单一厚煤层一次采全高综合机械化开采.doc

四、单一厚煤层一次采全高综合机械化开采 河北金牛能源有限公司东庞矿 东庞矿简介 股份有限公司东庞矿为大型现代化矿井，位于河北省邢台市境内， 于 1983年12月26日投产，原设计生产能力为1．80 Mt，后经技术改造，现生产能力达到 厂和装机12 000kW的矸石热电厂。 ． 矿矿井为立井、暗斜井多水平开拓，分为300m水平、480m水平、700m 水平， 目前主要为300m、480m两个水平服务，采区布置分为南北两翼，主采煤种牌 号为1／3焦煤2号煤层，该煤层赋存稳定，平均厚度4．38m，采用后退式一次采全高技术 开采。东庞矿自投产以来就立足于科技兴矿方针，不断与各科研院校合作，走科技创新的道 路，到目前为止，东庞矿整体装备先进，技术力量雄厚，采、掘机械化程度达100％，生产 工艺处于国内先进水平。其中国产5m一次采全高技术，保障东庞矿顺利实现高产高效。东 庞矿曾荣获“国家科技进步二等奖”、“河北省省长特别奖”。东庞矿目前使用的较为成熟的 煤巷高强度锚网支护技术，在我国煤巷支扩领域处于领先地位。采用该技术大大改善了巷道 围岩力学条件，提高了顶板安全可靠程度，为加快掘进、采煤工作面推进速度提供了技术上 的保障。 总之，为了进一步巩固矿井的生产效率，保证矿井将来的正常接替， 东庞矿开始了 三水平的开拓工程。深部水平的进一步开采，将为东庞矿带来更加显著的效益；同时，深部 水平开采条件的复杂化，也给东庞人带来了新的挑战 第一章 概况 第一节 工作面位置及井上下关系 东庞矿300m水平采煤工作面位置及井上下关系，见表1。 表1 工作面位置及井上下关系 水平名称 300m水平 采区名称 2 200采区 地面标高 98 m 井下标高 一240～一280 m 地面相对位置 矿矸石山下 回采对地面设施的影响 回采引起的地表下沉将影响矸石山提升绞车、翻车机等 地面机电设备的正常运转，并对该范围内的绞车房等地表建筑物产生影响 第二节 煤层 采煤工作面开采煤层情况见表2。 表2 煤层基本特征 煤层厚度／m 3．8--4．7 煤层结构 简 单 煤层倾角／‘ 5．5--13 开采煤层 2号煤层 煤 种 1／3号焦煤 稳定程度 基本稳定 煤层情况描述 该面煤层沉积较稳定，煤层倾角较平缓，因受断裂构造的影响，煤层松软破碎，厚度有一定的变化 第三节 煤层顶底板 开采煤层顶底板情况见表3。 表3 煤层顶底板情况表 顶、底板名称 岩石名称 厚度／m 特征 基本顶 泥质粉砂岩 8．09 灰黑色，顶部含植物化石，底部含有两道煤线 直接顶 粉砂质泥岩与粉砂岩互层 14．4 深灰色，性脆，水平层理，富含植物化石，局部为细砂岩 伪 顶 粉砂岩 0．4--0．5 工作面切眼附近发育，其上为0．1--0．15m煤线 直接底 粉砂质泥岩 0．4 深灰色，富含植物根部化石 基本底 中砂岩 2．2 浅灰色，岩石较硬 附图1工作面地层综合柱状图略。 第四节 地 质 构 造 断层情况及其对回采的影响表4 表4 断层情况及其对回采的影响 构造名称 走向／‘ 倾向／’ 倾角／‘ 性质 落差／m 对回采的影响程度 北f14断层 24 294 73 正 2730 有影响 北f16断层 59 149 55 正 1．7～5 影响较大 北f18断层 58 148 60 正 13 有影响 北f11l断层 158 68 60 正 5．5～7．6 有影响 北f13，断层 160 70 57 正 5．5～7．8 影响较大 北fln断层 222 312 45 正 4．2～13 影响较大 114断层 144 54 43 正 1．3 有影响 北ri07断层 231 141 68 正 1．5--3．8 有影响 f1‘断层 151 6l 50 正 0．6 有影响 f1‘断层 152 62 52 正 0．5 有影响 二、褶曲情况及其对回采的影响 该工作面范围内基本没有对回采形成影响的褶曲存在。 三、其他因素对回采的影响陷落柱、火成岩等 该工作面范围内，没有陷落柱、火成岩等存在。 附图2工作面切眼素描图略。 第五节 水 文 地 质 一、含水层顶部和底部分析 ． 该工作面回采过程中主要水害为2号煤顶板砂岩水，在回采过程中顶板水主要以滴淋水的发现。 二、其他水源的分析 工作面内有可能受2217工作面采空区水的影响，工作面推进期间要加强观测。 