采礦工程畢業(yè)論文---南冶煤礦薄煤層高產(chǎn)高效綜采技術(shù)研究

1、<p>　　薄煤層高產(chǎn)高效綜采技術(shù)研究</p><p>　　摘要：南冶煤礦位于萊蕪煤田東部，第15層煤為本井田主可采煤層之一，煤厚0.72～1.35m，平均1.05m，含夾石0～2層，夾石厚度0.1～0.2m，平均0.15m，為復(fù)雜煤層。頂板為灰色到深灰色粉砂巖或粉細(xì)砂巖互層，穩(wěn)定性較差。老頂為淺灰色中砂巖，鈣質(zhì)膠結(jié)，堅(jiān)硬不易冒落。</p><p>　　為了改善勞動(dòng)環(huán)境，做到高效

2、、安全的生產(chǎn)，本文針對31503東工作面進(jìn)行了采煤方法改革的研究，由普采改為綜采生產(chǎn)，并進(jìn)行了礦壓觀測，得出了其顯現(xiàn)規(guī)律，為指導(dǎo)同等條件下的薄煤層開采工作提供了科學(xué)依據(jù)。</p><p>　　論文的最后對綜采與普采的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了對比分析，提出了工作面安全生產(chǎn)技術(shù)措施，以期指導(dǎo)薄煤層高產(chǎn)高效綜采在煤礦開采工作中的實(shí)際應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：薄煤層, 高產(chǎn)高效, 礦壓, 綜采&l

3、t;/p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 課題的提出1</p><p>　　1.1 薄煤層綜采現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 研究的目的和意義2</p><p>　　1.3 研究的理論依據(jù)3</p><p>　　2 薄煤層開采工藝

4、研究6</p><p>　　2.1 開采技術(shù)條件6</p><p>　　2.2 薄煤層綜采適應(yīng)性分析8</p><p>　　2.3 31503東工作面巷道布置及支護(hù)設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.4 采煤方法20</p><p>　　2.5 主要生產(chǎn)系統(tǒng)21</p><p&g

5、t;　　3 綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律23</p><p>　　3.1 礦壓觀測的目的和內(nèi)容23</p><p>　　3.2 礦壓觀測分析24</p><p>　　3.3 礦壓觀測結(jié)論34</p><p>　　4 薄煤層綜采工作面效益分析35</p><p>　　4.1 掘進(jìn)及回采成本35</

6、p><p>　　4.2 材料成本分析37</p><p>　　4.3 其他成本分析39</p><p>　　5 主要技術(shù)措施41</p><p>　　5.1 工作面頂板管理41</p><p>　　5.2 工作面防倒防滑措施41</p><p>　　5.3 工作面防火43&l

7、t;/p><p>　　6 結(jié)論與建議44</p><p><b>　　1 課題的提出</b></p><p>　　1.1 薄煤層綜采現(xiàn)狀</p><p>　　我國薄煤層可采儲(chǔ)量為61.5億t，約占煤層總可采儲(chǔ)量的19%，其中0.8～1.3m的緩傾斜薄煤層占73.4%。中硬以下的薄煤層層數(shù)占總層數(shù)的64.59%，總的來

8、說，我國0.8～1.3m的中硬以下的薄煤層占大多數(shù)，這些煤層有條件實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采。據(jù)1985~1995年度煤礦機(jī)械化生產(chǎn)年度報(bào)告，1985年1.3m以下的薄煤層產(chǎn)量為3487萬t，占該年度回采總產(chǎn)量的12.29%，1995年下降到9.32%。緩傾斜薄和極薄煤層開采已經(jīng)成為全局性的問題。綜觀全國形勢，薄煤層的開采越來越突出，已是一個(gè)急待解決的問題。</p><p>　　隨著對薄煤層高產(chǎn)高效綜采研究的深入，國內(nèi)外學(xué)者

9、在這一領(lǐng)域取得了突出成就。近年來，國外主要產(chǎn)煤國家十分重視薄煤層和極薄煤層開采技術(shù)的改進(jìn)。這種情況一方面說明薄煤層的開拓儲(chǔ)量大，另一方面也說明薄煤層的煤質(zhì)好。出于技術(shù)上的需要，也是重視薄煤層開采的一個(gè)重要原因。例如，開采煤和瓦斯突出煤層時(shí)，薄煤層就是作為解放層被開采的。 目前，井工開采的薄煤層主要是厚度為0.9~1.2m緩傾斜煤層。</p><p>　　我國薄和極薄煤層開采技術(shù)研究主要集中在：</p>

10、<p>　　(1)提高薄和極薄煤層開發(fā)的機(jī)械化。我國自行研制和仿制的采煤機(jī)有10多個(gè)機(jī)型，但相對比較落后，應(yīng)該積極研制開發(fā)強(qiáng)力、高效、高能、可靠的第三代采煤機(jī)。此外，還要研制大功率的薄煤層輸送機(jī)。</p><p>　　(2)薄煤層礦壓顯現(xiàn)相對緩和，在液壓支架有足夠的初撐力和工作阻力，足夠強(qiáng)度前提下，盡量減小頂梁，底座厚度，增加頂梁下人行道的尺寸，提高支架調(diào)高范圍，發(fā)展支架遠(yuǎn)距離遙控操作，減小勞動(dòng)強(qiáng)度

11、。</p><p>　　(3)提高我國的無人工作面采煤技術(shù)。無人工作面即工人不長時(shí)在工作面內(nèi)跟機(jī)操作，而是在其他安全地點(diǎn)操縱和控制設(shè)備，完成工作面內(nèi)回采工作。它是煤炭科學(xué)進(jìn)步的方向之一，可以實(shí)現(xiàn)回采的安全，低耗，高效。 </p><p>　　1.2研究的目的和意義</p><p>　　我國薄煤層煤炭資源豐富且分布廣泛，可采儲(chǔ)量約6150Mt，占總可采儲(chǔ)量的20%。近

12、年來，由于薄煤層開采，工作面作業(yè)空間狹窄，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，特別是煤層埋藏深，地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層多，礦壓大，造成薄煤層開采經(jīng)濟(jì)效益低。同時(shí)，我國薄煤層開采工藝和技術(shù)裝備較為落后，致使大量薄煤層煤炭資源處于擱置狀態(tài)，縮短了礦井服務(wù)期限。特別是各礦區(qū)在投產(chǎn)初期從提高經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，優(yōu)先開采中厚煤層和厚煤層，造成生產(chǎn)接續(xù)和資源平衡的矛盾日益突出。如何實(shí)現(xiàn)薄煤層安全高效、綜合機(jī)械化開采，提高煤炭資源的利用率，進(jìn)行薄煤層綜采配套設(shè)備的研究與應(yīng)用勢在必

13、行。</p><p>　　由于經(jīng)濟(jì)效益差，開采該類煤層的綜采設(shè)備機(jī)械化水平普遍較低。配套設(shè)備主要分為下列2類：①配套國產(chǎn)液壓支架、刮板輸送機(jī)，采用國產(chǎn)薄煤層滾筒采煤機(jī)開采，如平頂山、邢臺、華鎣山等，工作面年產(chǎn)量一般在50多萬t，條件好的工作面一般也不超過100萬t；②配套國產(chǎn)液壓支架，采用進(jìn)口刮板輸送機(jī)和刨煤機(jī)開采，如鐵法、西山、晉城等，工作面年產(chǎn)量一般也在150萬t左右。</p><p>

14、;　　國外開采同類煤層的綜采設(shè)備的類型和國內(nèi)相似，也大多采用滾筒采煤機(jī)和刨煤機(jī)，但由于其工作面設(shè)計(jì)合理，配套設(shè)備生產(chǎn)能力大，工作面年產(chǎn)量一般都超過200萬t，有些甚至超過了300萬t。</p><p>　　目前，開采中厚偏薄煤層的綜采設(shè)備的發(fā)展趨勢主要有：簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，減少中間環(huán)節(jié)，加大工作面尺寸，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力和可靠性，提高工作面的自動(dòng)化水平。</p><p>　　31503東工作面

