮安县草塘镇，隶属瓮安县煤炭工业局管辖。

矿区由个拐点坐标圈定。

拐点

X

Y

1

2

3

4

青菜沟煤矿可采煤种为肥煤，已探明地质储量万t（121+333），保有储量万t，可采储量万t。

设计生产能力为6万t/a，2004年3月由贵州省煤炭管理局设计研究所编制的《贵州省瓮安县青菜沟煤矿技术改造方案设计》，设计生产能力6万t/a。

但矿井支护技术落后，回采工作面基本采用木支柱，安全状况不佳，严重制约矿井的生产能力的提高，迫切需要进行回采工作面支护的改革。

一、支护改革的必要性

1、科学支护的需要

根据回采工作面顶板破坏、运动规律和矿压显现规律，认为采场支架有两种特定的工作状态，即“给定载荷”工作状态和“给定变形”工作状态。

“给定载荷”工作状态（如图1所示），假设开采煤层的直接顶容易跨落、且厚度大，跨落岩石足以充满采空区，并支撑住上覆岩层，此时，上履岩层由煤壁和采空区矸石支撑达到自身平衡，采场支架所受载荷仅仅是脱离了上覆岩层的直接顶重量Q。

Q值取决于直接顶厚度和在控顶区悬伸长度，这是一个定值，称为“给定载荷”。

直接顶厚度按

计算，M为煤层采高，KP为直接顶岩层的碎胀系数。

“给定变形量”（图2所示），直接顶跨落后不能充填满采空区时，老顶破坏后沉陷，压于直接顶之上，对于工作面有直接影响，但老顶的跨落又是有限的，前端在煤壁和支架上方，后端受冒落矸石的限制，并由前方未破坏老顶和后方已跨落老顶的水平挤压形成平衡。

采场顶板下沉的基本状态，就是由与“给定变形”相适应的可缩性，否则将承受不必要的附加载荷。

从现场的开采实践上分析，一次周期来压步距往往在10m以上，而工作面控顶距在3—5m左右，采场支架是无法阻止老顶的沉陷的，支柱的承载能力应该以能够防止顶板沿煤壁切落为准。

无论是采场支架“给定荷载”和“给定变形量”工作状态，它既要求支架有一定的支撑能力，既能承受直接顶离层岩石的“给定载荷”，并防止顶板来压时工作面切顶；

又要要求支架有一定的可缩性，适应老顶破坏沉陷时的“给定变形”，木支柱、刚性支柱、金属磨擦支柱都不能完全满足这些要求，单体液压支柱则是实现了既有一定的承载能力，有能保证在一定承载能力下有一定可缩性的先进的支护方法。

根据青菜沟煤矿老系统及各巷道布置的层位及围岩的稳定状况，矿井应合理选择支架类型，利用合理的施工工艺，选用合理的断面形状。

矿井回采工作面支护现以木支护为主。

使用木支护，一般只能支护5—6个月就基本损坏，如遇水、损坏时间更短，需要更换维修，既浪费人力、物力和财力，影响环境，又造成安全隐患。

随着矿井服务年限的延长，维修量逐年增加，且随着开采深度的增加，巷道围岩压力越来越大，木支护巷道断面越来越小，严重影响矿井通风和运输，制约了矿井产量，安全工作也受到制约与威胁。

2、安全生产的需要

使用木材进行采面支护为被动支护，只有当巷道围岩产生变形后，才能提供支撑力。

但此时，巷道围岩已经遭到破坏。

而木支架受自身强度限制，所能提供的支撑力有限，同时木支护不能防火，容易腐朽，不能阻止和防止围岩风化，因此，木支护巷道顶板事故较为频繁，伤亡事故常有发生。

2005年贵州省煤矿各类事故种，顶板事故发生次数所占比例很大，约为55.28%。

顶板事故死亡人数仍为最多，占39.67%。

单体液压支柱支护与传统的被动支护迥然不同，主动对采面进行支护，最大限度提高了围岩的自支撑能力，同时隐蔽工程少，可及时对变形采面进行维护，减少了事故的发生。

为此，近年来在煤矿积极推广下，取得明显的支护效果。

3、环境保护的需要

根据贵州省六盘水市政府统计，采用木支护，煤矿每生产1万t煤炭将消耗80—90m3坑木，2000年—2004年消耗坑木10万m3/a，说明坑木消耗量非常大。

大量木材的消耗，伴随森林资源的过渡砍伐破坏，导致地表水土流失加剧，环境问题更趋于恶化。

而且随着国家对森林资源的保护力度在不断加大，木材资源的长期稳定供应亦比较困难，客观上要求进行支护改革。

第三节项目建设的可行性

一、矿井地理位置

青菜沟煤矿位于瓮安县东北方向，距瓮安县直线距离11km，距草塘镇约8km，属瓮安县草塘镇，业务隶属瓮安县煤炭工业局管辖。

矿山有简易公路相通，交通较为方便（见交通位置示意图1-3-1）。

二、地形地貌

本区大地构造位置属扬子准地台黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形东南部，地形切割较为强烈，为剥蚀、侵蚀沟谷山地地貌。