三、涌水量 正常涌水量正常回采时涌水量为5m3／h。 最大涌水量工作面最大涌水量为20m3／h。 第六节 影响回采的其他因素 一、影响回采的其他地质情况表5 表5 影响回采的其他地质情况表 瓦斯 本矿属于低瓦斯矿井，但该工作面有可能局部瓦斯较大，需加强通风管理，防止瓦斯移 煤尘爆炸指数 38．53％～38．57％ 煤尘有爆炸危险性 产尘点需喷雾降尘 煤层自燃发火期 1218个月 煤层有自然发火倾向 采后及时密闭采空区，防止向采空区漏J 地温危害 20左右 对生产 二、冲击地压和应力集中区 受断层影响，2221上巷轨道巷范围内矿压显现明显，特别是北f13‘断层，其落差为7。8m， 极大地破坏了巷道围岩结构，受断层和2217工作面侧向支承应力共同作用，使上帮部分锚杆失效， 甚至部分锚索钢绞线断开。 三、地质部门的建议 要及时观测顶板围岩的变化，发现顶板破碎严重要及时加强支护。 第七节 储量及服务年限 一、储量 工作面工业储量0．554Mt。 工作面可采储量采出率取93％，工作面可采储量为0．515Mt。 二、工作面服务年限 工作面服务年限二开采推进长度／设计月推进长度二635／126月5月 第二章采煤方法 采用走向长壁后退式5m综采一次采全高采煤方法。 第一节 巷 道 布 置 一、采区设计、采区巷道布置情况 该工作面位于东庞矿北翼2200采区，该采区里部采区工作面沿走向布置，分别布置在300m 北翼轨道上山两侧，外部采区由于受断层严重影响，工作面无法沿走向布置，因此2217、2221工作面为2200采区两个倾向工作面。 二、工作面运输巷 2221工作面上部为2217工作面，两工作面以北f，断层为界，其中北f，d断层落差为30m。2221 工作面上巷为轨道巷，受北f14断层影响上巷基本沿北f14断层布置，距2217下巷轨道巷为50m， 断面规格为4．5mX3．5m，采用锚梁网加锚索联合支护，压力较大；其下巷为输送带巷，担任工作 面出煤任务，为实体煤巷道，断面规格为4．5mX3．5m，也采用锚梁网加锚索联合支护。 三、工作面回风巷 为减少煤尘对煤矿工人身体的危害，东庞矿已经习惯于采用下行风来管理瓦斯和煤尘，2221工作面回风巷即为下巷输送带巷。 四、采煤面开切眼因此2221工作面切眼规格为6．8mX3．5 m，采用锚梁网支护，在下巷掘进结束后拐弯掘出，受北f122断层影响，切眼未能一次掘出，而是分为两部分掘出，里段切眼长100m，共安装66个支架，外切眼长63m，共安装41个支架，等待里段采线到达位置时进行对接。 五、联络巷 2221工作面边眼与北翼集中输送带巷平行，运料的任务。 六、溜煤眼 联系2221工作面上、下巷，同时担任给2221下巷2221工作面由于垂直300m北翼运输大巷布置，并且工作面下巷外段与北翼集中输送带巷标高基本相近，工作面出煤采用下巷输送带通过刮板输送机与北翼集中输送带巷输送带搭接，达到工作3巧面出煤需要。 七、硐室及其他巷道 ， ； 工作面上巷布置有卡轨车硐室以及支架组装硐室，工作面通过硐室时要提前对硐室前后巷道进穗支护，保证工作面顺利通过。 * 考虑到工作面内构造的复杂性，设计3条探巷以探明工作面下部北F1断层走向，工作面上巷世计了两条探巷以探明工作面内断层走向。 附图32221工作面切眼素描示意图略。 』 { 第二节 采 煤 工 艺 一、采煤工艺 该面采用单一厚煤层一次采全高走向长壁后退式全部跨落法的综合机械法采煤。采用MXA叫500／4．5型采煤机向穿梭采煤，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，滚筒自旋使其截齿将煤破碎。采埔机端头斜切进刀，割三角煤采煤，割煤与移架、推刮板输送机顺序进行，采煤与移刮板输送机的间圃距为15～20m。利用机组滚筒叶片和输送机铲煤板将煤自行装入运输机，采用SGZ800／500型双中羽链可弯曲刮板输送机运输。 附图4采煤机进刀方式示意图略。 二、工作面正规循环生产能力 W二ISHTc’ 163X0．7X4．3X1．4X0．93 t 第三节 设 备 配 置 工作面机械设备配备见表6。 ┌──────┬──────┬──────┬────┬────┬──────┐ │ 使用地点│ 设备名称│ 规格型号│ 数量│ 单位│ 备 注│ └──────┴──────┴──────┴────┴────┴──────┘ ┌───────┬──────────┬───┬───┬──────┐ │ 采煤机 │ MXA500／4．