潞安礦業(yè)集團(tuán)五陽礦300萬ta新井設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,礦業(yè)集團(tuán),五陽礦,ta,設(shè)計,cad,圖紙,文檔 專 題 部 分 五陽礦大采高可行性分析 摘要：在分析目前應(yīng)用于厚煤層開采的幾種采煤法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件基礎(chǔ)上，確定了厚煤層大采高一次全厚綜采的采煤方法；針對五陽煤礦3#煤層賦存條件的特點(diǎn)，建立了采區(qū)煤層地質(zhì)條件模糊綜合評價模型，確定更為科學(xué)有效的評價因素隸屬函數(shù)和權(quán)重，并根據(jù)綜合評價值，將未來開采采區(qū)條件分為4級，使模型應(yīng)用的針對性和時效性大為增強(qiáng)，應(yīng)用效果更為滿意。通過可行性分析可知：五陽礦七六、七八采區(qū)的綜合評價均屬于Ⅱ級，宜采用大采高一次全厚綜采工藝開采。通過理論計算與分析，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)地質(zhì)條件，對3#煤層大采高綜采面主要設(shè)備進(jìn)行了選型與配套。研究成果可為類似條件下厚煤層開采提供借鑒。 關(guān)鍵字: 厚煤層；大采高綜采；可行性分析；采區(qū)地質(zhì)條件；模糊綜合評價模型；設(shè)備選型 1引言 目前，在我國一次能量消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占75%以上。煤炭不僅是我國的基本燃料，又是重要的工業(yè)原料，電力、鋼鐵、石油加工、水泥、化學(xué)原料五大行業(yè)都離不開煤炭，因此，煤炭工業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系到國計民生。為使我國能源戰(zhàn)略持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，必須穩(wěn)步高效地發(fā)展煤炭工業(yè)。 我國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，己知含煤面積約55000km2，探明總儲量在9000億t以上，居世界前列。自1989年，我國一直是世界第一大煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，煤炭產(chǎn)量占世界煤炭產(chǎn)量的1/4以上，而緩傾斜厚煤層煤炭產(chǎn)量又占我國總產(chǎn)量的40%以上，我國很多礦區(qū)賦存有3.5~6.0m厚的煤層，這類煤層在邢臺、開灤、徐州、充州、淮北、阜新、雙鴨山、義馬、西山、銅川、陽泉等礦區(qū)均為主采煤層。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭工業(yè)日趨向大型化、集中化、高產(chǎn)高效方向發(fā)展，建設(shè)高產(chǎn)高效礦井，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益己成為煤礦企業(yè)的基本經(jīng)營理念，尤其是市場經(jīng)濟(jì)的激勵機(jī)制極大地促進(jìn)了采煤技術(shù)與裝備水平的快速發(fā)展。我國在引進(jìn)國外大采高裝備技術(shù)后，綜采工作面日產(chǎn)量可達(dá)萬噸，取得了舉世矚目的成績。 據(jù)目前國內(nèi)外開采技術(shù)的發(fā)展，大采高綜采是指采高在3.5~6.0m，工作面使用大功率雙滾筒采煤機(jī)和重型刮板運(yùn)輸機(jī)割、運(yùn)煤，用大噸位液壓支架（支架工作阻力、單架支護(hù)面積和支架支撐高度大）控制頂板，一次采全高的綜采技術(shù)。其設(shè)備趨于大型化、重型化和自動化，其特點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、裝機(jī)功率大、生產(chǎn)效率高。 對于煤層傾角小于30°的厚煤層（3.5~6.0m）開采，大采高綜采與綜放采煤法相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：煤炭資源回采率高；煤炭含研率低；回采工作面煤塵、煤的自然發(fā)火和瓦斯涌出安全性好；對于3~4m不適宜綜放開采的厚煤層，大采高具有工效高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。大采高綜采與分層開采相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：工作面生產(chǎn)能力大，有利于合理集中生產(chǎn)；回采工效和煤炭資源回收率高、巷道掘進(jìn)率和維護(hù)量低；回采工藝和巷道布置簡化，綜采設(shè)備搬家次數(shù)少，搬家費(fèi)用省，增加生產(chǎn)時間；節(jié)省材料（人工假頂材料等）和回采成本低等優(yōu)點(diǎn)。 高產(chǎn)高效大采高綜采生產(chǎn)能力大、回采率高、安全條件和經(jīng)濟(jì)效益好，是目前國內(nèi)外厚煤層（3.5~6.0m）開采技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，其優(yōu)勢使得其在國內(nèi)外被廣泛采用。 山西省潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司隸屬的五陽煤礦，地處潞安礦區(qū)北部，是一座國有大型礦山企業(yè)，始建于1956年，1963年正式投產(chǎn)，原設(shè)計生產(chǎn)能力為90萬t/a，經(jīng)1980~1985年的兩次改擴(kuò)建工程，于2003年礦井生產(chǎn)能力核定為150萬t/a，山西省煤管局以統(tǒng)晉煤生字（1990）第1006號文件批準(zhǔn)同意五陽煤礦擴(kuò)大井田面積增加儲量，將南豐詳查區(qū)劃歸五陽煤礦開采。擴(kuò)區(qū)后井田面積76.778km2，其中南豐擴(kuò)區(qū)面積13.5 km2，新建的南豐風(fēng)井投入運(yùn)行后，礦井通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生較大變化，采掘生產(chǎn)能力進(jìn)一步提高，2008年山西省煤炭工業(yè)局批復(fù)五陽煤礦核定礦井生產(chǎn)能力為300萬t/a。 從2003至2008年五陽礦利用綜采放頂煤開采技術(shù)在煤炭產(chǎn)量上實(shí)現(xiàn)了大的飛躍，由2003年的150萬t/a提高到2008年的300萬t/a。近20年來，綜放開采技術(shù)得到了快速發(fā)展，取得了一系列有價值的科研成果，為我國高產(chǎn)高效礦井建設(shè)作出了巨大貢獻(xiàn)，五陽也利用綜放開采技術(shù)在產(chǎn)量上實(shí)現(xiàn)了大的飛躍，但不可否認(rèn)的是，綜放開采尚有很多技術(shù)難題尚未得到根本性解決，如回收率低、煤塵大、自燃的危險性大等等。在大采高技術(shù)的優(yōu)越性尚未被人們接受前，放頂煤開采技術(shù)無疑是五陽礦較為合理的采煤方法，而大采高技術(shù)的發(fā)展，為五陽礦更合理、高效的開采所采厚煤層開辟了新的途徑。 論文根據(jù)五陽礦主要生產(chǎn)區(qū)（76、78采區(qū)）的地質(zhì)情況，論述了該礦厚煤層（3#煤層）采用大采高開采的可行性，并給出了76采區(qū)7600大采高工作面設(shè)備配套選型方案。 