15、是南冶煤礦315采區(qū)的首采工作面，綜采工作面的推進(jìn)速度明顯快于普采工作面，采場頂板運(yùn)動(dòng)將呈現(xiàn)新的規(guī)律，對超前巷道的影響也將發(fā)生較大變化。</p><p>　　本篇論文主要通過研究該煤礦薄煤層綜采技術(shù)，結(jié)合國外在薄煤層開采方面取得的成果，提出合理的薄煤層高產(chǎn)高效開采工藝技術(shù)，解決工作面主要設(shè)備配套問題，探討薄煤層綜采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和巷道支護(hù)技術(shù)，對改善工作環(huán)境，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高薄煤層采出率，具有重要的指導(dǎo)意義

16、。</p><p>　　1.3研究的理論依據(jù)</p><p>　　自采用長壁開采技術(shù)以來，回采工作面的頂板控制一直是采礦學(xué)科研究的核心問題之一。20世紀(jì)60年代至80年代初，出現(xiàn)了很多采場頂板結(jié)構(gòu)的假說和理論，每種假說都以不同方式回答了上覆巖層結(jié)構(gòu)的形式問題。在這其中有前蘇聯(lián)工程師Ф.許普魯特提出的壓力拱假說；前蘇聯(lián)學(xué)者T.H.庫茨涅佐夫提出的鉸接巖塊學(xué)說。</p><

17、p>　　我國有錢鳴高院士在鉸接巖快學(xué)說和預(yù)成裂隙梁假說的基礎(chǔ)上，提出的上覆巖層開采后呈砌體梁式平衡的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，以及宋振騏院士提出的以巖層運(yùn)動(dòng)為中心的礦壓理論。在進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，國內(nèi)外學(xué)者對綜放采場的巖層活動(dòng)及礦山壓力顯現(xiàn)特點(diǎn)進(jìn)行了研究，取得了一些較為一致的認(rèn)識。即礦山壓力的存在是客觀的、絕對的，它存在于采動(dòng)空間的周圍巖體中。但礦山壓力顯現(xiàn)則是相對的、有條件的。</p><p>　　壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈的

18、部位不一定是壓力高峰的位置。就某一點(diǎn)而言，壓力顯現(xiàn)的變化幅度與該點(diǎn)壓力大小的增減幅度是相關(guān)的、對應(yīng)的，但不一定成正比。</p><p>　　影響支承壓力參數(shù)的因素很多，主要有與開采深度有關(guān)的原巖應(yīng)力、采空區(qū)的形狀和尺寸、采空區(qū)上覆巖層的性質(zhì)及動(dòng)態(tài)、煤柱的強(qiáng)度及其周圍采動(dòng)狀況以及煤層的開采厚度等。這些因素的不同使支承壓力參數(shù)的變化范圍很大，支承壓力參數(shù)主要由現(xiàn)場實(shí)測取得。</p><p>　

19、　研究證明，對應(yīng)不同的開采深度和煤層強(qiáng)度條件，采場周圍煤層上支撐壓力分布可能有以下三種情況：</p><p>　　(1)單一的彈性分布</p><p>　　這種分布的特點(diǎn)是壓力高峰在煤層邊緣，隨與煤壁距離增加按負(fù)指數(shù)曲線規(guī)律遞減，在從煤壁開始的整個(gè)分布范圍內(nèi)，煤層都處于彈性壓縮狀態(tài)。此時(shí)，由于煤層邊緣未遭破壞，覆蓋巖層保持了較高的接觸應(yīng)力，很難沿層面剪切滑移，這就決定了采場上覆巖梁間的離層

20、不可能深入到煤壁前方。因此，各巖梁的斷裂只能在煤壁處發(fā)生，而且在巖梁斷裂時(shí)，煤壁前方的巷道中除了可能觀測到頂板反彈現(xiàn)象之外，將看不到頂?shù)装逡平让黠@的壓力顯現(xiàn)。</p><p>　　(2)塑性破壞區(qū)的分布</p><p>　　該分布由塑性區(qū)及彈性區(qū)兩個(gè)部分構(gòu)成。其中彈性區(qū)煤層處于彈性變形狀態(tài)，其壓力分布是一個(gè)高峰在彈塑性交界處并向縱深發(fā)展逐漸下降至原始應(yīng)力值的曲線，各部位壓力與該處煤層的壓

21、縮成正比。相反，塑性區(qū)煤層已遭破壞。顯然，進(jìn)入該狀態(tài)的煤層，如果沒有水平應(yīng)力的約束，其變形都將會(huì)繼續(xù)發(fā)展。因此，足夠的水平應(yīng)力是該部位煤層在一定壓力下能保持穩(wěn)定的條件。正因?yàn)樗苄詤^(qū)煤層承載能力大幅下降，而且處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，所以無法阻止上覆巖梁彎曲沉降及巖梁間接觸應(yīng)力消失。這種狀態(tài)為各巖梁間的層面剪切破壞和深入煤壁前方斷裂創(chuàng)造了條件。</p><p>　　(3)內(nèi)應(yīng)力場的分布</p><p&

22、gt;　　這種分布的主要特點(diǎn)是巖梁深入塑性區(qū)斷裂，原來完整的應(yīng)力場以巖梁斷裂線為界，明顯地分為兩個(gè)部分。一部分是由運(yùn)動(dòng)著的巖梁重量所決定的內(nèi)應(yīng)力場，另一部分是與上覆巖層總體重量相聯(lián)系的外應(yīng)力場，包括新擴(kuò)展的塑性區(qū)及彈性區(qū)兩部分。</p><p>　　2薄煤層開采工藝研究</p><p><b>　　2.1開采技術(shù)條件</b></p><p>&

23、lt;b>　　2.1.1礦井概況</b></p><p>　　南冶煤礦位于萊蕪煤田東部，屬華北石炭二疊系含煤地層，包括中石炭系本溪組，上石炭系太原組，下二疊系山西組。煤系基盤為奧陶系石灰?guī)r。含煤地層總厚度300m左右，共含煤19層，含煤總厚度12m左右。其中2、4、7、9、11、15、19層為可采煤層。礦井采用斜井綜合開拓，走向長壁后退式采煤，冒落法管理頂板，共分3個(gè)水平，其中第一水平(

24、7;0水平)，第二水平（-180m水平），現(xiàn)已結(jié)束。現(xiàn)開采水平為第三水平（-400m水平）最大采深達(dá)到810m，礦井采用炮采、炮掘和高檔普采、綜掘。目前生產(chǎn)能力60萬t/a，2003年生產(chǎn)原煤58.6萬t。</p><p>　　2.1.2煤層賦存條件</p><p><b>　　(1)煤層賦存條件</b></p><p>　　工作面的整體構(gòu)造形

25、態(tài)為單斜，但其間有發(fā)育小規(guī)模的向斜和背斜。走向自西部的75°到東部的115°。傾向自西部的15°到東部的25°。每煤層傾角總體上呈西緩東陡之勢，西部最小傾角15°，東部最大傾角25°，平均20°。煤層的厚度變化范圍為0.72m～1.3m（逆斷層重復(fù)及煤15與煤16合層除外），平均1.05m。煤層厚度的變化對對綜采有一定影響。該段煤層可采指數(shù)為0.95，變異系數(shù)24.3

26、%，屬賦存較穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄煤層。</p><p><b>　　(2)地質(zhì)構(gòu)造情況</b></p><p>　　本面位于F付1與F秦1之間，總體構(gòu)造形態(tài)為單斜構(gòu)造，局部有較寬緩的褶曲，構(gòu)造比較復(fù)雜，現(xiàn)階段共揭露落差大于0.5m的斷層21條，具體見附表。局部發(fā)育煤層變薄帶。斷層附近的頂板破碎，對回采有一定影響。經(jīng)巷道實(shí)際揭露，未發(fā)現(xiàn)巖漿巖侵入體、陷落柱等。因此，從總體