5 │ 1 │ 台│ │ ├───────┼──────────┼───┼───┼──────┤ │ │ ZY480025／50 │ 16│ 架│ │ │ ├──────────┼───┼───┼──────┤ │ 液压支架 │ ZY500025／50 │ 82│ 架│ │ │ ├──────────┼───┼───┼──────┤ │ │ BY32028／50 │ 9 │ 架│ │ ├───────┼──────────┼───┼───┼──────┤ │ 刮板运输机│ JZ800／500 │ l │ 部│ │ ├───────┼──────────┼───┼───┼──────┤ │ 带式输送机│ DSP1080／1000 │ 2 │ 部│ │ ├───────┼──────────┼───┼───┼──────┤ │ 转载机 │ SZZ880／200 │ l │ 台│ │ ├───────┼──────────┼───┼───┼──────┤ │ 破碎机 │ FCMl60 │ 1 │ 台│ │ ├───────┼──────────┼───┼───┼──────┤ │ 乳化液泵 │ MRB250／400 │ 2 │ 台│ 备用1台*│ ├───────┼──────────┼───┼───┼──────┤ │ 小水泵 │ │ 3 │ 厶│ 备用1台l│ │ │ │ │ 口│ │ ├───────┼──────────┼───┼───┼──────┤ │ 调度绞车 │ 11．4 kW │ 3 │ 部│ │ └───────┴──────────┴───┴───┴──────┘ ┌────┬──────┬─────┬───┬───┬───────┐ │ 坯 │ 卡轨车 │ │ l │ 部│ │ │ ├──────┼─────┼───┼───┼───────┤ │ 料 │ 小水泵 │ │ 2 │ 台│ 备用1台下 │ │ ├──────┼─────┼───┼───┼───────┤ │ 巷 │ │ │ │ 部│ │ │ │ 调度绞车│ 25 kW │ l │ │ │ ├────┼──────┼─────┼───┼───┼───────┤ │ │ │ │ │ │ ； │ │ 边眼│ 调度绞车│ 25 kW │ l │ 部│ 盅 │ └────┴──────┴─────┴───┴───┴───────┘ 附图5作面设备布置示意图 第三章顶板控制 第一节 支 护 设 计 一、液压支架选型设计 东庞矿工作面顶板采用液压支架控制顶板，支护设计即为液压支架的选型设计。 一矿压参数参考临近工作面本煤层矿压观测资料，填制矿压参数表表7。 二待选液压支架技术特征表8 表7 同煤层矿压观测选择或预计本工作面矿压参数参考表 ┌───┬──────────────┬───────┬───────┬─────────┐ │ 序号│ 项 目 │ 单 位 │ 同煤层实例│ 本面选取或预计│ ├───┼──┬───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │顶底│ 直接顶厚度 │ m │ 14．4 │ 14．4 │ │ │ ├───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ 1 │板条│ 基本顶厚度 │ m │ 6～8 │ 8．09 │ │ │ ├───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ 件│’ 直接底厚度 │ m │ 0．4 ．│ 0．4 │ ├───┼──┴───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ 2 │ 直接顶初次垮落步距 │ m │ 15．4 │ 23 │ ├───┼──┬───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ │ 来压步距 │ m │ 30．