最高海拔标高+m，最低海拔标高+m，最大高差m，全区地形主要为斜坡、冲沟、陡岩。

三、地质构造及煤层特征

1、地层

矿区区域地形有震旦系、二叠系、三叠系及零星分布的白垩系、老第三系和第四系，其中的寒武系和三叠系分布最广，次为二叠系。

由于黔中的隆起，缺失了志留系—石炭系及侏罗系。

出露的地层自下而上为下二叠统栖霞组和茅口组、上二叠统吴家坪组，下三迭纃夜郞组和茅草铺组。

由老至新分述如下：

1）栖霞组和茅口组（P1q+m）：

下部为深灰色中至厚层泥晶灰岩、燧石灰岩；

上部为灰至浅灰色厚层及块状泥晶至粉晶灰岩。

厚度大于150m。

2）吴家坪组（P2w）根据岩性可将该组岩层划分为五段

第一段（P2w1）为含煤段。

岩性为灰、灰白色泥岩与砂质泥岩互层，时夹黑色灰质泥岩。

含煤1层，厚16～32m。

第二段（P2w2）：

灰至灰色中至厚层燧石结核灰岩，底部为层厚4～10m的深灰色中厚层生物灰岩，本段厚56～90m。

第三～五段（P2w3～P2w5）：

灰至深灰色中至厚层灰色中厚层泥晶灰岩，底部互层，底部为粉晶灰岩，厚134～159m。

3）长兴组和大隆组（P2c+d）：

下部为深灰色中厚层泥晶灰岩，底部为一层页岩；

中部为深灰色中至厚层状燧石灰结核灰岩；

上部为深灰色薄至中厚硅质岩，偶夹页岩，厚40～68m。

4）夜郞组（T1y）：

根据岩性分为两段。

第一段（T1y1）：

灰绿色、紫红色页岩，偶夹薄层灰岩。

厚50～60m。

第二段（T1y2）：

灰色薄至中厚层粉晶灰岩，厚80～200m。

5）茅草铺组（T1m）：

浅灰、紫灰色厚层粉晶灰岩，缝合线发育，上部夹少量白云质灰岩。

厚度大于130m。

6）第四系（Q）黄色、黄褐色浮土及坡积物，厚0～10m。

2、地质构造

矿区位于瓮安向斜东翼，矿区范围总体属单斜岩层，倾向南西，倾角15～20度，平均倾角18度，属构造简单的矿区。

3、煤层

1）含煤性：

二叠系上统吴家坪组，自下而上分为三段，仅第一段含煤，本矿区内仅含一层煤。

即D煤层，该煤层平均厚度1.50m，含煤段平均厚度25m，含煤系数为3.9%。

2）含煤层的稳定性

根据煤矿采矿工程的观察结果，煤层厚度平均在1.50m，煤层连续性总体偏好，厚度稍有变化，部分地段变薄或增厚，属较稳定煤层，为全区可采煤层。

煤层特征表

煤层

编号

煤层平均

厚度（m）

结构

煤层倾

角（°

）

密度

（t/m3）

稳定性

顶底板岩性

顶板

底板

D

1～1.80

1.50

简单

18

1.44

较稳定

深灰色中

厚层灰岩

灰白色

粘土岩

四、支护改革可行性分析

1、技术分析

青菜沟煤矿采掘活动集中于D煤层，煤层平均厚度1.50米该煤层位于二迭系上统吴家坪组，岩性为砂质粘土岩、硅质岩、硅质灰岩、泥灰岩，厚约为15～20米。

根据其岩石及煤层顶底板特性，使用单体液压支柱支护能够满足采场的支护要求。

选型计算结果如下：

青菜沟煤矿D106采煤工作面，采高1.50，工作面斜长60m，采用二班生产一班准备二采一准的循环作业方式，采用3—4排控顶，排距、柱距分别为1.0m、0.8m，全部跨落法管理顶板。

2、支护选型及支护密度计算

工作面选用DZ18-30/100型单体液压支柱和HDJA-1000型铰接顶梁配合使用。

支柱的额定阻力300kN，最大支撑高度1800mm，最小支撑高度1110mm，伸缩行程690mm，额定工作液压38.2Mpa，初撑力118～157kN，泵站压力15～20Mpa，油缸直径100mm，底座面积109cm2，支柱有液时质量41.9kg，无液时36kg。

