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深井煤层开采设计的新技术方案 第六图书馆 煤矿开采 深井煤层开采 设计国外煤炭马原不详1994第六图书馆 第六图书馆 ．f ／ f ／ 诲丁 深井煤层开采设计的新技术方案 顿巴斯采煤发展的趋势与解决深井开采 问题有密切关系。从五十年代开始 ，顿 巴斯 煤矿设计院就对厚度为0 ． 5 ～2 ． 0 m的缓倾斜 煤层进行深井开采设计。在解决问题上 ，确 定的投资与煤田深层开发有关。每个 深层新 开拓的水平都会产生新的 由复杂矿井地质条 件所形成的问题，这就要求设计工作者花费 大力气解决矿井综合机械化和工艺过程 自动 化问题 ，以降低 劳动 强度 ，保证劳动安全和 创 造舒适的劳动条 件等等。 在最近四十年来 ，研究院工作的每个 十 周年特点是建 立矿井新的工艺模式 ，包括有 找矿，新工艺的实施、建设性主体平面设计 方案的实施 。既可单独成套 ，也可考虑整个 矿井 。 在七十年代 ，已编制出顿 巴斯现代深井 的新的少工序的工艺模式 ，按照这个 模式设 计并建成 了 共青 团顿 巴斯矿井 ， 南方 顿 巴斯三号矿 井 ， 红 军 西 方 一 号 矿 井 。 在这些设计 中，原 则上奠定了实施新工 艺及主体平面布置方 案的基础 ，无论井下和 地面部 份，都不亚于外国公司的优秀设计。 这个 模式 巾，工 艺性的主体平面布置 方案特点如下。 井 田开 拓和准备区段系统为扩大尺寸的 采区，采区沿走 向长边 4 ． 5 ～5 km，沿倾刺 宽 边1 ． 6 ～2 k m ，这 就 U ‘ 以保 i i F 矿， l 1 5 2 O 年间稳定生产 ，无须火城矿} h 掘进； 采区开拓用两个 j l 简 下部 通风 和 - “J t 采 区 技 术边界 供风 ， { ，， l 简直 陉 小于 G m ， 装备两会提 升没番。这 i 、 适计膏 叮I 、 』 保证 采区生产时有 良好的通风效果 ，创造快速打 10， 译 一T ． ‘ ／ 井合乎实际的条件 ， 采 区风井 的掘进工作 量要 比原来增加0 ． 5 1倍 ，建立了有管网 的工业场地 ，相应地减少了单独成套工作的 劳动量 提升，运输，地面生产技术总体布 置 ，同时也 减少了工 业项 目中的工业场地 占地 ； 采区工艺系统图，一方面要保证规 划方 案简单 ，另一方面要保证采区及整个 井 田有 最大限度地集中生产的可能性。以采用倾斜 长壁仰斜开采为基础的工艺系统，实行下行 通风 。在瓦斯涌出源稀释瓦斯 ，采用最先进 的回采设备 ，输送机运煤 ，辅助工 序无轨运 输 ，综合抽放 瓦斯。这种方 案的组合 ，可以 大大减少采矿工作量，消除一些须有车场， 硐室，进车线以及一些复杂联络巷交叉点的 主要倾斜巷道。这么一来就得到一个以水平 巷道为主的模式 ， 使普通矿井 运输系统简 化 ，创 造便于广泛利用掘进机的可 能性 ，以 便提高掘进速度 ； 实际上初次设计规定的运 输工 艺系统 ， 煤炭沿着运输水平按一定顺 序运输 ，实现所 有辅助工序 ； 在矿井里，岩石的剩余部 分，充填在平 糟附近的砌石带 ，这就可以保证 煤炭可采储 j 曼 完全采出；巷道再生产的矿 山掘进工作量 最少，减少火灾 危险程度，还可 以保证改善 通风 ，散热，煤尘以及瓦斯状况 。矿井所有 多余的研石，还可川来改善工业j 历地及蒯凼 地 区的 环 境卫 生 状态 ； 主井和井口建筑工业设施的最大联 锁， 叮以减少生产技术总体工作的繁重程度，减 车间内运 输量 ，溅少工业{ 旁 地 占地 ，把各 种管路敷设的工作量缩减到最 小 ，为 工业建 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 筑施工机械化提供了可能性。