2大采高綜采技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展 2.1國外研究現(xiàn)狀 俄羅斯、德國、波蘭、捷克、英國、日本等國從60年代開始就發(fā)展大采高綜采技術(shù)。早在60年代，日本曾設(shè)計了一種5m采高并帶中間平臺的液壓支架，獲得了日本國家設(shè)計獎。德國早在1970年使用貝考瑞特垛式支架成功地開采了熱羅林礦4m厚的7#煤層，德國擁有的大采高液壓支架(簡稱高架)架型包括威斯特伐利亞BC-25/56、赫姆夏特T55-22/60、蒂森RHS525-50BL及G320-23/45型大采高液壓支架。20世紀(jì)70年代末，波蘭利用3年時間在7個綜采面裝備了DOMA-25/45型兩柱掩護(hù)支架，另外還開發(fā)了PLOMA系列兩柱掩護(hù)式大采高支架，也取得了較好的使用效果；1983年美國在懷俄明州卡幫縣1號礦采用長壁大采高綜采技術(shù)開采厚煤層，采高達(dá)4.5～4.7m，日產(chǎn)量達(dá)6200t，工效達(dá)210～360t/工；1980年前西德赫姆夏特公司開發(fā)出G550-22/60型掩護(hù)式支架，最大高度6m，在威斯特伐倫礦成功應(yīng)用；捷克上西里西煤田已有10多個采煤工作面采高達(dá)4.5m；法國在洛林煤田的拉烏夫煤礦采用大采高綜采技術(shù)；1987年底，前蘇聯(lián)有47個綜采面裝備KM130-4型大采高支架，另外還研制了KM142型、YKM-4型、YKM-5型等大采高支架；澳大利亞在已探明儲量中，有60億t以上儲量為厚度大于4.5m的煤層，常用長壁大采高綜采技術(shù)，最大采高為4.5m。 20世紀(jì)末期以來，高新技術(shù)不斷向傳統(tǒng)采礦領(lǐng)域滲透，美、澳、英、德等國家采用了大功率可控傳動、微機(jī)工況檢測監(jiān)控、自動化控制、機(jī)電一體化設(shè)計等先進(jìn)適用技術(shù)，研制出適應(yīng)不同煤層條件的高效綜采大型設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了從普通綜合機(jī)械化生產(chǎn)向高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的根本性轉(zhuǎn)變。目前，國外綜采成套設(shè)備的生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到3000t/h以上，以德國的DBT、Eick-hoff和美國JOY公司為代表的國際采礦設(shè)備供應(yīng)商，基本壟斷了綜采高端產(chǎn)品市場。美國新一代高產(chǎn)高效綜采設(shè)備基本上實(shí)現(xiàn)了采煤工作面的半自動化，其中液壓支架的發(fā)展尤為突出，據(jù)統(tǒng)計，美國長壁綜采面中液壓支架基本以掩護(hù)式為主，約占全部架型的96%，支架阻力平均在7000～8000kN，最大為9800 kN，6.0m高支架已逐步成系列化生產(chǎn)，美國大采高液壓支架的發(fā)展趨勢為向應(yīng)用電液控制技是術(shù)兩柱式掩護(hù)支架。 2.2國內(nèi)現(xiàn)狀 我國1978年從德國引進(jìn)大采高綜采設(shè)備，開始研究大采高綜采技術(shù)，1984年在西山官地礦18202工作面首次采用全套國產(chǎn)大采高綜采設(shè)備進(jìn)行工業(yè)性試驗。如圖1-1所示，由于開采設(shè)備能力的限制、工作面設(shè)備的適應(yīng)性差、圍巖控制技術(shù)研究相對滯后，1998年之前大采高綜采面最高單產(chǎn)均在250萬t/a以下，處于較低發(fā)展水平。1998年之后，大采高綜采技術(shù)發(fā)展加速，特別是在神東礦區(qū)的成功應(yīng)用，工作面單產(chǎn)水平大幅提高。2000年大柳塔煤礦采用JOY公司生產(chǎn)的6LS5型采煤機(jī)、DBT公司生產(chǎn)的WS1.7掩護(hù)式支架等全套進(jìn)口設(shè)備，工作面最高單產(chǎn)803.4萬t；2003年大采高綜采面最高單產(chǎn)超過1000萬t，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平；2006年，晉城寺河煤礦2307工作面首次采用ZY9400/28/62型國產(chǎn)液壓支架、德國Eickhoff公司生產(chǎn)的SL-500型采煤機(jī)，開采厚6.2m的煤層，平均月產(chǎn)66萬t，最高月產(chǎn)78萬t；近3年來，大采高綜采面最高單產(chǎn)均在1100萬t/年以上，2008年補(bǔ)連塔煤礦采用德國Eickhoff公司的SL-1000型采煤機(jī)、國產(chǎn)ZY10800/28/63D型大采高液壓支架，工作面單產(chǎn)達(dá)1180萬t，萬利一礦采用ZY8600/24/50D型液壓支架，MG750/1815-GWD型采煤機(jī)等全套國產(chǎn)大采高綜采設(shè)備，工作面單產(chǎn)1015萬t。 近年來，為適應(yīng)我國煤礦綜采機(jī)械化的發(fā)展，國內(nèi)綜采設(shè)備科研設(shè)計和制造企業(yè)已研制并開發(fā)出具有較先進(jìn)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t以上。 圖2-1 1994～2008年大采高綜采面最高單產(chǎn)紀(jì)錄 天地科技股份有限公司研制成功的MG750/1815-GWD型交流電牽引采煤機(jī)，總裝機(jī)功率達(dá)到1815kW；雞西煤礦機(jī)械有限公司研制成功的MG800/2040-WD型電牽引采煤機(jī)，總裝機(jī)功率達(dá)到2040kW；西安煤礦機(jī)械廠研制成功的MG750/1910-WD型和MG900/2210-WD型交流電牽引采煤機(jī)，總裝機(jī)功率分別達(dá)到1910kW和2210kW。張家口煤礦機(jī)械制造公司、西北奔牛集團(tuán)公司研制成功的SGZ1200/1575型刮板輸送機(jī)，輸送能力最大達(dá)到2500t/h，總功率達(dá)到1575kW。我國近期研制成功了ZY8800/26/50型兩柱掩護(hù)式液壓支架、ZZ9900/20/45四柱支撐掩護(hù)液壓支架。鄭州煤機(jī)廠為神華上灣礦研制的ZY10800/28/63型兩柱掩護(hù)式液壓支架，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，調(diào)高范圍2.8～6.3m，支護(hù)高度最大可達(dá)到6.3m，工作阻力10800kN，立柱缸徑400mm，采用電液控制技術(shù)，壽命試驗達(dá)5.8萬次以上。我國新研制開發(fā)的新型大采高綜采裝備技術(shù)參數(shù)已經(jīng)接近國外先進(jìn)水平，綜采工作面年產(chǎn)能力達(dá)到300萬t以上。 2.3大采高綜采技術(shù)發(fā)展趨勢 綜合分析國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，可以看出大采高綜采技術(shù)的發(fā)展，主要呈現(xiàn)以下趨勢： （1）采高持續(xù)增大，大采高的開采高度由最初的3.5m到現(xiàn)在的6.0m左右，隨著7.0m高性能液壓支架的研制成功，采高將持續(xù)擴(kuò)大，大采高綜采技術(shù)的使用范圍進(jìn)一步推廣； （2）由賦存結(jié)構(gòu)相對簡單的神東、晉城等礦區(qū)向賦存結(jié)構(gòu)復(fù)雜的兩淮、潞安、陽泉、西山等礦區(qū)推廣，兩淮、陽泉、潞安等礦區(qū)對6.0m左右的松軟厚煤層正開展大采高綜采技術(shù)的試驗。 （3）采煤機(jī)的選型上以寧大勿小為原則。近年來，采煤機(jī)的截割速度一直在增加，目前采煤機(jī)的截割速度一般在12~15m/min，一些新研究開發(fā)出來的采煤機(jī)的截割速度達(dá)到了24~36m/min；截割功率、牽引功率更高更大，總裝機(jī)功率將超過2400kW。 （4）工作面液壓支架工作阻力更高、單架支護(hù)面積更大，設(shè)計手段更先進(jìn)，設(shè)計使用壽命要大于60000個循環(huán)。為滿足采煤機(jī)截割深度大于1000mm的要求，增加支架頂梁的長度，以維護(hù)工作面頂板，防治冒頂；液壓支架的寬度有1.5m和1.75m兩種，從目前看還有加大的余地，支架中心間距可達(dá)到2000mm，可以增加大采高支架的穩(wěn)定性，以滿足增加支撐力的要求。 （5）隨著采高、工作面長度及生產(chǎn)能力的不斷增長，工作面輸送機(jī)鏈的直徑也不斷增大。刮板輸送機(jī)的輸送長度達(dá)到300m，小時運(yùn)輸量可達(dá)到5000t，輸送機(jī)溜槽寬度、鏈條直徑、總裝機(jī)功率等都要增加，鏈條直徑達(dá)到48mm以上，總裝機(jī)功率達(dá)到3200kW，供電電壓可達(dá)到4160V。 3五陽礦概況 3.1礦井地理位置 山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司五陽煤礦位于長治市襄垣縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°58′25″～113°05′09″，北緯36°26′46″～36°33′47″。井田范圍南以文王山北正斷層為界，北至西川正斷層，東起 15-3#煤層露頭線及經(jīng)線38418000，西至經(jīng)線38408000，見圖3-1。南北長約13km，東西寬約10km，面積為78.3649km2。 3.2礦井交通及隸屬關(guān)系 五陽煤礦交通條件較為便利，太焦鐵路自北向南橫穿井田，襄垣火車站、五陽火車站位于井田之內(nèi)，本礦鐵路專用線與五陽站相接。邯長、太焦鐵路在長治北站交會。太焦線北接石太、同浦線，南接隴海線。榆黃公路從井田穿過，208國道及長太高速公路由井田西約1km自北向南經(jīng)過。 五陽煤礦距襄垣城約3km，距長治市約45km，距太原市約215km。襄垣縣的濱河路連接著整個礦區(qū)，礦區(qū)至潞安集團(tuán)、長治、太原等地均有汽車相通。 圖3-1 礦井四鄰關(guān)系 3.3礦井地質(zhì)條件 1．含煤地層 五陽井田主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組及二疊系下統(tǒng)山西組。 石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）為一套典型的海陸交互相沉積，形成四個明顯的旋回韻律結(jié)構(gòu)，其厚度為89.20～139.00m，平均厚103m，巖性為灰色、深灰色石灰?guī)r，灰色、灰白色細(xì)、中、粗粒石英砂巖，灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，泥巖及煤層。其中夾8～15層煤，發(fā)育四層穩(wěn)定的石灰?guī)r（K2、K3、K4、K5）及一層不穩(wěn)定的石灰?guī)r（K6）。測井物性反映：煤層一般為高電阻、低密度、低伽瑪，石灰?guī)r為高電阻、高密度、低伽瑪，因此標(biāo)志明顯。該組產(chǎn)植物化石碎屑及動物化石。 二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）為陸相沉積，其厚度為39.20～85.85m，平均厚度約60m，巖性為灰色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，灰白色中、細(xì)粒石英砂巖及煤層。其中夾煤1～4層，中下部發(fā)育的3#煤為全區(qū)穩(wěn)定的可采煤層，其厚度為1.50m～7.90m，平均厚5.73m。測井物性反映：煤層表現(xiàn)為高電阻、低密度、低伽瑪。由于3#煤層發(fā)育、厚度大且穩(wěn)定，本身即為明顯的標(biāo)志層。該組產(chǎn)植物化石碎屑。 2．主要構(gòu)造 潞安礦區(qū)處于我國東部新華夏構(gòu)造體系第三隆起帶中段，即太行山段，在這個一級隆起帶上發(fā)育有二級隆起與凹陷，由東向西有晉（城）——獲（鹿）斷褶帶，武（鄉(xiāng)）——陽（城）凹褶帶等，它們彼此平行呈雁行排列?？傮w延伸方向為北20°～30°東，局部地段因受其它構(gòu)造體系的影響略偏北。 潞安礦區(qū)處于武～陽凹褶帶中段，晉～獲斷裂西側(cè)，晉～獲斷裂對礦區(qū)構(gòu)造格局的形成和發(fā)展具有重要的控制作用。礦區(qū)主體構(gòu)造線方向與晉～獲斷裂帶一致，呈北北東～北東東向。沿南北方向分別以文王山地壘和二崗山地壘為界分為北、中、南段。北段南部文王山斷層與西川斷層之間，由寬緩褶曲和正斷層組成北東東向的構(gòu)造帶，五陽井田位于該構(gòu)造帶內(nèi)，北以西川斷層為界，南以文王山北斷層為界。 五陽井田處于上述二級構(gòu)造帶之間，受晉～獲斷褶帶的控制和武～陽凹褶帶的影響主要形成低級，低序次的構(gòu)造。本井田基本構(gòu)造特征為：向南西傾伏寬緩褶曲，伴有大中型、高角度正斷層和次一級的小型斷裂，構(gòu)造線方向大致為北東東和北東方向褶曲；地層總體傾向南西，傾角一般為10°；地下3#煤層層位附近呈帶狀分布有陷落柱。 （1）褶曲 井田內(nèi)主要褶曲是天倉向斜，與其伴生的次級褶曲由北向南有：崔村向斜、大郝溝向斜、十字道背斜、五陽背斜、東周背斜。其軸向除崔村向斜為北北東向外，其余均為北東東向。天倉向斜橫貫井田中央，為本井田的控制性構(gòu)造。褶曲的共同特點(diǎn)是：向西傾伏，兩翼傾角5°～20°，一般10°左右，僅天倉向斜和崔村向斜靠近樞紐部分大于20°甚至達(dá)25°。天倉向斜幅度在100m以上，其它在20m至80m之間。小黃莊斷層以北至西川斷層之間由崔村向斜和大郝溝向斜構(gòu)成煤層的基本形態(tài)，而小黃莊斷層以南至文王山北斷層之間以中部的天倉向斜構(gòu)成井田的基本形態(tài)。 （2）斷層 在褶曲形成過程中，由于背斜軸部張引力的作用發(fā)育有高角度正斷層，構(gòu)成地壘、地塹構(gòu)造，它們是五陽井田常見的斷層組合形成，直接控制和影響含煤巖系的分布，發(fā)育規(guī)律和煤層開采。井田控制性斷層從北向南：西川正斷層、王家莊正斷層、小黃莊正斷層、崔家莊3#、2#、1#正斷層、文王山北正斷層，落差均大于100米，落差10～100米的中型斷層有：東南上正斷層、倉上1#、2#正斷層、西王橋正斷層、南峰正斷層、西大巷正斷層、果園正斷層、東周正斷層。 區(qū)內(nèi)共揭露大小斷層198條：其中正斷層195條、逆斷層3條。按落差大小統(tǒng)計：大于50米11條，10～50米17條，5～10米27條，1～5米斷層81條，小于1米斷層62條，均不同程度地影響生產(chǎn)。除個別逆斷層外，均為高角度正斷層，斷層傾角65°～85°，一般為70°～75°。斷層延伸方向分兩組，其中主要一組為NEE向，常在N60°～85°E之間，一般為N70°～80°E；另一組為NE向，常在N45°～50°E之間。 （3）陷落柱 五陽井田內(nèi)巖溶陷落柱較發(fā)育，主要集中在天倉向斜軸兩側(cè)，到目前共有53處，其中井下揭露44個，鉆孔揭露2個，電法勘探發(fā)現(xiàn)7個。