每根单体支柱的工作阻力为P支=F·

n=300×

0.9=270kN

式中：

n——支柱时间利用系数，取0.9；

F——单体液压支柱额定工作阻力，kN；

单位面积顶板压力W为：

k——采高系数，一般为6～8倍采高，取8倍采高计算；

——顶板岩石容重，24.5kN/m3；

M——最大采高1.8m；

3、工作面支护密度确定：

①最大控顶距为Lmax=4.2m，工作面斜长L=60m，最大控顶面积Smax=Lmax·

L=4.2×

60=252m2

最大控顶时支柱的数目

根

最大控顶支柱密度

a——工作面柱距；

Nmax——最大控顶距时支柱数；

Bmax——最大控顶距时控顶面积；

L——工作面斜长；

Smax——最大控顶距时控顶面积；

Lmax——工作面最大控顶距；

Dmax——采场最大控顶支柱密度；

②最小控顶距时，Lmin=3.2m，工作面斜长60m

Smin=Lmin·

L=3.2×

60=192

最小控顶距时，支柱数目

最小控顶距时，支柱密度

③支柱载荷计算

最大控顶距时，支柱载荷量

最小控顶距时，支柱载荷量

④比较

P大=263.3kN/根

P小=257.5kN/根，P支=270kN/根

即P支＞P大＞P小

根据以上计算结果表明：

每根单体支柱的额定工作阻力，大于实际支柱的载荷力，因此在采煤工作面采用单体液压支柱比较可行。

第二章技术来源、工艺特点、技术关键及对煤矿安全、

技术进步的重要意义和作用

1、支护工艺特点

（1）回采工作面的支护工艺

回采工作面的支护工艺经历了重大的技术改革，经历了木支柱、磨擦支柱、单体液压支柱和液压支架阶段，在顶板管理技术上，由传统的密集支柱、堆柱、丛柱等切顶支柱，发展到分段密集、切顶，在坚硬顶板工作面采用液压切顶支柱，在采场端头支护上采用11#工字钢梁、T型钢梁等支护方法，这些支护技术改革有利地促进了回采工作面单产的提高，安全状况同时有了较大改观。

单体液压支柱有外注式DZ和内注式NDZ，由于内注式操作时初撑力不稳定和不便于检修，目前普遍采用外注式单体液压支柱。

1、单体液压支柱规格的选择

支柱规格的选择，主要依据支柱在开采煤层使用时需要达到的最大高度和最小高度。

1）支柱的最大高度

Hmax=Mmax－b+c+I+d

Mmax——工作面最大采高，m；

b——顶梁厚度，m；

I——为了避免支柱在完全抽出状态下工作，预留的活柱富裕行程，

一般为100mm。

d——单体钻底量，m

如果在直接顶与煤层中存在随采随落的伪顶，支柱的高度还应考虑伪顶厚度c，本矿顶板为灰岩，可不考虑伪顶影响，由于本矿煤层底板较硬，单体钻底量可以考虑为0.1m即为：

Hmax=Mmax+c－b+I+d=1.8+0－0.1+0+0.1=1.8m

2）支柱的最小高度

应适用于放顶前支柱高度，为了便于回收液压支柱，使支柱不致压死，按普通采煤管理办法的规定，应留有100mm伸缩余量，则：

Hmin=Mmin－s－b－a+c+d=1.33－0.1－0.1－0.1+0+0.1=1.13m

Mmin——工作面最小采高，m；

s——顶板在最大控顶处平均最大下沉量，m：

a——支柱卸载高度（一般≥0.1），m：

顶板在最大控顶处平均下沉量，应根据同一煤层开采的实测资料确定。

也可以采用估算方法，即：

——0.02～0.03；

R——最大控顶距；

2、单体液压支柱在工作面的布置

单体液压支柱工作面支护方式和铰接顶梁的布置形式有齐梁齐柱、错梁齐柱和错梁错柱等，但一般要求梁长要和循环进度、放顶步距等长，目前回采工作面普遍采用的布置方式是齐梁齐柱和错梁齐柱两种，见图3。

图3工作面支架布置形式

3、回采工作面端头支护

经过多年实践，根据工作面开采条件，采用多种支护方式，如使用工字钢梁、型钢梁、铰接顶梁焊接、十字顶梁和滑移顶梁等组成大棚，来控制工作面端头大面积悬露顶板，有效地解决了回采工作面端头支护问题，基本形式如图4所示。