而工业场地的 规范要 比以前建成的矿井几乎 减少了一半 。 从1 9 8 0 年起 ，矿业研究院在设计上着 手 研究并实行深井设计模式。在这个 模式 中， 采用了非传统的布置图和建设施工方法 ，要 完成使矿井现代化的巨大工作量，并对以前 建成的深井进行技术改造。在新采区和新水 平的开拓上 ，这时可利用最先进的工艺系统 和带有采煤主要过程技术改造的综机开采总 体平面布置图 。 回采井简到主井和 水平的距 离 不 断 增 加 ，导 致巷 道 支 护长 度 的 增加 ，使 煤 炭 、 岩 石和材料的运输以及人员运送到工作地点出 现阶梯形 。矿井通风条件恶化，这就会影 响 到主要技术经济指标 。由于深井的矿山压 力 增大 ，围岩温度增高、瓦斯动力现象的显现 以及其 它因素影响 ， 使得矿山地质条件复 杂化 。因此 在许多矿井出现了采矿工作的转 移 ，即从相 当厚的主采层往薄煤层或 极薄煤 层 厚度 1 m以下转移。为了采出这些薄 煤层 ，要求采取有效 的设计方案和有效的综 合机械化开 采手段。 实际上 ，在全部 矿井 中包括深井和具有 远景储量的矿井 ，首先施工新井井筒和水平 的工程 ，以及地面总体建设工程 ，这些地面 工程包括有设计规定的井口建筑、冷冻站、 井塔 、主扇房 、瓦斯抽放泵站、锅炉房 、仓 库 以及其它建筑物 。 在这里，已确定的工 艺意向也 和新的建 筑工 程一样 ，还需进行 彻底研究 ，实 际上 ， 生产矿井储量发腱的特殊工 艺模式已划分出 来 。 这些模式是通过计箅得来 的， 通常新 风井都打在下部 技术边界标高上或者打 新 的、有现代化提升设备的水平的标高～ L 。这 些井简不仅能够向深井和高温工作面供给新 鲜风流，而且 U J ’ 承 担辅助作业的功能 ，往 工作面运送工人及材料和设备的时间明显编 短。解决人工冷却矿井空气问题的最佳方案 是可能实现的。有现代化设施和装备的井口 建筑，为矿工们提供了最好的服务条件。采 用这种方 案可以审批如下矿井的继续发展和 水平开拓设计 ，印库拉霍夫斯卡亚煤矿、布 托夫卡一顿涅茨卡亚煤矿 、K． I ／ I波钦科瓦 斯煤矿 、M． 王 ， I ． 加里宁煤矿 、扎夏季科 煤 矿 、A． r斯达啥诺夫煤矿等等。在这些模式 中，矿井的工业场地保持付煤、储煤、煤炭 加工 和煤的发运等功能。 为了进一步发展现有的煤炭企业 ，由于 正在开采的煤层组将进入新的、更深的、更 复杂化的采区和井 田，正像对新 的建筑工程 取舍选择一样 ，作为最佳深井设计方案 ，在 用新井井筒开拓更深的水平方面 ，提 出了长 远发展的规定模式， 首先是入风井即罐笼 井 ，而在将来 即工业地场和新 的箕斗井也和 罐笼井一样，从睹 的工艺模式逐渐过渡到新 的、工 艺性 良好的模式。通常 ，实行这种模 式会伴随产生矿井设计能力的明显增加 。广 泛拓展增加矿井能力的可能性，乃是对于企 业向新的经 济管理职 能过渡的合乎实际的先 决条件。 同时 ，在顿涅茨克一 马凯耶夫矿区和红 军矿区 A． A斯柯琴斯克矿、A． r斯达啥 诺夫矿 、M． I ／ I 、加里宁矿、社会主义顿 巴 斯 矿等等的许多矿井 ，采矿工 作有了进一 步发 展，这是 由于第一个下山采区煤炭储量 很大 ，煤层和围岩出现 了很大 的煤与瓦斯突 出危险性 ，围岩的稳定性恶化 了，这就不仅 会 给巷道掘进与支护造成复杂化 ，而且会 给 将来的开采工 怍造成困难 。要完成 复杂的总 体设计 ，预防煤与瓦斯 岩石与二氧化碳 突出的措施 ，不会总是收到满意的效果。 ／ { 开采有煤与瓦斯突出危险煤层的各种 情况下，发生突出都与在设计阶段采取的专 门防突技术方案有关；煤层的开采程序、井 嘲开拓与准备的方法、开采 系统、回采和准 备作业的工 艺、保证安全措施等等。这就是 以生产矿井采矿设备的改造为先决条件 ，并 】 】 。