27、上來看，該面的地質(zhì)條件屬于較復(fù)雜型。具體見表2.1。</p><p>　　表2.1 斷層產(chǎn)狀要素表</p><p><b>　　(3)水文地質(zhì)情況</b></p><p>　　該區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，直接充水含水層為煤15基本頂中砂巖，富水性弱，在斷層破碎帶及采空區(qū)冒落帶出現(xiàn)一定量淋水，根據(jù)同煤層工作面開

28、采情況分析，不會(huì)影響正常生產(chǎn)。工作面附近無其它水害威脅。 </p><p><b>　　(4)儲(chǔ)量情況</b></p><p>　　31503工作面儲(chǔ)量計(jì)算范圍：東至31503東切眼；西到315上山保護(hù)煤柱線；上至31503東上巷；下到31503東下巷。走向長840m，傾斜寬160m，煤厚1.2m，平均傾角20°，容重1.33t/m3，工業(yè)儲(chǔ)量22萬t，可采

29、儲(chǔ)量21.56萬t。</p><p>　　2.1.3瓦斯、煤塵和煤的自燃</p><p>　　南冶煤礦自1985年以來瓦斯相對涌出量最高為3.5m3/t?d（87年），CO2相對涌出量最高為8.58m3/td（93年），均不大于10m3/t?d，應(yīng)屬低瓦斯礦井。礦井第二次延深勘探對第2、7、15煤層進(jìn)行了煤塵爆炸試驗(yàn)，各煤層均有煤塵爆炸危險(xiǎn)性。礦井為自燃礦井，但無自燃發(fā)火史。</p&

30、gt;<p><b>　　2.1.4地溫</b></p><p>　　常溫帶一般在孔深40～60m，溫度16℃左右。地溫梯度煤系地層為1.9℃/100m，煤系上覆地層為1.2℃/100m，均小于3℃/100m，為地溫正常區(qū)。原始巖溫為31℃的點(diǎn)屬地溫正常背景下的一級高溫區(qū)。</p><p>　　2.2薄煤層綜采適應(yīng)性分析</p><p

31、>　　2.2.1采煤方法改革的必要性</p><p>　　(1)當(dāng)前采煤方法存在的問題</p><p>　　15煤層厚度0.72～1.35m，平均厚度1.05m，中部夾矸厚度0.15m，采高1.20m，傾角10～25°，煤層硬度f =1.5。煤層屬賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄煤層。</p><p>　　目前該煤層均采用走向長壁后退式采煤方法。機(jī)采落煤，采高

32、1.20m，采用單體液壓支柱和鉸接頂梁支護(hù)。最大控頂距4.5m，最小控頂距3.5m，見四回一，見附圖2.1。</p><p><b>　　1200</b></p><p>　　1500 1000 1000 1000</p><p><b>　　4500</b></p><p>

33、;　　圖2.1高檔普采工作面最大控頂支護(hù)圖</p><p>　　工作面長度一般在120～150m之間。工作面循環(huán)作業(yè)方式均采用三班生產(chǎn)，邊采邊準(zhǔn)，沒有專門的檢修班，設(shè)備檢修在生產(chǎn)班中利用支柱、回柱放頂時(shí)間進(jìn)行。循環(huán)進(jìn)尺1.0m，日進(jìn)3.0m，工作面出勤人數(shù)150人左右，月產(chǎn)1.8萬t，直接工效4t/工左右，產(chǎn)量低、用人多、效率低。</p><p>　　目前綜采已成為我國實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的重要途

34、徑，綜采工作面年產(chǎn)量大多在80萬t以上。南冶煤礦15層煤的采煤方法雖然由原來的炮采改進(jìn)為機(jī)采并且在巷道布置、兩巷支護(hù)、工作面布置方式等方面做了一些改進(jìn)，但存在著以下嚴(yán)重問題：</p><p>　?、俟ぷ髅娌牧舷拇?，工人勞動(dòng)強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，礦井經(jīng)濟(jì)效益較差。</p><p>　?、诠ぷ髅嫱七M(jìn)速度慢，工作面支護(hù)難度大，工作面及上、下平巷受壓力影響范圍大，上下平巷維護(hù)量大。&l

35、t;/p><p>　?、酃ぷ髅娴装鍨檐浀祝е鯎瘟Φ?，支柱鉆底量大，造成頂板下沉量大，而且回柱困難，嚴(yán)重危脅采煤工作面的安全。</p><p>　?、艿V井全員效率低，生產(chǎn)成本高，安全條件差等一系列問題日益突出。</p><p>　　在目前隨礦井的開采，15層煤將作為主采煤層的情況下，由于采煤方法限制，礦井無法實(shí)現(xiàn)減員提效、集中生產(chǎn)、提高產(chǎn)量降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)，在市場經(jīng)

36、濟(jì)條件下礦井缺乏競爭力。因此，為確保南冶煤礦實(shí)現(xiàn)安全高效開采，急需對南冶煤礦15層煤采煤方法進(jìn)行改革。</p><p>　　(2)南冶煤礦15煤層合理采煤方法</p><p>　　目前國內(nèi)在中厚煤層中實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的開采方法主要是大采高綜采。而在薄煤層工作面實(shí)施綜采尚屬首次。</p><p>　　薄煤層綜采可以有效地保證安全生產(chǎn)，加快工作面推進(jìn)速度，提高單產(chǎn)，與高檔普

37、采相比，綜采具有以下技術(shù)優(yōu)勢：</p><p>　?、夙敯蹇刂茊栴}減少，綜采初撐力高，移架方便，能快速有效地支護(hù)機(jī)道頂板，減少空頂時(shí)間，減少冒頂事故。</p><p>　?、诰C采支護(hù)回撤采用快速移架方式，減少了高檔普采工作面人工回撤柱梁鞋工序，有力地保證了安全生產(chǎn)。</p><p>　?、劢档蛧嵜撼杀荆岣吖ぷ髅嫔a(chǎn)效益，由于綜采實(shí)行全封閉支護(hù)，免去了塑料網(wǎng)護(hù)頂費(fèi)用

38、；綜采支架底座面積大，減少了因支柱鉆底穿鞋費(fèi)用；減少了底板特別松軟處鋪大木鞋以及頂板冒頂穿頂造成的坑木消耗；生產(chǎn)噸煤成本大幅度降低。</p><p>　?、艽龠M(jìn)我礦“雙高”礦井建設(shè)。薄煤層綜采工作面年產(chǎn)可以達(dá)到37.8萬t以上，實(shí)際用人控制在100人以下，直接工效11.7t/工，促進(jìn)我礦向高產(chǎn)高效Ⅱ類礦井發(fā)展。</p><p>　?、萃七M(jìn)速度快，可減小礦壓對底板的破壞，避免了支柱鉆底造成支

39、護(hù)材料的丟失浪費(fèi)，增加了礦井效益。</p><p>　?、抻欣谠O(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)，延長設(shè)備使用壽命，綜采可以實(shí)現(xiàn)集中時(shí)間生產(chǎn)和集中時(shí)間檢修。</p><p>　　2.2.2 15煤層綜采適應(yīng)性分析</p><p><b>　　(1)煤層賦存</b></p><p>　　煤層厚0.72～1.35m，平均1.05m，含夾石

40、0～2層，夾石厚度0.1～0.2m，平均0.15m，為復(fù)雜煤層，一般由夾石將煤層分為上下兩個(gè)分層，上分層厚0.25m左右，下分層厚0.8m左右。煤層平均傾角20°，斷層多地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。</p><p>　　(2)頂?shù)装宸旨壏诸惽闆r</p><p>　　直接頂為灰色到深灰色粉砂巖或粉細(xì)砂巖互層，厚度平均6m，斷口較粗糙，層理節(jié)理較發(fā)育，穩(wěn)定性較差，含植物化石及層狀黃鐵礦，其中煤層上