图4工作面端头支护

4、生产工艺选择

根据青菜沟煤矿工作面的实际情况，采用走向长壁后退式采煤法，全部跨落法管理顶板，放炮落煤。

采用DZ18—30/100型外注式单体液压支柱与HDJA-1000型金属铰接顶梁配合控制顶板，支架布置形式为齐梁齐柱，“三、四”排管理，最大控顶距4.2m，最小控顶距3.2m，放顶步距1.0m，作业方式为“三八”制，工作面端头采用四组八梁交错迈步前移维护顶板。

见采矿方法图。

第三章建设方案、地点、规模

依据贵州省国土资源厅颁发的采矿许可证，证号：

，矿区范围由个拐点圈定（见下表）。

面积约km2。

井田走向长约m，倾向约m。

开采深度：

+1150～+850m

设计生产能力6万t/a。

可采煤层倾角15～20°

，采用炮采工艺，倾斜长壁采煤法，采用木支柱支护采场，详见采矿方法图。

该矿“六证”齐全，安全管理较强。

因此，在该矿作为支护改造的一个试点矿井。

故投资装备单体液压支柱配合铰接顶梁支护采场。

第四章设备选型及主要技术经济指标

青菜沟煤矿回采工作面选用DZ18—30/100型单体液压支柱配合铰接顶梁使用，乳化液泵站选用XRB2B80/200乳化泵，两泵一箱。

支柱参数：

支柱的额定阻力300kN，最大支撑高度1800mm，最小支撑高度1110mm，伸缩行程690mm，额定工作液压38.2Mpa，初撑力118～157kN，泵站压力15～20Mpa，油缸直径100mm，底座面积109cm2，支柱有液时质量42.9kg，无液时36kg。

乳化液泵站技术参数：

公称压力20Mpa，公称流量80L/min，电机功率37kw，转速1470r/min，外形尺寸1928×

760×

935mm（长×

宽×

高），配套液箱型号XRXTA（B、C），质量1200kg。

第五章外部配套条件落实情况及原材料供应

第一节外部配套条件落实情况

本矿为生产矿井，所需外部条件具备。

1、青菜沟煤矿主采煤层原煤煤质特征表5—1—1

各项指标

水分

M（%）

灰分

Ad（%）

挥发分Vadf

全硫

Std（%）

发热量

（MJ/kg）

牌号

0.8～1.4

13.4～22.3

30.2～38.45

1.0～1.7

29.58

肥煤

2、交通条件

青菜沟煤矿距326省道约1km，矿山有简易公路相通，交通较为方便。

3、水源、电源

本矿生活用水和生产用水可取致附件泉水及处理后的井下水。

矿井供电一回路引自草塘镇10kv变电所，另一回路引自kv变电所。

第二节煤炭运销和经济效益情况

矿井所生产的原煤主要销往遵义地区，本地水泥厂、磷厂或民用煤，市场前景好，效益可观。

根据对市场的调查，原煤目前售价为：

200元/吨（含税费）。

1、技术经济分析

（1）年销售收入：

6万吨×

200元/吨=1200万元；

（2）年生产成本：

115元/吨=690万元；

（3）年税费总额：

45元/吨=270万元；

（4）利润总额：

1200－690-270=240万元。

2、评价

矿井井型6万吨/a，工期8个月，矿井达到设计产量时需追加投资57.21万元，吨煤投资9.54元。

矿井年销售收入1200万元，年利润总额240万元。

投资回收期约3个月（不含建设期，使用单体支柱后每朋多生产300吨的利润），综上所述，矿井建设工期短、经济、社会效益显著。

第六章环境保护、安全生产、生产技术标准

第一节环境保护

根据统计资料分析，采用炮采工艺单体液压支柱支护采场，万吨坑木消耗将降低80m3/万t左右，单体液压支柱一般可使用7～8年，以年产6万t计，可节约240m3坑木/年。

第二节安全生产

一、支护

1、要及时支护，支柱必须严格按照作业规程规定的柱距、排距及迎山角度进行。

2、支柱时要随时注意附近行人的安全，严禁将注液枪口对准任何人员，升柱时不得将手放在顶梁边缘。

3、支柱时要严格执行“敲帮问顶”制度，遇有松动的浮煤、矸，要及时找掉摘除后，方可进行支护工作。

4、支柱不得打在浮煤、矸上，遇底板松软时要穿柱鞋，支柱必须立于实底，且迎山有劲，吃劲有力。

5、遇有特殊地质变化如断层、褶皱，顶板不平整等情况时，另补充专门措施。

6、工作面有拉咎或顶板有裂缝时，不得对准拉咎裂缝打支柱，必须沿拉咎或裂缝两端架设支架或打戴帽点柱。

7、支柱时必须保护好电缆及乳化管路，严禁