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 且根据特有的条件进行改造。需要开采的 、 地质条件极复杂的煤与瓦斯突 出危险煤层 ， 到 目前为止 有时也不能完成这个任务。 1 9 8 5 年苏 联部长会议科学技术委员会提 出，制订顿涅茨煤田的有煤与瓦斯突 出危险 煤层的安全采出工艺 ，在及时防止瓦斯动力 现象和减少巷道瓦斯涌出最方研 ，采取综台 措施 。为完成这项工作 ，吸收了斯柯琴斯基 矿业研究所、顿巴斯矿井 设计院、顿涅茨克 煤炭科学研究所、全苏矿 I I J 地质 力学和矿I J J 测 量研 究 所 、马 凯耶夫 煤 矿 安全 [ 作科 学 研 究所 、顿涅茨克煤炭联合公司、生产经营 管 理局 、苏联煤炭工业部 的打 放炮作业管理 局 ，以及A． A斯柯琴斯基矿井等单位 。 为 了检验预先简化的主要技术方 案的安全性 ， 保证矿山工作的安全进行 ，为使斯柯琴斯基 矿的回采工作面推进不受限制 ，建 立了生产 试验采区。由顿巴斯矿井设计院设计了下山 采 区的 中央 盘 区 西 一工 作 面 的准 备 与 回采 设 计方案 ，在这个 基础上 ，又建 立了实行 区域 性预防瓦斯突 出措施的试验采区。 斯莫 梁斯基矿用后退式采煤法开采有煤 与瓦斯突出危险煤层无防突措施 的工 作 面 时，在煤柱全长上预先掘进 区段平巷 井 田 的或煤层的，依靠这些区段平巷来实现防 止煤与瓦斯突 出措施 。在详细审查总体设计 时 ，要考虑技术的、工 艺的、施工 组织的以 及在为工人创 造安全舒适的劳动条件方面的 设计与工艺方 案 ． 。 A． A斯柯琴斯基矿采用 了后退式开采的采区准备系统 ，对有突出危 险的瓦斯动力效应 ，使用保证高度安全性的 声 学 监测 系 统进 行 监 控 。 最近十年来， 矿业研究所把 自己的力 量完全用在改进矿井生产和建设的工 艺模式 L 。 这个矿完成了传统开采办法0 rJ 没计找 矿 、坡 工 艺的 设计 和 深 外 少工 序 的 总平 J i i 『 布置 方案设计。 哉 们认为 ，苏联煤炭上业郜 专家 们及科 学家们 ，应该注意研究具体工业地段的开采 1 2 方法，即红军矿西 2号采区 ，南部顿巴 斯 矿 4号采 区 ， 达 波 洛 波里 采 区 等 等 。 盔这些地 段提出过许多新技术方案和建筑技 ， 措施 ， 并研究了科学的开采设计发 展远 擐。在生产一设计一科学的一连串过程 中， 接触组织方法、许多新的科学技术和经济问 题 ，都应进行评定，并提出处理方案。 } 自 于设计研究 和搜集 资料的结果 ，确定 了有发展前途的深井工艺模式。在 它的基础 I- ，编制先进的开拓方法及新 的井田准备系 统 。这个设计建议在矿井建设过程中 ，在所 有的水平布置上 ，要一 次有效地开 拓煤 田。 沿倾斜成对地布置主副井井筒和采 区风井井 简 ，并沿倾斜按阶段准备首采区 ，而沿煤层 龙向为不确定的边界 如图。 深井井田开拓与准备的工艺 系统 图 模式 在这个系统 内，可 以保证建 设矿井或生 产矿井实施 防突措施的 范围为最小。在矿井 建设过程中 ，规定用排 料工作面先采上层 主 要 石巷道 ，并 按采出煤量要达到矿井设计 能力的2 5 ％来组织生产工作 。也就是说 ，矿 井建设从开工 到投产至少需要 3 4年。我 们 ， 以把矿井开采系统 和工作 组织有条件地 划分为 四个 阶段 第一阶段 井H I 的 L } 】 央采 区主要生产 水平一 j 开 曲分区立井井筒。