41、方偽頂厚度0.2m左右，隨采隨冒，15層煤直接頂初次跨落步距為8.3m，直接頂類別Ⅰb，f =4，單向抗壓強(qiáng)度為27MPa.?；卷敒闇\灰色中砂巖，厚度平均16m，鈣質(zhì)膠結(jié)，堅(jiān)硬不易冒落，f=5，基本頂初次來壓步距為21m，屬于Ⅰ級來壓不明顯頂板。直接底板為1m左右粉砂巖，深灰色，易碎，含有大量的植物化石，底板比壓15.6MPa，f =3，屬Ⅲa類軟底。其底部為煤16，厚度0.5m左右，f＝1.5。</p><p&g

42、t;　　(3)綜采安全性分析</p><p>　?、儆绊懢C采安全的主要因素</p><p>　　a.瓦斯、煤塵具有爆炸性，是影響綜采安全的主要因素之一。</p><p>　　b.煤層傾角大。南冶煤礦15煤層傾角15~25°(個(gè)別受斷層影響的塊段最大達(dá)到30°)，在大傾角工作面，設(shè)備在重力作用下，存在下滑和失穩(wěn)現(xiàn)象，影響工作面的正常生產(chǎn)和頂板支護(hù)，

43、甚至出現(xiàn)倒架、冒頂?shù)任ｋU(xiǎn)。</p><p>　　c.煤層采高只有1.20m，操作空間小，不利于人員安全操作和躲避災(zāi)害。</p><p>　　②綜采工作面瓦斯治理技術(shù)</p><p>　　綜采工作面的實(shí)際需風(fēng)量主要根據(jù)工作面瓦斯涌出量，并兼顧工作面氣溫、風(fēng)速和同時(shí)工作人數(shù)等工作面環(huán)境條件進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　經(jīng)風(fēng)量計(jì)算、風(fēng)速驗(yàn)算后，3

44、1503東工作面風(fēng)量取335m3/min。當(dāng)工作面供風(fēng)量達(dá)到335m3/min時(shí)，不僅可滿足防瓦斯要求，而且可保證工作面氣溫對風(fēng)速的要求。</p><p>　　另外，還需在綜采工作面設(shè)置瓦斯自動(dòng)報(bào)警斷電儀和安全監(jiān)測系統(tǒng)，對綜采工作面的瓦斯進(jìn)行監(jiān)測并及時(shí)分析。斷電范圍：工作面及其回風(fēng)巷內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備。</p><p>　?、劬C采工作面防滅火技術(shù)</p><p&

45、gt;　　a.選擇工作面適宜的供風(fēng)量及合理穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)</p><p>　　對于低瓦斯礦井，在確保人員呼吸、設(shè)備冷卻及創(chuàng)造較好生產(chǎn)環(huán)境的前提下，風(fēng)量計(jì)算中各參數(shù)取下限以減少工作面兩端風(fēng)壓差。</p><p>　　合理穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)是保證工作面定量供風(fēng)的前提條件，選擇通風(fēng)構(gòu)筑物的位置要合理有效；所有影響到綜采面通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定的風(fēng)門都要安設(shè)閉鎖裝置，確保2扇風(fēng)門不得同時(shí)敞開。</p>

46、;<p>　　b.保持工作面快速推進(jìn)</p><p>　　采煤工作面的快速推進(jìn)不僅是一個(gè)效益問題，而且是一項(xiàng)極其重要的防火措施，是保持工作面采空區(qū)較低自燃幾率的根本問題。為確保實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，需采取以下措施：保證綜采工作面日推進(jìn)度4.0m以上；工作面開采結(jié)束后及時(shí)封閉采空區(qū)；浮煤清理干凈，防止采空區(qū)浮煤自燃。</p><p>　?、芫C采工作面煤塵治理技術(shù)</p>

47、<p>　　煤礦粉塵的危害是眾所周知的，粉塵不僅使長期處于該環(huán)境下工作的工人患職業(yè)（矽）肺病，還會(huì)發(fā)生爆炸，對工人及礦井的安全造成極大的威脅。必須對綜采工作面采用綜合防塵措施：建立綜采工作面獨(dú)立的防塵（降塵）系統(tǒng)，降低綜采工作面開采過程中煤塵濃度；對綜采工作面超前高壓注水；采煤機(jī)司機(jī)、移架工佩戴防塵口罩，搞好個(gè)體防塵；工作面進(jìn)、回風(fēng)巷每天用水沖刷一次，保證無煤塵沉積。</p><p><b>

48、　?、莘乐嗡踩胧?lt;/b></p><p>　　突水前安全措施：工作面上下兩巷水溝保持暢通，無淤泥、積水及臟雜物堆積；下巷有積水時(shí)，必須安泵排干；該面水文地質(zhì)條件簡單，雖不會(huì)影響生產(chǎn)，但隨工作面推進(jìn)，老空水流入該面下巷，因此面下巷應(yīng)有一臺備用排水泵；要保持工作面下部超前開采5m，實(shí)現(xiàn)仰采，出現(xiàn)淋水后，可盡量減少進(jìn)入工作面的水量；工作面開采過程中，必須堅(jiān)持有疑必探的原則。</p>&l

49、t;p>　　2.2.3綜采設(shè)備選型</p><p>　　(1)工作面割煤高度、采煤機(jī)截深及日循環(huán)數(shù)</p><p>　　按照工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的原則，南冶礦15層煤綜采工作面采煤機(jī)截深愈大愈有利，但由于煤層傾角大，工作面設(shè)備下滑及支架歪斜在實(shí)際生產(chǎn)中不可避免。為了調(diào)整支架，支架重量不可太大，在支護(hù)強(qiáng)度滿足的情況下，支架移架步距選擇較小為宜；另外受礦井配采限制，綜采工作面生產(chǎn)能力不宜大

50、于40萬t。因此，選擇采煤機(jī)截深為0.63m，月產(chǎn)3萬t左右。</p><p>　　由于南冶礦的綜采首采工作面已經(jīng)限定平均長度160m左右，因此，只能按工作面的日最小循環(huán)數(shù)驗(yàn)證工作面長度是否滿足要求。工作面日循環(huán)數(shù)可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　對于首采31503東綜采工作面，要求工作面日完成

51、7個(gè)循環(huán)，即采煤機(jī)割煤7刀。</p><p><b>　　(2)設(shè)備選型</b></p><p><b>　?、俨擅簷C(jī)</b></p><p>　　采煤機(jī)應(yīng)根據(jù)煤層厚度、煤的力學(xué)性質(zhì)以及煤層傾角、頂?shù)装逍再|(zhì)對采煤機(jī)的影響來選擇，如前所述，31503東工作面煤層厚度為0.72～1.30m，平均厚度為1.05m，煤層含有夾矸0

52、.15m，屬硬煤；煤層傾角平均為20°；直接頂為灰色到深灰色粉砂巖或粉細(xì)砂巖互層，厚度6m，斷口較粗糙，層理節(jié)理較發(fā)育，穩(wěn)定性較差，含植物化石及層狀黃鐵礦，其中煤層上方偽頂厚度0.2m左右，隨采隨冒，f=3~4?；卷敒闇\灰色中砂巖，厚度為16m，矽質(zhì)膠結(jié)，堅(jiān)硬不易冒落，f =5，弱含水；直接底板為深灰色1m左右粉砂巖，易碎，含有大量的植物化石，f =3，屬Ⅲa類軟底。其底部為煤16，厚度0.5m左右f＝1.5。</p&