8 │ 36 │ │ │ ├───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ 初│ │ │ │ │ │ │ 次│ 最大平均支护强度 │ 出／m2 │ 600 │ 700 │ │ 3 │ │ │ │ │ │ │ │ ├───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ 来│ │ │ │ │ │ │ 压│ 最大平均顶底板移近量│ m │ 0．130 │ 0．140 │ │ │ │ │ 9 │ │ │ │ │ ├───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ │ 来压显现程度 │ │ 来压不明显│ 来压明显 │ ├───┼──┼───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ │ 来压步距 │ m │ 7．1 │ 11．5 │ │ │ ├───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ 周│ 最大平均支护强度 │ krV／m2 │ 750 │ 850 │ │ │ 期│ │ │ │ │ │ 4 │ │ │ │ │ │ │ │ ├───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ 来│ 最大平均顶底板移近量│ m │ 0．08 │ 0．09 │ │ │ 压│ │ │ │ │ │ │ ├───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ │ 来压显现程度 │ │ 来压不明显│ 来压明显 │ ├───┼──┼───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ 平│ 最大平均支护强度 │ ky4／m2， │ 500 │ 600 │ │ 5 │ │ │ │ │ │ │ │ ├───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ │ 时│ 最大平均顶底板移近量│ m │ 0．068 │ 0．075 │ ├───┼──┴───────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ 6 │ 直接顶悬顶情况 │ m │ 15．4 │ 23 │ ├───┼──────────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ 7 │ 底板容许比压 │ N怔a │ 2．47 │ 2．47 │ ├───┼──────────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ 8 │ 直接顶类型 │ 类 │ 2 │ 2 │ ├───┼──────────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ 9 │ 基本顶级别 │ 级 │ Ⅱ │ Ⅱ │ ├───┼──────────────┼───────┼───────┼─────────┤ │ 10│ 巷道超前影响范围 │ m │ 40 │ 50 │ └───┴──────────────┴───────┴───────┴─────────┘ 二、选择支护材料 根据东庞邻近工作面矿压观测数据及ZY500025／50型掩护支架特征可知，该支架对东庞2号煤及顶底板条件是基本适应的，故本面选用这种型号支架控制顶板，但因该支架准备数量不够，故使用部分其他支架。 表8 ZY500025／50型掩护支架技术特征表 ┌───┬─────────┬─────┬─────────────────────┐ │ 项目│ 内 容 │ 单 位│ 规 格 │ ├───┼─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ │ 煤层厚度 │ m │ 3．04．