因此 ，每个生产 小 平 都 ” J 以 披得新 鲜风 流 ，所 以 ，给生 产 色 0 造了安全条件，并且按通风条件实际上可以 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 大 量 开 准 备工 的 r 程 ， r f 便加 f 建 设 速 度 ； 第二 阶段 ，利用地面永久建筑及设侨， 对 首采 区的工 作 进行 同采 ； 第三 阶段 ，准胬首采区工f I -- 面并沿采 区 倾 斜方 面开 始 回采 工 作 ，并 达 到 矿井 设 计 产 鼍 的 5 0％ ； 第四 阶段 ，下边的采区投入生产 ， 边 到矿井 没计能力。 这种深井设计模式区别于从前 的没计 ， 并有 以下 特点 井 闭开拓按照第一顺序进 行， 用主要中央井筒开拓两个 以上水平 ， 不延深井筒， 并有分区井 或者井筒及钻 孔 ；在矿井建设过程 中，在移交投产前 8 ～ 4年内，回采工 作就开 始了，产 量渐渐增 加 ，以保证矿井提前达到设计能力。同时 ， 可 以实现用开采作业勘探矿床；在保证矿井 设计生产能力的基础上 ， 尽量缩短建井时 间；在用分区井筒通风的采区一翼回采工作 面个数不能太多，以免存 以后的井 田开拓 I 作上花费较多；缩短建井周 期，降低成本； 掘进量缩减到最少 ， 未卸载区 ，有煤与瓦 斯突出危险的岩巷最少，无论在建井期还是 在生产时 期，都可 以把消除巷道影响的费用 缩减到最少；可以整体地 提高工艺模式的灵 活性 。 这种 设 计 模式 ，头一 ；_久是 在建 设 红 军西 方 2号深井编制技一／ J 、＼ 7 ． Li 济论证时 ，就已经提 } J J 来 了。 这个设计方案与传统设计方案相 比较 ， 它的经济技术优越性乃是在设计建 设第二个 深井一共青团 顿 巴斯矿井H 寸 采取此方案的 依据 。 正如矿井建设经验所表明的 ，南方顿 巴 斯 1号矿井 、南方 顿巴斯 8号井 以及矿山地 质条件特别复杂的 A． r 斯达哈诺夫矿井、 共青团顿巴斯矿井 和其 它一些矿井 ，所列举 的这 些 技术 方 针 和 设 计方 案 ，不 仅可 以建 立 大型的．机械化程度高的、现代化的并能保 证 安全 生 产 的 、 『 I， ，而 j lI _ 1 } 班 规 模 相 当 尺 的矿井时， 建井 期只用 7 1 2 年就可 以实 现 。 设计 和建设现代化大型深井 的多年经验 表 明 ，在 一切 效 果 良好 的情 况下 ，即缩 短建 用期 、降低材料用最 、降低建井劳动 强 度 ．这些都是从阪进个别部 件或采用单独的 新技术方案 ，唧主要改善这个部 门的指标获 得的 。只有 政进整个矿井的技术模式情 况 下 ，简化 [序 ，火 幅度缩减巷道掘进量 ，减 少建筑物体积及地面建筑才能实现 ，由于采 J f 】 新型材料提高建筑物的工业性能等等。 柱 矿 业 研 究 所 的活 动 巾 ，最 重要 的 因 素 是长 远工艺 。对我们来说，终止在这个地 区 继续找矿不是主要的 ，特别是在具体煤 田新 矿井提出设计任务的情况下。 ’ 除编制深井新模式外 ，中心方案 旨在提 高技术水平、设计的可 靠性和设计的技术经 济 指标的确实性。顿 巴斯矿井设计院对深井 的通 风 组 织工 艺 系统 进行 了研 究。 科 学研 究、地质勘探 、矿井建 设等大最工作都是在 友谊配合中完成的。 编制深井工艺模式时 ，应考 虑 以下几 个影响生产技术水平继续增长、提高地下开 采的主要技术经济指标的因素矿井地质构 ] , 旦 4 - 心 化 ；划分f 11 的新矿井建 设投 资不足；矿 井技术改造缺少投 资；特别是在顿 巴斯1 9 8 9 乍造成的这种情况 ，已经使建 设停止了 ，暂 停了7 3 个工程项 目，其 中包括新水 平准备项 目总额8 9 0 0 万卢布。在1 9 9 0 年基本建设费用 也差不多减少这 么多钱。I j j 于井筒延深工程 量不足 ，下一个水平的开拓准备接续不一 i - ， 许多矿井 的采矿工 作已经取消下山采区。 顿 巴斯矿区的5 0 对矿井中 ，开采深度已提高 ] 4 0 0 m以上水 平 。