53、gt;<p>　　根據(jù)上述條件，采煤機(jī)可選用MG132/300-WB型雙滾筒無鏈液壓牽引采煤機(jī)，其主要技術(shù)特征如下表2.2。</p><p>　　表2.2 采煤機(jī)技術(shù)特征表</p><p><b>　?、诠伟遢斔蜋C(jī)</b></p><p>　　按照輸送機(jī)應(yīng)滿足的生產(chǎn)能力和采煤機(jī)型號，可選用西

54、北奔牛機(jī)械有限公司的SGZ-630/264-W型中單鏈刮板輸送機(jī)。具體技術(shù)特征見表2.3。</p><p>　　表2.3 刮班輸送機(jī)技術(shù)特征表</p><p><b>　?、垡簤褐Ъ?lt;/b></p><p>　　綜采工作面支架架型是否與工作面煤層地質(zhì)條件相適應(yīng)，是綜采工作面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。主要考慮以下幾方面：

55、</p><p>　　a.15層煤傾角大，支架必須有防倒防滑機(jī)構(gòu)；</p><p>　　b.采深大，煤層節(jié)理裂隙較發(fā)育，存在片幫、冒頂?shù)目赡苄?，需進(jìn)行及時(shí)支護(hù)；</p><p>　　c.初期投資小，支架重量不易太重，考慮采用輕型支架。</p><p>　　根據(jù)綜采支架選型原則，采用掩護(hù)式輕型支架，支架適應(yīng)高度1.1~1.5m。所以選用ZY26

56、00/09/20型液壓支架。</p><p><b>　　(4)其他設(shè)備選型</b></p><p>　　其他設(shè)備選型見表2.4。</p><p>　　表2.4 其他設(shè)備選型</p><p>　　2.3 31503東工作面巷道布置及支護(hù)設(shè)計(jì)</p><p&g

57、t;　　2.3.1工作面位置與毗鄰關(guān)系</p><p>　　進(jìn)行綜采的首采面31503東工作面為擴(kuò)大區(qū)三采區(qū)、15層煤東翼第三階段工作面，西部鄰近315運(yùn)輸上山及315軌道上山，東部到邊界切眼，南部未開拓。</p><p>　　綜采工作面走向長760～900m，平均840m。平均傾斜寬160m。工作面下巷標(biāo)高為-371.6～-359.4m，上巷頂板標(biāo)高-302.7m～318.4m，工作面距

58、地表垂深512.7m～581.6m。</p><p>　　2.3.2工作面巷道布置及支護(hù)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　(1)工作面切眼</b></p><p>　　工作面由東向西推采，開切眼位置在東邊界。由于東部邊界煤層受斷層影響，煤層變薄，因此，自斷層向西120m，由下平巷導(dǎo)26號點(diǎn)向上正傾斜布置切眼，切眼規(guī)格：5.5×2m2，

59、矩形斷面，坡度20°，長度160m。切眼采用樹脂加長錨桿配錨帶網(wǎng)錨固，并進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)；工作面切眼按3部分先后掘進(jìn)，首先掘Ⅰ區(qū)，然后再由下向上分別掘進(jìn)Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)。距西幫3m，沿傾斜方向每隔1m支設(shè)1棵戴帽單體液壓支柱，支柱時(shí)穿鐵鞋。工作面切眼支護(hù)斷面如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 工作面切眼支護(hù)斷面圖</p><p><b>　?、夙敯逯ёo(hù)<

60、/b></p><p>　?、駞^(qū)：頂板采用錨帶網(wǎng)、錨索支護(hù)。錨索間距1.8m，排距3m，鋼帶長2.4m，錨桿間排距850×700mm。錨桿支護(hù)形式和規(guī)格：Φ20×2000 mm等強(qiáng)度全螺紋鋼錨桿。</p><p>　　Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)：錨帶網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距850×700mm。</p><p>　　錨桿支護(hù)形式和規(guī)格：Φ20×

61、2000 mm等強(qiáng)度全螺紋鋼錨桿。</p><p>　　錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支MSK2850樹脂錨固劑，鉆孔直徑32mm，錨固長度1000mm。</p><p>　　錨桿角度：靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度為與鉛垂線呈30°。</p><p>　　錨索：單根鋼絞線Φ15.24mm，長度6m，加長錨固，采用4支MSK2850</p>&l

62、t;p><b>　　樹脂錨固劑。</b></p><p><b>　?、趦蓭椭ёo(hù)</b></p><p>　　錨桿形式和規(guī)格：Φ18×1800 mm等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。</p><p>　　錨固方式：樹脂端部錨固，采用一支錨固劑。</p><p>　　錨桿角度：靠近頂板的巷幫錨桿安設(shè)角

63、度為與水平線呈20°，靠近底板的巷幫錨桿安設(shè)角度為30°。</p><p>　　錨桿布置：錨桿間排距1200×700mm，兩幫各布置2條錨桿。</p><p><b>　　(2)工作面上平巷</b></p><p>　　沿煤層頂板布置。按中線掘進(jìn)，單軌布置。巷道斷面規(guī)格：凈寬×高（下幫）＝3.0×

64、;2.4m2。采用樹脂加長錨固，錨帶網(wǎng)支護(hù)。如回采期間有一定的底鼓量，可進(jìn)行起底。上平巷為回風(fēng)、行人及輔助運(yùn)輸，布置梭車。見圖2.3。</p><p><b>　?、夙敯逯ёo(hù)</b></p><p>　　錨桿形式和規(guī)格：Φ20×2000mm全螺紋鋼等強(qiáng)錨桿。</p><p>　　錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支樹脂錨固劑，鉆孔直徑32

65、mm，錨固長度1000mm。</p><p>　　錨桿角度：靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度為與鉛垂線呈30°。</p><p>　　錨桿布置：錨桿間排距850×1100mm，每排長鋼帶之間布置錨桿安裝2m短鋼帶。</p><p><b>　?、谙飵椭ёo(hù)</b></p><p>　　錨桿形式和規(guī)格：Φ18&

66、#215;1800mm等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。</p><p>　　錨固方式：樹脂端部錨固，采用1支MSK2850樹脂錨固劑，鉆孔直徑32mm。 </p><p>　　錨桿角度：靠近頂板的巷幫錨桿安設(shè)角度為與水平線呈20°，靠近底板的錨桿呈30°。</p><p>　　錨桿布置：錨桿間排距1000×1100mm。</p><

67、;p>　　圖2.3 工作面上平巷支護(hù)及設(shè)備布置圖</p><p><b>　　(3)工作面下平巷</b></p><p>　　沿煤層頂板布置，按中線掘進(jìn)。巷道斷面規(guī)格：梯形斷面，凈寬?×高(下幫)＝3000×2400mm2。采用錨帶網(wǎng)支護(hù)，用于煤炭運(yùn)輸與進(jìn)風(fēng)。見圖2.4。</p><p>　　圖2.4 工作面下平巷支護(hù)

68、及設(shè)備布置圖</p><p><b>　?、夙敯逯ёo(hù)</b></p><p>　　錨桿形式和規(guī)格：Φ20×2000mm等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。</p><p>　　錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，鉆孔直徑32mm，錨固長度1000mm。</p><p>　　錨桿角度：靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度為與鉛垂線呈30

69、°。</p><p>　　錨桿布置：錨桿間排距850×1100mm，每排長鋼帶之間布置錨桿安裝2m短鋼帶。</p><p><b>　?、谙飵椭ёo(hù)</b></p><p>　　錨桿形式和規(guī)格：Φ18×1800mm等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿。</p><p>　　錨固方式：樹脂端部錨固，采用1支錨固劑

70、，鉆孔直徑32mm。 </p><p>　　錨桿角度：靠近頂板的巷幫錨桿安設(shè)角度為與水平線呈20°，靠近底板的錨桿呈30°。</p><p>　　錨桿布置：錨桿間排距1000×1100mm。</p><p><b>　　2.4采煤方法</b></p><p><b>　　2.4.1