8 │ │ ├─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ 适 │ 煤层倾角 │ ’ │ ≤18 │ │ ├───┬─────┼─────┼─────────────────────┤ │ 用 │ 顶│ 直接顶│ 类 │ 2 │ │ │ ├─────┼─────┼─────────────────────┤ │ 条 │ 板│ 基本顶│ 级 │ Ⅱ │ │ 件 │ │ │ │ │ │ ├───┴─────┼─────┴─────────────────────┤ │ │ 底 板 │ 直接底或煤底，要求底板平整，抗压强度不低于4．9MPa │ │ ├─────────┼───────────────────────────┤ │ │ 地质构造 │ 地质构造简单，煤层赋存稳定，无影响支架通过断层 │ ├───┼─────────┼─────┬─────────────────────┤ │ 总 │ 支架高度 │ m │ 2．5-5．0 │ │ ├─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ 体 │ 工作阻力 │ kN │ 5 000 │ │ ├─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ 特 │ 初撑力 │ kN │ 3 880 │ │ 征 │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ │ 对底板最大比压│ MPa │ 2．35 │ └───┴─────────┴─────┴─────────────────────┘ 三、乳化液泵站 一泵站选型、数量 1．理论计算。通过比较可知， 自切眼初采时泵站压力损失最大长L’160m，泵站至工作面高差A1’43m，上下巷高差4m， 流速Y／2．56n／s。沿程计算，沿程阻力系数久二0．0494沿程阻力损失 ／l，二丸，Ll十L2dX钞’此时走向长11’735 m，倾斜泵站流量400L／min，瞬时经济‘257 mmH20 、局部阻力损失 。二CrV2／2g二18X2．56229．8mmH20二6．02 mmH20 式中，G为局部阻力损失系数，取18。 泵站压力损失 ／l’，丸。十1A2’ 2576．02434mmH20二310．02mmH20二3．1 MPa 支架工作压力 札’1／2XF／d／2’X3．14 二[1／2X2523．2／0．25／2’X3．14]MPa25．7MPa 泵站压力 b’十A9 XK’[3．125．7 X1．18]MPa’33．98MPa 2．实测。在综采工作面矿压观测期间，对相邻几个综采面输送带巷的泵站压力及泵站到采面的 压力损失进行了统计观测，并对所测数据进行了回归分析，得出经验公式可对以上理论计算进行验 户bmax二68．21L。L1十L2 一166．76二31．9MPa 3．结论。通过理论计算和相邻采面的实测分析，对照采煤工作面质量标准，确定2221工作面泵 站压力最小值为30MPa，额定值为31．5MPao 通过计算设计，选用MRB250／400型液压泵站，一台液压泵站满足工作面需要，但是为保证 表8 ZY500025／50型掩护支架技术特征表 ┌───┬─────────┬─────┬─────────────────────┐ │ 项目│ 内 容 │ 单 位│ 规 格 │ ├───┼─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ │ 煤层厚度 │ m │ 3．04．8 │ │ ├─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ 适 │ 煤层倾角 │ ’ │ ≤18 │ │ ├───┬─────┼─────┼─────────────────────┤ │ 用 │ 顶│ 直接顶│ 类 │ 2 │ │ │ ├─────┼─────┼─────────────────────┤ │ 条 │ 板│ 基本顶│ 级 │ Ⅱ │ │ 件 │ │ │ │ │ │ ├───┴─────┼─────┴─────────────────────┤ │ │ 底 板 │ 直接底或煤底，要求底板平整，抗压强度不低于4．9MPa │ │ ├─────────┼───────────────────────────┤ │ │ 地质构造 │ 地质构造简单，煤层赋存稳定，无影响支架通过断层 │ ├───┼─────────┼─────┬─────────────────────┤ │ 总 │ 支架高度 │ m │ 2．