陷落柱橫截面大多呈橢圓形，長短軸比一般為20:17，長軸多垂直于底板等高線，即與構(gòu)造線方向近垂直，短軸則平行于構(gòu)造線方向。柱體截面大小不一，最大可達(dá)97750m2，一般為4400m2，接觸面呈鋸齒狀，常以75°～85°傾角的反漏斗狀向深部延伸。已揭露的陷落柱多在403～450米水平，因大部分處在奧灰水位之上，所以一般無水。 3．水文地質(zhì)條件 井田內(nèi)主要河流有濁漳河西源和南源。西源由西向東流經(jīng)礦區(qū)，南源由南向北流入，南源和西源在井田甘村附近匯合后，由南向北至襄垣城東流出礦區(qū)，總匯水面積約750km2，在井田外兩源上游分別建有漳澤水庫和后灣水庫。 淤泥河系濁漳河支流，自南向北流淌，在東李村匯入濁漳河，一般流量為360m3/h，為季節(jié)性河流。流經(jīng)本井田的濁漳河南源，常年流水，最高洪水位857.65m（1953.6.15），最大流量224m3/s，局部對煤層頂板含水層有明顯的入滲補(bǔ)給。 潞安礦區(qū)位于沁水煤盆地東翼、辛安泉流域補(bǔ)給區(qū)的西部邊緣即該泉域若干個地下水逕流帶的一個分支上，水文地質(zhì)條件相對簡單。該區(qū)奧灰被上覆地層覆蓋、補(bǔ)給條件差、逕流速度慢。區(qū)內(nèi)地層走向明顯受褶曲控制，而地表水流向與地層走向基本垂直，一般不利于地表水直接補(bǔ)給地下水。 南北邊界斷層造成五陽地塊下降（形成地塹），導(dǎo)致煤層底板以下富水性較強(qiáng)的灰?guī)r含水層與煤層頂板以上富水性較弱的砂巖含水層或煤層對接，成為補(bǔ)給邊界。五陽井田斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，且伴隨有主要沿天倉向斜軸部發(fā)育的陷落柱，導(dǎo)致本井田水文地質(zhì)條件復(fù)雜。 4．煤層賦存情況 井田內(nèi)的煤層主要分布在二疊系下統(tǒng)的山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，共含煤13層，包括可采煤層2層，大部可采煤層1層，局部及偶爾可采10層，總厚度13.31m，含煤系數(shù)8.17%。 （1）可采煤層 3#煤層：位于山西組中下部，厚度1.50～7.90m，平均厚度5.75m，最薄點(diǎn)位于井田中東部的五-157孔，全區(qū)總體上穩(wěn)定，無明顯變化趨勢，風(fēng)化帶內(nèi)可見最小煤厚為0.22m。含夾矸0～2層，夾矸厚度最大0.10m，最小0.01m，平均0.06m，純煤厚度5.69m。夾矸巖性多為炭質(zhì)泥巖，少數(shù)為泥巖。煤層頂板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖。底板巖性為黑色泥巖、粉砂巖，屬結(jié)構(gòu)簡單。煤層全區(qū)穩(wěn)定可采且厚度大，為井田正在開采煤層，控制研究程度均很高，確定3#煤層為穩(wěn)定型。 礦井現(xiàn)只采3#煤層。 5．煤質(zhì) （1）煤的物理性質(zhì) 3#煤為黑色，細(xì)～中條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，條痕色為黑色，強(qiáng)玻璃光澤，裂隙較發(fā)育，呈階梯狀或貝殼狀斷口。經(jīng)取樣測試3#煤視相對密度為1.35，1.41；散密度為849～950kg/m3；安息角為37.2～37.3度；摩檫角為20～24°。 （2）煤巖特征 1）宏觀煤巖特征 3#煤巖組分以亮煤為主，暗煤次之，夾少量鏡煤及絲炭條帶。煤巖類型以半亮型為主，半暗型次之。 3）顯微煤巖特征 3#煤的顯微煤巖特征：有機(jī)組分以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次之，無機(jī)組分以粘土類為主，粘土類呈透鏡狀、浸染狀，硫化鐵類的黃鐵礦呈顆粒狀，偶見次生方解石。 （3）煤的化學(xué)性質(zhì) 水分（Mad）：各煤層原、浮煤水分變化不大； 灰分（Ad）：3#煤層原煤灰分較穩(wěn)定，一般在13~16%，僅少數(shù)點(diǎn)>20%。 揮發(fā)分（Vdaf）：五陽煤礦各煤層揮發(fā)分產(chǎn)率在15%左右，在垂向上隨著煤層埋藏深度的增加，揮發(fā)分產(chǎn)率逐漸降低。 硫分（St,d）：3#煤層原煤全硫含量＜0.5%。依據(jù)《GB/T15224.2-2004》煤炭質(zhì)量分級（硫分）標(biāo)準(zhǔn)，3#煤屬特低硫煤。 發(fā)熱量（Qgr,v,d）：影響煤的發(fā)熱量主要是水分和灰分。3#煤層原、浮煤高位發(fā)熱量達(dá)29.97MJ/Kg以上，依據(jù)《GB/T15224.3-2004》煤炭質(zhì)量分級（發(fā)熱量）標(biāo)準(zhǔn)，對各煤層發(fā)熱量進(jìn)行分級：3#屬特高熱值煤。 煤中的碳、氫元素是煤質(zhì)分析的基本指標(biāo)。3#煤層元素中以碳元素（Cdaf）為主，占91%以上，次為氫（Hdaf）元素，占4%左右，氮元素（Ndaf）和氧+硫元素（Odaf +St,daf）為少量。 6．瓦斯、煤塵、煤層自燃傾向性 （1）瓦斯 3#煤層瓦斯成分以甲烷為主，占34.42~98.78%，平均75.37%，次為氮?dú)?，?.01~53.26%，平均20.07%，二氧化碳含量較少，占1.01~12.25%，平均3.99%，其它重?zé)N含量最少，占0~2.63%，平均0.62%，3#煤層埋深400m以深為瓦斯帶，局部地段為氮?dú)鈤瓦斯帶。 3#煤層瓦斯含量為1.560~17.502mL/g·r，平均5.725mL/g·r，變化較大。二氧化碳含量為0.01~0.47mL/g·r，平均0.21mL/g·r。瓦斯含量隨著煤層埋藏深度的增大而增大。 （2）煤塵爆炸性和煤的自燃傾向性 3#煤層分別在1996年的補(bǔ)充勘探以及2001年、2004年76采區(qū)取樣作了煤塵爆炸性和自燃傾向性試驗，鑒定結(jié)果表明：3#煤層煤塵具有爆炸性，屬不易自燃煤層，但局部區(qū)段3#煤層有可能產(chǎn)生自燃。 7．地溫、地壓 礦井在勘查期間和開采過程中均未進(jìn)行測溫工作，已往報告也從未提過礦井地溫情況，推斷井下溫度不會偏高，屬于溫度正常區(qū)，無熱害威脅，也無沖擊地壓危害。 3.4其它 五陽煤礦為省屬國有重點(diǎn)煤礦，截止2009年底，礦井3#煤地質(zhì)保有儲量為14920.5萬噸，可采儲量6110.4萬噸，礦井服務(wù)年限為13.6年，證照齊全、有效。 4采區(qū)概況 4.1采區(qū)在井田中的位置 五陽煤礦現(xiàn)有生產(chǎn)采區(qū)為南豐擴(kuò)區(qū)、75采區(qū)。五陽煤礦于1990年上報申請將五陽煤礦相鄰的南豐井田部分劃歸五陽煤礦開采，山西省煤管局以統(tǒng)晉煤生字(1990)第1006號文批準(zhǔn)同意五陽煤礦擴(kuò)大井田增加儲量，將南豐詳查區(qū)的東部（南豐擴(kuò)區(qū)）劃歸五陽煤礦開采。 近年來，隨著礦井發(fā)展，南豐擴(kuò)區(qū)作為一個采區(qū)具有一定的不合理性，并給生產(chǎn)管理帶來一定得困難，因此，該礦委托“北京圓之翰煤炭工程設(shè)計有限公司潞安分公司”對南豐擴(kuò)區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，將南豐擴(kuò)區(qū)劃分為76、78兩個采區(qū)。 因此，礦井共分為3個采區(qū)，即75、76、78采區(qū)。76、78采區(qū)為礦井的主要生產(chǎn)采區(qū)；75采區(qū)屬于邊角煤采區(qū)。 76采區(qū)為五陽煤礦主采區(qū)，位于五陽井田西南部，其東部為75采區(qū)，南部和西部為井田邊界，北部為78采區(qū)（見圖4-1）。 