71、采煤方法</b></p><p>　　工作面采用走向長壁后退式開采法開采。煤層平均采高1.2m，最大1.35m；循環(huán)進(jìn)度0.6m。</p><p><b>　　2.4.2采煤工藝</b></p><p>　　采煤機(jī)采用斜切進(jìn)刀方式，雙向割煤，由上往下割煤，上行掃浮煤，液壓支架及時(shí)支護(hù)頂板。工作面采用端部斜切進(jìn)刀雙向割煤，工藝過程為：

72、</p><p>　　采煤機(jī)上端頭斜切進(jìn)刀→正常下行割煤→移架→推移斜切進(jìn)刀段輸送機(jī)→采煤機(jī)下頭反刀上行掃浮煤→跟機(jī)移架推輸送機(jī)→上端頭斜切進(jìn)刀。</p><p>　　具體進(jìn)刀方式見圖2.5。</p><p><b>　　(1)落煤方式</b></p><p>　　采用MG132/300-WB型雙滾筒采煤機(jī)落煤，上下缺口

73、機(jī)組無法割煤時(shí)，采用電煤鉆打眼，放炮落煤，人工攉煤。</p><p>　　(2)裝煤、運(yùn)煤方式</p><p>　　工作面采用SGZ630/264-W輸送機(jī)運(yùn)煤，通過運(yùn)輸巷SZD630/110轉(zhuǎn)載機(jī)和SD-80皮帶輸送機(jī)接力運(yùn)輸至煤倉。</p><p><b>　　(3)移架</b></p><p>　　工作面隨采煤機(jī)運(yùn)

74、行順序帶壓移架，鄰架操作。移架過程中應(yīng)使用好支架防倒防滑機(jī)構(gòu)，防止移架過程期間倒架、滑架和咬架、擠架，要保持支架垂直煤壁及輸送機(jī)。</p><p>　　圖2.5采煤機(jī)進(jìn)刀示意圖</p><p><b>　　2.5主要生產(chǎn)系統(tǒng)</b></p><p><b>　　2.5.1通風(fēng)系統(tǒng)</b></p><p&

75、gt;　　通風(fēng)路線見工作面平面圖2.6。</p><p>　　圖2.6 31503工作面示意圖</p><p>　　新風(fēng)：-180m矸石井（管子井、皮帶井）→-400m矸石井（管子井）→-400m車場→-400m東大巷→-400m北區(qū)石門→三采石門→315軌道上山→工作面上平巷→31503東工作面。</p><p>　　乏風(fēng)：31503東工作面→工作面下平巷→31

76、5運(yùn)輸上山→北區(qū)風(fēng)井第一段→北區(qū)風(fēng)井第二段→北區(qū)風(fēng)井。</p><p><b>　　2.5.2排水系統(tǒng)</b></p><p>　　排水系統(tǒng)：下巷積水順?biāo)疁贤饬鳎ㄓ伤猛馀牛┲?15運(yùn)輸上山水溝→400m東石門→-400m北區(qū)石門→-400m立排水倉→地面。</p><p><b>　　2.5.3供電系統(tǒng)</b></

77、p><p>　　根據(jù)位置為止的確定原則和31503面的具體情況，向綜采工作面上巷供電的移變站設(shè)在工作面上巷以里500m處，向下巷轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等供電的移變站設(shè)在煤倉以下偏口處，工作面其他設(shè)備如絞車、綜保等由三采變電所內(nèi)變壓器供電；掘進(jìn)配電點(diǎn)設(shè)在距掘進(jìn)頭90m處，供掘進(jìn)的變壓器設(shè)在三采變電所處。</p><p>　　移動(dòng)變電站6kV電源來自三采變電所，采煤機(jī)、接面溜子、乳化液泵站由移變站供電。&

78、lt;/p><p>　　3綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律</p><p>　　3.1礦壓觀測的目的和內(nèi)容</p><p>　　3.1.1礦壓觀測的目的</p><p>　　(1)掌握工作面頂板在工作面正常回采過程中的運(yùn)移、垮落規(guī)律；</p><p>　　(2)了解巷道受采動(dòng)影響情況，評價(jià)巷道支護(hù)效果；</p><

79、;p>　　(3)評估工作面工藝及工作面設(shè)備配套合理性，為以后綜采工作面設(shè)備配套提供依據(jù)；</p><p>　　(4)掌握工作面頂板來壓規(guī)律。</p><p>　　3.1.2礦壓觀測的內(nèi)容與方法</p><p><b>　　(1)巷道礦壓觀測</b></p><p><b>　?、傧锏辣砻嫖灰?lt;/b&

80、gt;</p><p>　　采用十字布點(diǎn)法安設(shè)表面位移觀測斷面，對頂?shù)装逡平考皟上镆平窟M(jìn)行觀測。每條巷道安設(shè)3個(gè)測區(qū)，每個(gè)測區(qū)布置1個(gè)觀測斷面，同時(shí)進(jìn)行頂板離層觀測，在工作面上、下平巷離機(jī)窩20m、40m、60m內(nèi)分別支設(shè)一臺頂板動(dòng)態(tài)儀，進(jìn)行頂板離層觀測.</p><p>　　測量頻度為：距工作面30m以內(nèi)，每小班觀測1次，其它時(shí)間每天觀測1次。</p><p>

81、;<b>　?、陧敯咫x層</b></p><p>　　采用LBY-3型頂板離層指示儀監(jiān)測頂板巖層錨固范圍內(nèi)外離層情況。每個(gè)表面位移觀測斷面設(shè)一臺離層儀。深部基點(diǎn)位于頂板粉砂巖中，淺部基點(diǎn)位于頂板中部。觀測頻度與表面位移相同。</p><p><b>　　(2)工作面觀測</b></p><p>　?、僭诠ぷ髅嫔稀⒅?、下部布

82、置3條測線，每條測線布置2臺圓圖自記儀，觀測數(shù)據(jù)用于分析工作面支架阻力變化規(guī)律及頂板來壓規(guī)律，評價(jià)支架的適應(yīng)性，為以后綜采工作面支架參數(shù)確定提供依據(jù)。</p><p>　?、跍y工序影響時(shí)，設(shè)點(diǎn)在工序影響上方15m，下方18m。</p><p>　　③選點(diǎn)測底板比壓時(shí)，沿工作面均勻布置9個(gè)點(diǎn)，計(jì)算時(shí)各測點(diǎn)值在基本頂一次周期來壓過后，進(jìn)行底板比壓測量。基本頂三次周期來壓過后進(jìn)行工序影響測量。&

83、lt;/p><p><b>　　3.2礦壓觀測分析</b></p><p>　　3.2.1頂板來壓及頂?shù)装宸诸惽闆r</p><p>　　自開切眼5m開始設(shè)點(diǎn)進(jìn)行觀測，先后經(jīng)歷了直接頂初次跨落、基本頂初次來壓、六次周期來壓。觀測數(shù)據(jù)如下表3.1。</p><p>　　表3.1 礦壓觀測數(shù)據(jù)

84、表</p><p>　　直接頂經(jīng)常是處于破斷狀態(tài)，且無水平力的擠壓作用，因而它難于形成結(jié)構(gòu)，它的重量應(yīng)全部由工作面支架來承擔(dān)。從巖體形成結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)分析，對于基本頂形成的大結(jié)構(gòu)，支架是通過直接頂對其起支撐作用。</p><p>　　(1)直接頂類別的確定</p><p>　　根據(jù)31503東面直接頂初次垮落步距Lr，按下式計(jì)算其綜合弱化常量(Cz)，并進(jìn)而按ME554

85、-1996直接頂分類指標(biāo)及參考要素表，確定直接頂類別：</p><p><b>　　(3.1) </b></p><p>　　式中 Lr—直接頂?shù)某醮慰迓洳骄啵?.0m；</p><p>　　Cz—綜合弱化常量；</p><p>　　Rc—直接頂單向抗壓強(qiáng)度，據(jù)南冶煤礦15層煤直接頂?shù)臏y式</p>