井 下运 输的所有型式均 呈 阶梯形 即一段、二段、三段、四段 阶梯 形 ， 把作业人员运 到工作地点的时 间增加 到 8 O 一1 2 O 分钟 平均4 5 分钟 ，同时，井下 工 人的劳动生产率下降2 0 ％至5 0 ％。 】 3 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 采矿 亡作分散 ，许多矿井 回采工作都是 同时在 2～ 5个煤层里进行 ，用一条倾斜巷 道连接 l～ 2个 回采工作面。 现 在 ，还 没 有 批 量生 产 的 、适用 于开采 薄煤层 和极薄煤层的高速度生产机械化采煤 设备。这样 ， - 就会导致先采下部 宝贵的炼焦 煤，然而这会 引起不可挽回的储量损失 。必 须使科研、设计部 门和煤矿机械制造企业尽 快解决这个 问题。从 自己这方面，可 以由设 计部 门编制用安全开采方法的高生产率矿井 的设计 ，开采平衡表内的所有煤层，在标准 期限内，f { 1 矿井 掌握设计厚度和技术经济指 标 。 科学技术研究所和工艺设计院对一切有 效的技术工 艺方案 ，还要从以下几方面逐步 地 研 究 1．在开采系统及 回采工艺方面。有煤 与瓦斯突 出危险的煤层， 有冲击地压的煤 层，有 自燃发火危险的煤层。 2．存 回采工 艺方面。矿 山地质条件复 上接 9页 大 于平行 于层理面压入时的破碎效率 。 然 而 ，一般情况下 ，垂直层 理面方向的单轴 压 缩强度大于平行层理面方向的单轴压缩强 度 ，所以 ，由 2 6 式所得的理论破碎效率 K值 ，在垂直层理面方向压 入时 ，却出现较 小值的结果。这一点，是因为在 理论模型巾 K值只考虑单轴压缩强度的不同所致 ，并没 考虑层理面存在而 引起 的其它的影响。为掌 握各向异性岩石的破坏 机理 ，最重要的是提 高破碎效率，然而，关 于截头压入各 向异性 岩石的定量性研究的例 子极少。今后 ，为了 更好的明确截头压入各向异性岩石的动态 ， 必须开发 能够考虑各向异性的理论模型 ．目 前正在研究之中。 结 语 在考虑岩层或岩石的切割、钻孔时 ，明 ’1 4。 杂的 煤层 ，不 经 常 有人 的 回采 工 作 面 。 3．有 煤 与 瓦斯 或 岩 石与 二 气化 碳 突⋯危险的煤层 ，巷道掘进工艺。 4．研究和准备制造综机以及用于顿巴 斯煤 田的薄、中厚缓倾斜煤层开采的充填设 备 ，老塘充填用的 自动机械手 、自动化 机 器 ，综机和机组。 5．建立和进行批量生产用于 回采工作 而辅助运输的有效设备和完成辅助工作的有 效 设 备 。 6．在复杂矿井地质条件下 ，深水 平巷 道的支护、维修及保护方面 ，在深井建 立舒 适的劳动条件方面。 7．在生态环境 ．专门问题和其 它问题 方 _面 。 该方案存在的这些问题， 如能得到解 决 ，就可以建立高生产率的 、生态环境清 洁的在 顿巴斯煤田深井复杂地质条件下采煤 的 自动化生产矿井。 顾治胤审 确截头周边产生的破坏机理，乃是提高切割 效率的极为重要 的课题 。 本文中首先报告了圆锥散头 静 压 入 试 验 ，由于岩种的不同．截头卷刃的动态也不 同。当截头顶角增大时 ，岩石的切割、钻孔 能力下降 。再者 ．各向异性的岩石破碎效 率，对 截头压 入方向有很大影响 ，截头压入 因含水而劣化 的岩石时有一定效果 。为了明 确和评价圆锥型截头静压 八岩石的动态 ，研 讨了Du t t a 的压入理论模型的适用性 ，并明 确了用该理论可以定性评价截头压入岩石时 的岩石动态。另外 ，截头顶角大且破碎领域 大时 ，则Du t t a 的压 入理论模型的适用性不 好 ，因岩石种类不同该理论模型不适用。对 于这些问题今后将进一步研讨 。 张慧枫审 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