4.2 76采區(qū)可采煤層 3#煤層：位于山西組中下部，厚度3.25-7.60m，平均厚度6.13m，含夾矸0～2層，厚度大且穩(wěn)定，是全區(qū)穩(wěn)定的主要可采煤層。 9#煤層：位于k5、k4石灰?guī)r之間，厚度0.10～1.85m，平均厚度為1.07m，含夾矸0-1層，厚度變化大，層位不穩(wěn)定，為全區(qū)發(fā)育局部可采煤層。 15-3#煤層：位于k2石灰?guī)r之下10m左右，厚度為1.20～2.16m，平均厚度為1.60m，含夾矸0-1層，厚度變化大，層位穩(wěn)定，為全區(qū)發(fā)育、較穩(wěn)定可采煤層 76采區(qū)現(xiàn)只采3#煤層。 4.3 76采區(qū)構(gòu)造揭露情況 76采區(qū)在開拓掘進(jìn)中沒有遇到陷落柱，揭露斷層有數(shù)十條，其中大的斷層有西大巷斷層、南豐斷層、果園東斷層，較大斷層有76-1、76-2、76-3斷層，在7600運(yùn)輸巷掘進(jìn)中揭露1條斷層，回風(fēng)巷掘進(jìn)中揭露1條斷層，工作面內(nèi)7516排水巷揭露1條斷層。 圖4-1 76采區(qū)在井田位置關(guān)系 4.3 76水文地質(zhì)條件 采區(qū)自上而下有：第四系覆蓋層、二疊系上二疊統(tǒng)上石盒子組、下二疊統(tǒng)下石盒子組、山西組、石炭系上石炭統(tǒng)太原組，局部發(fā)育有本溪組及奧陶系灰?guī)r地層。主要有11個含水層，分三個類型：①3#煤底部灰?guī)r裂隙、溶洞式含水層；②3#煤頂部砂巖裂隙、孔隙式含水層；③第四系風(fēng)化殼孔隙式含水層。 3#煤層上覆含水層主要有五層，下覆含水層主要有六層，區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，且有巖溶陷落柱，在以往的采掘過程中，礦井涌水量主要為上覆含水層，下覆含水層一般不對礦井生產(chǎn)造成影響，本采區(qū)3#煤層埋深大，底板承壓高，有可能發(fā)生底板突水事故。 4.4開采煤層頂?shù)装鍘r性、節(jié)理裂隙 1.煤層頂?shù)装鍘r性 老頂，細(xì)粒石英砂巖，灰白色、石英長石為主，含云母及暗色礦物，分選性、磨圓度較好，局部夾泥巖條帶。 直接頂，砂質(zhì)泥巖，黑色、塊狀、性脆、含大量植物莖狀化石。 偽頂，炭質(zhì)泥巖，黑色、夾煤線或煤屑，節(jié)理發(fā)育、易冒落。 直接底，砂質(zhì)泥巖，灰黑色、團(tuán)塊狀，含大量植物根部化石及煤屑。 老底，細(xì)粒長石砂巖，灰白色、中厚層狀、水平層理，夾泥巖條帶，含云母，質(zhì)較硬。 頂?shù)装鍘r石物理力學(xué)試驗結(jié)果見表4-1 2.節(jié)理裂隙 井田內(nèi)常見和斷裂方向一致的兩組裂隙，一組為北70°～80°東，另一組為北90°～120°東，夾角30°～40°，多呈隱裂隙和閉口裂隙。風(fēng)化裂隙在基巖風(fēng)化面35～40m深度內(nèi)很發(fā)育，多以開口狀出現(xiàn)，裂隙面呈緩波狀有時平直光滑，裂隙帶多被一些泥質(zhì)充填。 表4-1 3#煤層頂?shù)装鍘r石力學(xué)指標(biāo)試驗結(jié)果 巖石名稱 厚度 (m) 內(nèi)磨擦角 (°) 抗剪強(qiáng)度 (MPa) 抗拉強(qiáng)度 (MPa) 單向抗壓強(qiáng)度 (MPa) 頂板 粉砂巖 48.0 砂質(zhì)泥巖 2.40 37°29′ 17.15 1.92 64.0 粉砂巖 3.75 39°48′ 18.52 1.82 70.6 砂質(zhì)泥巖 2.30 3.56 101.0 底板 粉砂巖 6.18 1.18 64.1 中粒砂巖 3.09 34°31′ 32.54 6.2 98.7 5采區(qū)開采條件工藝性評價 煤層地質(zhì)條件開采工藝性的采區(qū)評價是對未來開采采區(qū)地質(zhì)條件及工作面所選工藝的適應(yīng)程度進(jìn)行評價，為工作面的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的預(yù)測和礦井持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)提供可靠依據(jù)。采區(qū)評價依據(jù)的資料有大量的準(zhǔn)備與回采巷道揭露的地質(zhì)材料及工作面采過后可靠的地質(zhì)資料。隨著高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的不斷深入，礦井生產(chǎn)越越來越集中，將逐步過渡到“一礦（井）一面”的開采模式。這樣，采區(qū)地質(zhì)條件的各異件，必然影響工作面開采工藝對地質(zhì)條件的適應(yīng)性和工作面單產(chǎn)水平，從而影響礦井的處術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，煤層地質(zhì)條件開采工藝件的采區(qū)評價是高產(chǎn)高效礦井采煤工作面單產(chǎn)可靠預(yù)測和合理配置，及礦井生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。 在研究地質(zhì)條件對開采影響一般規(guī)律的基礎(chǔ)上，采用模糊綜合評價模型和層次分析法對厚煤層工作面地質(zhì)條件開采工藝性進(jìn)行了綜合評價，為采用一次全厚大采高綜采工藝提供理論根據(jù)。煤層地質(zhì)條件開采工藝性評價是在尋求地質(zhì)條件諸因素對開采影響一般規(guī)律的基礎(chǔ)上，對地質(zhì)條件優(yōu)劣程度進(jìn)行客觀評價；在尋求地質(zhì)條件優(yōu)劣程度與開采效果一般關(guān)系的基礎(chǔ)上進(jìn)行開采效果的預(yù)測和輔助技術(shù)決策。其實(shí)質(zhì)就是從采礦的角度對具體煤層適合于開采工藝的程度進(jìn)行定性分析與定量評價，以此作為開采技術(shù)決策、設(shè)計規(guī)劃、生產(chǎn)管理的依據(jù)。采用模糊綜合評價方法，從采區(qū)開采的總體方面進(jìn)行的整體綜合評價，為此必須確定評價因素結(jié)構(gòu)隸屬函數(shù)及權(quán)重。 5.1評價因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系 1.評價因素結(jié)構(gòu) 建立評價因素結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)離散性評價問題系統(tǒng)化與標(biāo)淮化的第一步，它集中體現(xiàn)了評價體系的內(nèi)涵。評價因素結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。 圖5-1 評價因素結(jié)構(gòu) 2.評價因素指標(biāo)體系 在評價因素結(jié)構(gòu)中，復(fù)合因素有7個，基國素有15個，評價的順序是由基因素到復(fù)合因素的評價是首要的。這里對評價基因素的影響因素和指標(biāo)量化問題進(jìn)行簡述。 （1）斷層影響 國內(nèi)外開采實(shí)踐與統(tǒng)計資利表明，全面地描述斷層對開采的影響需3個指標(biāo)。 1）斷層密度 式中n1——塊段內(nèi)的斷層條數(shù)，條； s——塊段面積，km2。 2）斷層長度指數(shù) 式中l(wèi)i——第i條斷層的長度，km。 3）斷層落差指數(shù)q3 斷層落差系數(shù)是指斷層落差h與煤層開采厚度m的比值，同值的斷層落差系數(shù)不同的煤層厚度下對開采的影響也不同，煤層開采厚度越小，斷層導(dǎo)致的開采困難越大，因此必須對斷層落差系數(shù)進(jìn)行修正，以提高這一指標(biāo)的鑒別力。