86、;<p>　　結(jié)果為Rc＝30.5MPa；</p><p>　　ho—工作面的直接頂分層厚度，經(jīng)實(shí)際現(xiàn)場觀測，取0.35m。</p><p>　　通過計(jì)算得 Cz=0.33。</p><p>　　由現(xiàn)場實(shí)際觀測，工作面直接頂?shù)某醮慰迓洳骄酁?.0m，由于8＜Lr＜15，Cz=0.33，所以工作面直接頂屬于3類中等穩(wěn)定頂板。</p>&l

87、t;p>　　(2)基本頂級別的確定</p><p>　　基本頂級別由基本頂分級指標(biāo)—初次來壓當(dāng)量(Pe)的平均值Pe對照MT554-1996基本頂分級指標(biāo)表劃定的范圍確定。</p><p>　　初次來壓當(dāng)量(Pe)值由基本頂初次來壓步距(Lf)，直接頂充填系數(shù)(N)和煤層采高(hm)按式確定。</p><p>　　Pe=241.3Ln(Lf)-15.5N+5

88、2.6hm (3.2)</p><p>　　式中 Pe—基本頂初次來壓當(dāng)量，kN/m2；</p><p>　　Lf—基本頂初次來壓步距，21m； </p><p>　　N—基本頂充填系數(shù)，N=hi/hm=2.5/1.2=2.08；</p><p>　　Hi—直接頂厚度，m； &l

89、t;/p><p>　　hm—煤層采高，1.2m。</p><p>　　通過計(jì)算得 Pe=975kN/m2。由于895<Pe≤975，所以工作面基本頂屬于Ⅲ級。</p><p>　　(3)初次來壓和周期來壓</p><p>　　隨著工作面的不斷推進(jìn)，基本頂來壓有一定顯現(xiàn)但不明顯。當(dāng)工作面推進(jìn)到21m時(shí)，基本頂初次來壓，持續(xù)時(shí)間為4個(gè)循環(huán)。來

90、壓時(shí)，工作面中部煤壁有一定片幫，頂板上方偶爾傳來震頂聲響，三個(gè)觀測區(qū)的支架立柱壓力最大平均值達(dá)到了1731.4kN，最大達(dá)到了2031.4kN，活柱循環(huán)縮量達(dá)3.0mm，最大達(dá)到了4.0mm。</p><p>　　工作面基本頂初次來壓以后，回采工作面繼續(xù)推進(jìn)，裂隙帶巖層形成的結(jié)構(gòu)，將始終經(jīng)歷“穩(wěn)定—失穩(wěn)—再穩(wěn)定”的變化。</p><p>　　經(jīng)現(xiàn)場觀測，當(dāng)工作面基本頂初次來壓過后，工作面推

91、進(jìn)速度有所加快，再加上本工作面頂板冒落充填系數(shù)較大，所以工作面基本頂周期來壓時(shí)，礦壓顯現(xiàn)不明顯，來壓強(qiáng)度也較低，整個(gè)工作面的支架立柱壓力值及活柱下縮量也均比正常推采時(shí)有所增高，但增幅不大。立柱壓力最大平均值為1980.3kN，最高2094.3kN，活柱循環(huán)縮量平均值為3.5mm，最大值為4.8mm。頂板循環(huán)移近量平均值為4.2mm，最大值為6.8mm。頂板移近速度平均2.8mm/h，頂板移近速度最大3.9mm/h。工作面基本頂周期來壓步

92、距為10~13m，平均12m。</p><p>　　全面支架阻力平均值為1648.2kN，最大平均值為1897.6kN，活柱循環(huán)縮量平均值為2.8mm，最大值為4.8mm。頂板循環(huán)移近量平均值為2.3mm，最大值為3.7mm。頂板移近速度平均2.5mm/h，頂板移近速度最大3.2mm/h。</p><p>　　3.2.2支架的承載特征及適應(yīng)性分析</p><p>　

93、　(1)支架的支護(hù)阻力頻率分布表3.2，3.3，3.4及頻率分布直方圖3.1，3.2，3.3。</p><p>　　表3.2 支架的初撐力頻率分布表</p><p>　　圖3.1支架初撐立分布圖</p><p>　　表3.3 支架的末阻力頻率分布表</p><p>　　圖

94、3.2 支架末阻力頻率分布圖</p><p>　　表3.4 時(shí)間加權(quán)阻力頻率分布表</p><p>　　圖3.3 工作面支架阻力頻率分布圖</p><p>　　從以上圖表可知，支架初撐力主要分布在900～1500kN范圍，占統(tǒng)計(jì)循環(huán)數(shù)的83.15%，其中大于支架額定初撐力80%以上的占62.66%，時(shí)間加權(quán)工作阻力主要分布在800～1

95、600kN，占統(tǒng)計(jì)循環(huán)數(shù)的90.55%，其中大于支架額定工作阻力80%以上的占7.04%，超過2000kN的占0.07%，末阻力主要分布在1200～2000kN范圍，占統(tǒng)計(jì)循環(huán)數(shù)的81.9%，其中大于支架額定工作阻力80%以上的占33.39%，超過2000kN的占1.59%。</p><p>　　(2)工作面支架的增阻特征</p><p>　　支架增阻量的多少反映了支架的支護(hù)質(zhì)量、工作狀態(tài)

96、及頂板的活動(dòng)程度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明支架處于增阻工作狀態(tài)，如表3.5，圖3.4所示。</p><p>　　表3.5 支架增阻量頻率分布表</p><p>　　圖3.4工作面支架增阻量頻率分布圖</p><p>　　工作面支架循環(huán)阻力增阻比例為89.98%。支架呈降阻的比例占10.02%，反映了支架的位態(tài)、直接頂?shù)钠扑闋顩r或立柱自身質(zhì)量的影響。

97、工作面支架增阻量有95.24%的比例分布在0～500kN范圍，還有4.76%多的支架基本沒有增阻量。這一方面說明頂板的活動(dòng)程度緩和，支架增阻幅度較小，另一方面也說明了工作面礦壓顯現(xiàn)不明顯。</p><p>　　(3)支架初撐力與工作阻力的相關(guān)性</p><p>　　一般情況下，支架工作阻力隨其初撐力的增大而增大。實(shí)測分析表明，工作面支架初撐力與工作阻力具有很強(qiáng)的線性關(guān)系，提高工作面支架初撐

98、力不僅可以對頂板進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，還可以使支架阻力得到提高，對頂板的控制非常有利。</p><p>　　(4)支架工作阻力與活柱縮量、頂板下沉量的關(guān)系</p><p>　　通過現(xiàn)場觀測還發(fā)現(xiàn)，工作面掩護(hù)支架在生產(chǎn)使用過程中，有以下三種情況。</p><p>　?、倩钪S支護(hù)阻力增大而下縮，此類型占87.2%。</p><p>　　②活柱不隨支護(hù)阻

99、力增大而下縮，此類型占10.4%。頂?shù)装宓南鄬σ平话阌身斄号c頂板之間的空隙△S1、底座與底板之間的空隙△S2、底座下底煤的壓縮量△S3和活柱縮量組成。支架承載后，即頂板壓力首先使△S1、△S2、△S3壓實(shí)，隨后頂板壓力增大，活柱才隨之下縮。頂板下沉過程中，活柱沒有下縮，顯然這個(gè)壓力消亡到△S1、△S2和△S3的減少上去了，出現(xiàn)此種情況也是正常的。</p><p>　?、刍钪S支護(hù)阻力減小而下縮，此類型占2.4%