5-5．0 │ │ ├─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ 体 │ 工作阻力 │ kN │ 5 000 │ │ ├─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ 特 │ 初撑力 │ kN │ 3 880 │ │ 征 │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼─────────────────────┤ │ │ 对底板最大比压│ MPa │ 2．35 │ └───┴─────────┴─────┴─────────────────────┘ 三、乳化液泵站 一泵站选型、数量 1．理论计算。通过比较可知， 自切眼初采时泵站压力损失最大长L’160m，泵站至工作面高差A1’43m，上下巷高差4m， 流速Y／2．56n／s。 沿程计算，沿程阻力系数久二0．0494 沿程阻力损失 ／l，二丸，Ll十L2dX钞’ 此时走向长11’735 m，倾斜 泵站流量400L／min，瞬时经济257 mmH20 、 局部阻力损失 。二CrV2／2g二18X2．56229．8mmH20二6．02 mmH20 式中，G为局部阻力损失系数，取18。 泵站压力损失 ／l’，丸。十1A2’ 2576．02434mmH20二310．02mmH20二3．1 MPa 支架工作压力 札’1／2XF／d／2’X3．14 二[1／2X2523．2／0．25／2’X3．14]MPa25．7MPa泵站压力 b’十A9 XK’[3．125．7 X1．18]MPa’33．98MPa 2．实测。在综采工作面矿压观测期间，对相邻几个综采面输送带巷的泵站压力及泵站到采面的 压力损失进行了统计观测，并对所测数据进行了回归分析，得出经验公式可对以上理论计算进行验 户bmax二68．21L。L1十L2 一166．76二31．9MPa 3．结论。通过理论计算和相邻采面的实测分析，对照采煤工作面质量标准，确定2221工作面泵 站压力最小值为30MPa，额定值为31．5MPao 通过计算设计，选用MRB250／400型液压泵站，一台液压泵站满足工作面需要，但是为保证 四、特殊时期的顶板控制 一来压及停采前的顶板控制 1．初采来压时，下巷在放顶线处采用木垛和单体联合支护，支护长度为30m。木垛2．4mX1．5m，采用半圆木。木垛要排在实地上，4角对齐，并用木楔背牢，随回采前移木垛止基本顶初次垮落为止。巷道上下帮及巷中采用单体支护。支护方法顺巷道支护，一梁一柱，严禁出现单梁单柱。上巷采用单体铰接梁支护，沿上下帮各设一道跑马梁，支护长度为40m。 2．停采前工作面顶板管理。工作面停采前距停采线20m时要降低采高，备上网上绳，具体规定需要制定专门的措施报批执行。 二过断层及顶板破碎时的顶板控制距离停采线13m时准 1．工作面过断层时应加强支架、机组、转载机、输送机、破碎机检修严禁“带病”运转。 2．断层面上下两盘以不留顶煤、破碴为原则，将断层面附近平整过渡，防止支架脱开。工作面高度不得忽高忽低，并严格按要求将采高控制在3．5～3．8m之间。 3．采用带压移架超前支护。 4．坚持一步三调，相邻支架错差不大于顶梁侧护板2／3，不挤不咬不倒。保持良好支护状态。 三应力集中区的顶板管理 工作面内原有的老巷属于应力集中区域，通过该区域时采取以下措施 1．过老巷前，需提前在老巷口支设两道单体板梁，板梁长2．4m，一梁二柱，初撑力达到90kin。 2．回撤单体梁距老巷口不得超过2m。 3．过老巷前应预先将老巷内杂物清理干净。单体应迎山有劲 4．工作面揭露老巷后，老巷口处及上下各3架要超前支护，伸出护帮，将支架前梁升紧。 5．工作面与老巷口之间禁止人员进出及停留。有特殊情况需通过或回撤单体支柱时，必须将舌板输送机停电闭锁，老巷口及上下各3架进液截止阀关闭；机组附近有人工作时，要将机组停止云转，并摘掉滚筒。 6．机组过老巷时应慢速行驶，有异常情况及时停机处理。 7．下巷的探巷口需要提前排一木垛支护。 第三节 运输巷、回风巷及端头顶板控制 一、工作面运输巷、回风巷的顶板控制 一运输巷、回风巷的超前支护 1．上巷超前支护为40 m，两帮各支设一道跑马梁，下巷超前支护初