通過統(tǒng)計分析得知，斷層落差系數(shù)q3可以用煤層開采厚度的對數(shù)函數(shù)進(jìn)行修正： 式中 hi——第i條斷層落差，m； M——工作面煤層開采厚度，m。 上指標(biāo)q1、q2、q3的計算，只限于塊段(采區(qū)或帶區(qū))內(nèi)的斷層，對塊段邊界斷層，作為塊段邊界，不加汁算。 （2）褶皺影響因素 褶皺發(fā)育程度的定量化指標(biāo)主要有2個。 1）褶皺剖面系數(shù)pl 式中 L‘——在垂直褶皺的剖面上兩點(diǎn)間煤層實(shí)際長度，m； L——該兩的水平投影長度，m。 2）褶皺復(fù)雜性系數(shù)p2 式中 ——采區(qū)開采范圍內(nèi)最低與最高煤層等高線高差，m； l——采區(qū)開采范圍內(nèi)最低與最高煤層等高線平距，m； w——用弧度表示的等高線走向的變化值，rad； s——采區(qū)面積。 （3）煤層穩(wěn)定性 煤層穩(wěn)定性可包括煤層厚度變化、可采厚度和結(jié)構(gòu)變化三個方面的含義，分別可以用煤厚變異系數(shù)g、可采性指數(shù)Km、含殲系數(shù)G表示。 ① 煤層變異系數(shù) 式中 X——鉆孔煤厚平均值，m； Xi——鉆扎見煤際度，M； n——鉆孔個數(shù)。 ② 可采性指數(shù) 式中 n——全部見煤鉆孔數(shù)； n‘——大于可采厚度的鉆孔數(shù)。 ③ 含殲系數(shù)G 式中 Gi——鉆孔內(nèi)煤層夾稈厚度，m； Xi——鉆孔內(nèi)煤厚，m。 （4）煤層厚度 煤層厚度將直接影響綜采工藝方式及技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。綜采工作面，當(dāng)煤厚在6m以下時，用一次采全高采煤藝方式；煤厚在6m以上時，一般采用放頂煤綜采或分層綜采。煤厚的不同，可能取得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果不同。評價煤層開采厚度以采區(qū)內(nèi)見煤鉆孔煤層厚度平均值為評價指標(biāo)。即 式中 Mi——第i個鉆孔見煤厚度，m； n——采區(qū)內(nèi)見煤鉆孔數(shù)。 （5）煤層傾角 煤層傾角對采煤工作面支架的穩(wěn)定性、采煤機(jī)運(yùn)行速度、輸送機(jī)生產(chǎn)能力、工人作業(yè)難易程度均有較大影響，不同煤層傾角對工作面開采工藝的影響程度可通過其隸屬度和權(quán)重來具體體現(xiàn)。評價煤層傾角以采區(qū)范圍內(nèi)見煤鉆孔煤層傾角平均值作為評價指標(biāo)。即 式中 ai——第i個見煤鉆孔煤層傾角。 （6）煤層堅硬性 煤層堅硬性是影響采煤機(jī)割煤及工作面內(nèi)片幫程度的—個因素，綜放工作面還直接影響頂煤的冒放性及放煤作業(yè)時間，用煤層綜合強(qiáng)度R作為指標(biāo) 式中 G——夾稈系數(shù)(即矸石厚度與煤層厚度的比值)； Re——夾矸巖石強(qiáng)度，MPa； Rc——煤的單向抗壓強(qiáng)度，MPa。 （7）煤層項底板條件 煤層頂?shù)装鍡l件是影響采煤工作面安全生產(chǎn)最重要的因素之一，頂板的穩(wěn)定性影響機(jī)械化采煤工藝的選用、采煤機(jī)裁割深度、采煤機(jī)煤牽引速度和開機(jī)率。 1）直接頂穩(wěn)定性。以直接頂巖層單向抗拉強(qiáng)度s作為評價指標(biāo)。 2）基本頂支撐性。選用直接頂厚度與采高的倍數(shù)比作為反映基本頂支撐條件的慨略性總體指標(biāo) 3）偽頂影響。取偽頂厚度h0作為評價指標(biāo)。 4）底板強(qiáng)度。取直接底巖層的抗壓強(qiáng)度qc作為評價底板影響的主要指標(biāo)。 （8）工作面塊度 長壁工作面塊度包括2個指標(biāo)。 1）可布置面長 工作面長度與采煤工藝方式、單產(chǎn)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)存在著密切關(guān)系，理淪上，可布置工作面長度長些有利，一般在無地質(zhì)和技術(shù)條件限制下，上作面長度不宜少于180 m。 2）可推進(jìn)長度 可推進(jìn)長度S增大，因工作面搬家造成的產(chǎn)量降低和費(fèi)用增加相對減少，可推進(jìn)長度一般不宜小于1500m。 5.2評價因素隸屬函數(shù) 隸屬函數(shù)是評價因素間在價值上約定的具有可比性的統(tǒng)一尺度，是實(shí)現(xiàn)離散性評價問題系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化的第二步，它刻畫了某一地質(zhì)因素變化對開采效果影響的模糊關(guān)系，是模糊綜合評價模型的基礎(chǔ)。在進(jìn)行煤層地質(zhì)條件工藝性礦井評價時，隸屬函數(shù)的確定沒有將不同工藝區(qū)別對待，則在進(jìn)行采區(qū)評價時，必須考慮不同工藝方式的技術(shù)特點(diǎn)。此外，隸屬函數(shù)構(gòu)造本身就是—個不斷完善的過程。 一方面隨著開采技術(shù)的進(jìn)步，將會提高開采技術(shù)對地質(zhì)條件變化的適應(yīng)性；另一方面增加礦區(qū)煤層地質(zhì)條件開采工藝性評價的案例，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，就會增加統(tǒng)計分析的樣本，充實(shí)新的評價資料。這都可能影響到隸屬函數(shù)的性質(zhì)，需要進(jìn)行調(diào)整，或者構(gòu)造新的隸屬函數(shù)。構(gòu)造隸屬函數(shù)可綜合利用技術(shù)總結(jié)、科研成果、統(tǒng)計分析和專家經(jīng)驗，可采用統(tǒng)計分析法、待定系數(shù)法、多相模糊統(tǒng)計法等恰當(dāng)?shù)姆椒?。此處大采高綜采工藝的評價因素隸屬函數(shù)的確定，均是在已有研究成果基礎(chǔ)上加以調(diào)整的。 根據(jù)地質(zhì)條件對大采高綜采采區(qū)開采的條件，對斷層影響、褶皺影響、夾矸系數(shù)、工作面可推進(jìn)長度、工作面長、煤層開采厚度和煤層傾角等隸屬函數(shù)作了調(diào)整。 1.斷層影響的多元隸屬函數(shù) 2.褶皺影響的多元隸屬函數(shù) 3.煤厚變異系數(shù)的隸屬函數(shù) 4.夾矸系數(shù)的隸屬函數(shù) 5.煤層開采厚度的隸屬函數(shù) 6.煤層傾角的隸屬函數(shù) 7.煤層堅硬性指標(biāo)的隸屬函數(shù) 8.直接頂單向抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的隸屬函數(shù) 式中 s——直接頂單向抗壓強(qiáng)度，MPa。 9.直接頂支撐性的隸屬函數(shù) 式中 N——直接頂厚度與采高的倍數(shù)比 10.偽頂厚度的隸屬函數(shù) 式中 h0——偽頂厚度，m。 11.底板單向抗壓強(qiáng)度的隸屬函數(shù) 式中 RD——底板單向抗壓強(qiáng)度，MPa。 12.工作面推進(jìn)長度的隸屬函數(shù) 13.工作面傾斜長度的隸屬函數(shù) 5.3評價因素權(quán)重 綜合評價因素權(quán)重是指評價系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的一種定量化約定，它表征了評價因素在評價結(jié)構(gòu)上的相對重要性，是實(shí)現(xiàn)評價系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相統(tǒng)一的關(guān)鍵。