100、。顯然這是供液系統(tǒng)漏液的結(jié)果，雖是少數(shù)，但應(yīng)杜絕。</p><p>　　總之，掩護(hù)支架在ZY2600/09/20工作面反映出的工作特性基本是好的。</p><p>　　(5)平衡千斤頂作用分析</p><p>　　關(guān)于平衡千斤頂作用的分析見表3.6，圖3.5。</p><p>　　表3.6 平衡千斤頂工作阻力頻率分

101、布表</p><p>　　圖3.5 工作阻力頻率分布圖</p><p>　　分析結(jié)果表明，平衡千斤頂?shù)墓ぷ髯枇Γ夹∮陬~定工作阻力。這說明本工作面礦壓較小，同時(shí)也說明平衡千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)阻力范圍是適合的，能適應(yīng)工作面頂板壓力的變化。</p><p>　　由于平衡千斤頂?shù)膲毫ψ兓苌喜繃鷰r的運(yùn)動(dòng)與支架位態(tài)的影響，因此，平衡千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)在來壓期間與非來壓期間是不同的。&

102、lt;/p><p>　　經(jīng)分析比較，平衡千斤頂?shù)脑鲎栌腥缦绿攸c(diǎn)：</p><p>　?、僭鲎璺秶容^集中，大致呈正態(tài)分布。無論是總增阻還是來壓期間與非來壓期間的增阻，其增阻值范圍基本都集中在50~120kN之間，增阻與降阻幅度均不大。</p><p>　?、趤韷浩陂g與非來壓期間都是增阻比例大于降阻比例，相差約13.5%。</p><p>　　上述

103、分析表明，該面頂板的運(yùn)動(dòng)比較平衡；平衡千斤頂能根據(jù)頂板的運(yùn)動(dòng)情況調(diào)節(jié)頂梁的受力中心，使之能較好地發(fā)揮對頂板的支撐作用。</p><p>　　3.2.3工作面底板比壓分析</p><p>　　(1)儀器采用DZD40-A型底板比壓儀，油缸直徑100mm，壓模型號：D40，D60，D80，D100。</p><p>　　(2)測定方法：沿采煤工作面傾斜方向在控頂區(qū)內(nèi)布點(diǎn)

104、，共設(shè)10個(gè)測點(diǎn)，測試時(shí)清理好底板，選擇底板條件完好處，當(dāng)儀器與頂?shù)装褰佑|時(shí)，記下活柱與壓力表的初讀數(shù)，然后逐漸加壓，每隔1MPa記錄一次數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力表讀數(shù)突然下降，活柱迅速伸長時(shí)，即為第一層破壞點(diǎn)，該點(diǎn)的比壓值為底板的分層底板比壓。</p><p>　　31503東面底板比壓及底板剛度測試匯總結(jié)果表3.7。</p><p>　　表3.7 底板比壓及剛度測

105、試匯總表</p><p>　　3.2.4超前壓力影響范圍的確定</p><p>　　(1)超前壓力影響范圍</p><p>　　31503東工作面超前壓力采用KY-82頂板動(dòng)態(tài)儀測定，每隔5m設(shè)一臺頂板動(dòng)態(tài)儀，共設(shè)了10臺.數(shù)據(jù)整理采用線性插值法推算出煤壁前方固定點(diǎn)（至煤壁距離為定值處）的下沉速度。固定點(diǎn)至煤壁的距離可根據(jù)頂板動(dòng)態(tài)儀間距取5m、10m、15m、20m

106、、25.0m、30m、35m、40m、45m、50m、（儀器間距5.0m）。計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　式中 Sa，Sb—Si兩側(cè)已知距離，m，其中Sb>Sa；</p><p>　　Si—固定點(diǎn)至煤壁的距離，分別是5、10、15、20、25、30、35、40、45、50m

107、；</p><p>　　Vi—所求固定點(diǎn)（Si）處的下沉速度，mm/h；</p><p>　　Va－Vb—與Sa和Sb相對應(yīng)處的下沉速度，mm/h。</p><p>　　通過整理得出各固定點(diǎn)5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m（儀器間距5.0m）。數(shù)值見表3.8。</p><p>　　表3.8

108、 超前壓力影響范圍表</p><p>　　由上表可知31503東面上、下平巷超前壓力影響范圍為自煤壁向外30.0m，超前15m范圍為重點(diǎn)管理區(qū)，現(xiàn)31503東面上下平巷超前支護(hù)距離30m，滿足要求。</p><p>　　(2)巷道圍巖表面位移觀測</p><p>　　31503面上下平巷表面位移觀測距離100m，上平巷兩幫平均移近量61.

109、5mm，最大移近量103mm，平均移近速度3.5mm/d，最大移近速度4.78mm/d。頂?shù)装迤骄平?5mm，最大移近量21mm，平均移近速度6mm/d，最大移近速度7.8mm/d。下平巷兩幫平均移近量59.5mm，最大移近量89mm，平均移近速度2.9mm/d，最大移近速度3.8mm/d。頂?shù)装迤骄平?6mm，最大移近量89mm，平均移近速度2.6mm/d，最大移近速度4.2mm/d。通過觀測回采對巷道的圍巖位移量不是很大。&

110、lt;/p><p><b>　　3.3礦壓觀測結(jié)論</b></p><p>　　(1)南冶煤礦在15層煤使用掩護(hù)支架后，由于支架初撐力的提高和支護(hù)強(qiáng)度的提高，頂板運(yùn)動(dòng)沿傾斜的分布，較單體工作面均勻，綜采支架運(yùn)行良好可靠。</p><p>　　(2)提高兩柱掩護(hù)支架初撐力，一是不留底煤，二是帶壓移架，這對于減少因移架而引起的大于采煤影響頂板下沉，也是

111、有效措施。</p><p>　　(3)從礦壓顯現(xiàn)的規(guī)律來看，加快工作面的推進(jìn)速度是合理的，它可以充分發(fā)揮支架循環(huán)時(shí)間短，而支護(hù)阻力增速快的優(yōu)勢。</p><p>　　(4)支架平衡千斤頂對支架具有較好的調(diào)節(jié)作用。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，平衡千斤頂以增阻為主，這樣當(dāng)壓力大時(shí)，可以使作用力的中心前移，從而使兩立柱來支撐負(fù)荷較大的壓力。</p><p>　　(5)生產(chǎn)實(shí)踐表明，所

112、選配套設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，具有配套合理，技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量可靠，性能穩(wěn)定，高產(chǎn)高效等優(yōu)點(diǎn)，該型號支架能很好的適應(yīng)15層煤的頂板管理。</p><p>　　(6)31503東面超前壓力影響范圍為30m，現(xiàn)工作面超前支護(hù)距離30m，滿足頂板控制要求。</p><p>　　4薄煤層綜采工作面效益分析</p><p>　　4.1掘進(jìn)及回采成本</p><

113、;p>　　根據(jù)工作面配套設(shè)備型號，對工作面設(shè)備投資進(jìn)行初步估算，需設(shè)備總投資約1453.5萬元。具體費(fèi)用按工作面平均開采厚度1.2m，工作面斜長160m，推進(jìn)長度840m，工作面資源回收率98%，工作面日完成7個(gè)生產(chǎn)循環(huán)，日產(chǎn)煤1050t煤炭進(jìn)行計(jì)算。</p><p><b>　　(1)掘進(jìn)費(fèi)用</b></p><p>　?、倬C采工作面巷道主要包括工作面上下平巷

114、及其切眼。工作面上巷斷面為7.24m2，長840 m；下巷斷面7.24m2，長840m；工作面切眼斷面11m2，長160m。根據(jù)初步計(jì)算，31503東工作面兩巷掘進(jìn)費(fèi)用平均為1438元/m，切眼按2000元/m計(jì)算。</p><p>　　②高檔普采工作面巷道主要包括工作面上下平巷及其切眼。工作面上巷斷面為5.2m2，長840m；下巷斷面5.2m2，長840m；工作面切眼斷面4.8m2，長160m。根據(jù)初步計(jì)算，3