煤層地質(zhì)條件評價因素權(quán)重，其實(shí)質(zhì)就是各地質(zhì)因素對開采工藝影響相對重要性的定量描述。確定煤層地質(zhì)條件評價因素的權(quán)重要以開采規(guī)律為依據(jù)，以地質(zhì)條件與開采工藝的相互適應(yīng)性為主要內(nèi)容，充分利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)、研究成果和專家經(jīng)驗。目前最常用的方法有專家評分法和層次分析法等。這些方法依據(jù)專家對各因素對開采重要性的認(rèn)識，概念清晰，簡單易行，針對性強(qiáng)，對解決具體礦區(qū)煤層條件評價是比較適宜的。由于評價結(jié)果受專家的挑選及專家主觀因素的影響，對專家不熟悉的條件的評價是有失公允的。本文主要采用層次分析法（AHP）確定出各評價因素的權(quán)重。 層次分析法是系統(tǒng)工程中對非定量事件作定量分析的一種簡單方法，也是對人們的主觀判斷作客觀描述的一種有效方法，在確定多因素權(quán)重方面，可減少主觀性，更接近客觀實(shí)際。其應(yīng)用可分為五個步驟： （1）建立層次模型；（2）構(gòu)造判斷矩陣；（3）層次單排序及其一致性檢驗；（4）層次總排序；（5）層次總排序的一致性檢驗。 判斷矩陣的確定是成功應(yīng)用AHP法的關(guān)鍵。判斷矩陣元素的值反應(yīng)了人們對各因素相對的重要性（或優(yōu)劣、偏好、強(qiáng)度等）認(rèn)識，一般采用1~9及其倒數(shù)的標(biāo)度方法，如表5-1所示。 表5-1 判斷矩陣標(biāo)度及其意義 標(biāo)度 含義 1 表示兩個因素相比，具有同樣重要性 3 表示兩個因素相比，一個因素比另一個因素稍微重要 5 表示兩個因素相比，一個因素比另一個因素明顯重要 7 表示兩個因素相比，一個因素比另一個因素非常重要 9 表示兩個因素相比，一個因素比另一個因素極端重要 2,4,6,8 上述相鄰判斷的中指 倒數(shù) 因素i與j比較得判斷，則因素j與i比較的判斷 采用以上步驟對大采高綜采工作面煤層地質(zhì)條件多因素評價結(jié)果見表5-2~5-6所示。 表 5-2 A~B層判斷矩陣 A B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B1 1 6 5 7 8 7 7 B2 1/6 1 3 3 3 4 3 B3 1/5 1/3 1 3 3 3 3 B4 1/7 1/3 1/3 1 3 3 3 B5 1/8 1/3 1/3 1/3 1 2 2 B6 1/7 1/4 1/3 1/3 1/2 1 3 B7 1/7 1/3 1/3 1/3 1/2 1/3 1 表 5-3 B1~C判斷矩陣 B1 C1 C2 C1 1 7 C2 1/7 1 表5-4 B2~C判斷矩陣 B2 C5 C6 C5 1 2 C6 1/2 1 表 5-5 B6~C判斷矩陣 B6 C7 C8 C9 C10 C6 1 3 2 3 C7 1/3 1 2 3 C8 1/2 1/2 1 3 C9 1/3 1/3 1/3 1 表5-6 B7~C判斷矩陣 B7 C11 C12 C10 1 1 C11 1 1 表5-7 厚煤層一次采全厚綜采各因素權(quán)重計算結(jié)果 復(fù)合因素權(quán)重 子因素權(quán)重 1.地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度 0.4846 斷層影響 褶皺影響 0.4240 0.0606 2.煤層穩(wěn)定性 0.1727 煤厚變異性 夾矸系數(shù) 0.0994 0.0733 3.煤層厚度 0.1220 煤層厚度 0.1220 4.煤層傾角 0.0856 煤層傾角 0.0856 5.堅硬性 0.0526 煤層堅硬性 0.0526 6.煤層頂?shù)装鍡l件 0.0470 直接頂強(qiáng)度 基本頂支撐性 偽頂影響 底板強(qiáng)度 0.0212 0.0121 0.0093 0.0043 7.采區(qū)塊段 0.0355 可布置面長 可推進(jìn)長度 0.0311 0.0044 合計 1.000 合計 1.000 5.4綜合評價模型 煤層地質(zhì)開采工藝性評價是對采區(qū)地質(zhì)條件適應(yīng)程度進(jìn)行多層次綜合評價，將單因素的評價按一定算法映射為一綜合評價值，并將此綜合評價的大小來衡量地質(zhì)條件綜合適應(yīng)性的優(yōu)劣程度。 設(shè)評價因素集為，評價指標(biāo)特征向量，相對應(yīng)的影響因素隸屬度矩陣為，影響因素的結(jié)構(gòu)權(quán)重為。 綜合評價模型選用加權(quán)評價型，即： ， 式中 ——算子，針對不同的模型，可選?。ā?、）等具體運(yùn)算符號。一般采用線性加權(quán)綜合評價模型。 因為本文影響因素權(quán)重的結(jié)構(gòu)權(quán)重為用層次分析法確定的，即，所以上式可轉(zhuǎn)化為式： 式中 bj——綜合評價值。 5.5采區(qū)綜采評價等級分類 根據(jù)上述評價，結(jié)合五陽礦采區(qū)的具體情況，可將大采高綜采采區(qū)分成4個等級，如表5-8。 評價等級 評價結(jié)果 開采條件 Ⅰ >0.85 好 Ⅱ 0.70~0.85 較好 Ⅲ 0.60~0.70 一般 Ⅳ <0.60 較差 6大采高可行性評價 根據(jù)五陽礦七六和七八采區(qū)地質(zhì)條件可得七六、七八采區(qū)評價因素指標(biāo)，如下表6-1。 表6-1 七六、七八采區(qū)評價因素指標(biāo) 采區(qū) 號 斷層影響 褶皺影響 煤層穩(wěn)定性 煤層厚度 斷層 密度 斷層長度指數(shù) 斷層落差指數(shù) 褶皺剖面系數(shù) 褶皺平面系數(shù) 煤厚變異系數(shù) 夾矸 系數(shù) 76采區(qū) 0.5618 1.7191 0.9332 0.05 0.1001 0.0318 0.0099 6.04 78采區(qū) 0.2174 0.7609 3.3934 0.06 0.1230 0.0347 0.0097 6.08 采區(qū) 號 煤層 傾角 煤層 硬度 煤層頂?shù)装鍡l件 工作面快段 直接頂穩(wěn)定性 老頂支撐性 偽頂 影響 底板 強(qiáng)度 可布 面長 可推進(jìn) 長度 76采區(qū) 6 9.5 42.25 0.4023 0.35 38.9 240 1372 78采區(qū) 6 9.3 43.15 0.4115 0.37 37.6 240 1476 通過評價因素隸屬度函數(shù)計算可得采區(qū)煤層地質(zhì)條件開采工藝性的評價因素隸屬度如下表6-2 表 6-2 評價因素隸屬度 采區(qū)號 76采區(qū) 0.9324 0.9768 0.6433 2.0 1.0 0.978 0.150 78采區(qū) 0.9691 0.8641 0.6274 2.0 1.0 0.978 0.150 采區(qū)號 76采區(qū) 0.4605 0.0027 0.55 0.9597 1.0 0.8063 78采區(qū) 0.4605 0.0034 0.55 0.9597 1.0 0.8947 由綜合評價模型式可知， 綜上所述，對于五陽礦七六、七八采區(qū)的綜合評價均屬于Ⅱ級，宜采用大采高一次全厚綜采工藝開采。 7 600工作面設(shè)備選型與配套 根據(jù)國內(nèi)安全高效礦井生產(chǎn)經(jīng)驗，厚煤層綜采工作面應(yīng)具有較長的工作面長度，采煤機(jī)具有大截深、大功率（可切割夾矸）、較快的切割速度，液壓支架移架速度快（電液閥控制）且與大運(yùn)量的重型可彎曲刮板輸送機(jī)相匹配。主要采煤設(shè)備的選型與配置按照各環(huán)節(jié)生產(chǎn)能力相適應(yīng)、技術(shù)要求相配套的原則進(jìn)行配備。礦井移交生產(chǎn)及達(dá)到設(shè)計生產(chǎn)能力時，共布置兩個盤區(qū)兩個工作面，每個工作面均按3.0Mt/a配備采煤設(shè)備。 7.1液壓支架選型 液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，也是工作面裝備中投資最多的設(shè)備，應(yīng)把液壓支架的可靠性放在首位。液壓支架的選型既要考慮設(shè)備先進(jìn)性，又要考慮性能穩(wěn)定可靠、經(jīng)久耐用。本次設(shè)計液壓支架選型基于國內(nèi)比較成熟的大采高液壓支架。 1.支護(hù)高度 支架支護(hù)高度根據(jù)開采煤層的結(jié)構(gòu)厚度確定。76采區(qū)7600工作面3#煤厚度為4.31～6.2m，平均5.5m，除1個鉆孔煤層厚度為6.1m外，絕大部分鉆孔的煤層厚度在5.7～4.0m之間。設(shè)計本著少丟煤的原則，同時兼顧減少技術(shù)難度，確定液壓支架的最小支撐高度為2.6m，最大支撐高度為5.6m。 2.支護(hù)強(qiáng)度 結(jié)合3#煤的頂?shù)装鍘r性，按倍數(shù)巖重法對液壓支架支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行計算。計算公式如下： p=（6～8）Mγ 式中：p——支護(hù)強(qiáng)度，N/m2； M——采高，平均5.5m； γ——頂板巖石容重，為25kN/m3。 p＝（6～8）×5.5×25×103=0.825～1.10MPa 支架最大、最小支撐高度的確定以工作面采高為參數(shù)，可按下式計算 為最大采煤高度，計劃設(shè)定為5.5m；為最小采煤高度，4m；為預(yù)計頂板下沉量，0.4m；避免支架壓死的撤出高度，0.1m。 根據(jù)以上計算并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件，可選用ZY8000-26/56型掩護(hù)式液壓支架（配電液控制）。支架基本參數(shù)如表7-1。 表7-1 ZY8000-26/56型掩護(hù)式液壓支架參數(shù) 項目 參數(shù) 項目 參數(shù) 中心距/mm 1750 支撐高度/m 2.6～5.6 寬度/mm 1630～1830 適應(yīng)煤層傾角/(°) ≤15 初撐力/kN 6412 泵站壓力/MPa 31.5 工作阻力/kN 8000 操縱方式 本架手動 支護(hù)強(qiáng)度/MPa 0.98～1.01 移架步距/mm 900 底板比壓/MPa 1.21～3.15 支架重量/t 31.5 7.2采煤機(jī)選型 設(shè)計按工作面平均日產(chǎn)10000t選擇采煤機(jī)。 1.采煤機(jī)平均割煤速度 式中：V——采煤機(jī)平均割煤速度，m/min； Qd——工作面平均日產(chǎn)量，8000t； L——工作面長度，240m； Ls——采煤機(jī)開缺口行程，取35m； T——每班工作時間，取6h； K——工作面每班開機(jī)率，取0.7； H——工作面平均采高，取5.5m； B——采煤機(jī)截深，取0.8m； γ——煤層容重，取1.42t/m3； C——工作面采出率，取0.93。 V=10000×(240+35)/(60×3×6×0.8×240×5.5×0.8×1.42×0.93)=2.54(m/min) 2.采煤機(jī)最大割煤速度 式中：Vmax——采煤機(jī)最大割煤速度，m/min； Kc——采煤機(jī)割煤不均衡系數(shù)，取1.3。 (m/min)。 3.采煤切割功率 根據(jù)采煤機(jī)割煤速度，按能耗系數(shù)法計算采煤機(jī)切割功率，計算公式如下： 式中：——采煤機(jī)切割功率，kW； ——采煤機(jī)割煤能耗系數(shù)，取2.5～3。 N＝60×0.8×5.5×2.99×(2.5～3)/3.6＝518.3～622(kW)。 根據(jù)以上計算，考慮到本礦井陷落柱較多，遇到較小的陷落柱時采煤機(jī)能直接切割，采煤機(jī)功率要留有足夠的富裕系數(shù)。 滿足要求的生產(chǎn)廠家主要有：太原煤機(jī)廠、西安煤機(jī)廠、雞西煤機(jī)廠等。實(shí)際選用的采煤機(jī)為MGTY750/1800-3.3D型電牽引采煤機(jī)。具體參數(shù)見表7-2。 7.3 刮板輸送機(jī)選型 工作面刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)不低于采煤機(jī)的最大割煤能力，故刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力為： =60×2.99×5.2×0.8×1.42=1060(t/h)。 根據(jù)以上計算并考慮一定富裕系數(shù)，刮板輸送機(jī)選用SGZ1000/1400型，其基本參數(shù)見表7-3。 表7-2 MGTY750/1800-3.3D型電牽引采煤機(jī)參數(shù) 項目 參數(shù) 項目 參數(shù) 采高 3～5.6m 截割電機(jī)功率 750kW×2 機(jī)面高度 2140mm 牽引電機(jī)功率 90kW×2 過煤高度 900mm 泵站電機(jī)功率 35kW 臥底量 600mm 滾筒直徑 φ2700mm 煤的單向抗壓強(qiáng)度 ≤40MPa 滾筒截深 865mm 夾矸的單向抗壓強(qiáng)度 ≤70MPa 滾筒轉(zhuǎn)速 23.49r.p.m 適應(yīng)工作面傾角 0～20° 搖臂回轉(zhuǎn)中心距 8175mm 適應(yīng)工作面走向傾角 0～16° 牽引中心距 6395mm 供電電壓 3300V 滾筒中心距 14145mm 供電頻率 50Hz 牽引力 726～385kN 總裝機(jī)功率 1715k（2×750 +2×90+35） 牽引速度 0～10.4～24.8m/min 整機(jī)重量 約105t 表7-3 SGZ1000/1400型刮板輸送機(jī)參數(shù) 項目 參數(shù) 項目 參數(shù) 設(shè)計長度 300m 傳動比 1：39.325 訂貨長度 250m 刮板鏈型式 中雙鏈 輸送量 2000t/h 圓環(huán)鏈規(guī)格 42×146mm（德國BP緊湊鏈） 刮板鏈速 1.31m/s 鏈條中心距 260mm 裝機(jī)功率 2×700kW 中部槽型式 整體鑄焊式封底溜槽 電機(jī)型號 YBSD-700/350-4/8 規(guī)格（長×寬×高） 1750×1000×352mm 供電電壓 3300V 槽間連接形式 啞鈴 減速器型號 KPL-45（HB） 破斷負(fù)荷 液壓馬達(dá)低速緊鏈與伸縮機(jī)尾輔助緊鏈 7.4平巷設(shè)備選型 根據(jù)我國目前安全高效工作面的實(shí)際情況及國內(nèi)采煤機(jī)械制造水平，對工作面的破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及可伸縮帶式輸送機(jī)選型如下： 轉(zhuǎn)載機(jī)選用SZZ1000/400型刮板轉(zhuǎn)載機(jī)，功率400kW，電壓3300V，轉(zhuǎn)載能力2000t/h，轉(zhuǎn)載機(jī)要求帶自移裝置。 破碎機(jī)選用PLM3000型破碎機(jī)，功率200kW，電壓3300V，破碎能力2000t/h。 可伸縮帶式輸送機(jī)選用DSJ1200/2×315型輸送機(jī)兩條，帶寬1.2m，電機(jī)功率為2×315kW，電壓1140