貴州省某煤礦采面支護改革可行性研究報告

貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 1 頁 前 言 我國是世界上采礦最早的國家之一。明代末年所出的天公開物中，已具體地記述了井下礦石開采、支護和充填的情況。 隨著開采業(yè)的不斷發(fā)展以及采礦規(guī)模的不斷擴大，經(jīng)常出現(xiàn)頂板冒落、巷道堵塞或地表塌陷等事故，迫使人們不得不重視和研究礦山壓力問題。建國以來，特別是進入21 世紀(jì)以來，隨著支護和防冒頂技術(shù)的深入發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備的不斷使用，礦井支護技術(shù)取得了令人矚目的成就，技術(shù)面貌發(fā)生了巨大的變化，獲得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。 但是隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展以及對煤炭資源需求的增大，煤礦開采及建設(shè)速度的加快，也暴露出部分煤礦業(yè)主只追求經(jīng)濟效益而忽視安全投入和技術(shù)投入的不足，從而帶來了一系列安全事故。 2005 年貴州省煤礦各類事故的同比和所占比例情況見表一，在煤礦各事故類的死亡人數(shù)中，頂板事故發(fā)生次數(shù)所占比例很大，約為 55.28%。頂板事故死亡人數(shù)仍為最多。頂板仍是煤礦安全生產(chǎn)的主要隱患。 表一： 2005 年煤礦事故類別表 事故類別 起數(shù) 同比 (%) 占起數(shù) % 死亡人數(shù) 同比 (%) 占人數(shù) % 總 計 521 -9.90 837 -10.00 頂 板 288 -12.2 55.28 332 -13.99 39.67 瓦 斯 85 -24.11 16.31 311 -7.16 37.16 機電運輸 102 5.15 19.58 103 -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 貴州省 XX 縣煤炭資源豐富。隨著國家的產(chǎn)業(yè)政策、資源保護和環(huán)保政策的日益嚴(yán)格以及西部大開發(fā)的戰(zhàn)略實施，全縣現(xiàn)有煤炭供需形式正在轉(zhuǎn)變，省內(nèi)外煤炭需求量也不斷加大，市場較為廣闊。 本縣煤礦建設(shè)發(fā)展較快，一批有證礦井實現(xiàn)了改擴建，同時新建礦井也不少。但是許多煤礦的采煤方法、回采工藝和支護的技術(shù)含量低，其采面多采用木柱和金屬摩擦支柱為主，巷道、采面頂板事故時有發(fā)生。因此迫切需要進行工作面、采面支護改革，積極創(chuàng)造條件推廣煤礦支護新技術(shù)，規(guī)范頂板安全管理，以杜絕頂板事故的發(fā)生。 XX 縣 XX 煤礦礦井位于 XX 縣草塘鎮(zhèn)，距 XX 縣直線距離 9km，業(yè)務(wù)隸屬 XX 縣煤炭工業(yè)局管轄。礦區(qū)井田面積約 km2。礦井年設(shè)計生產(chǎn)能力 6 萬 t，設(shè)計主采煤層1 層（為 D 煤層）。煤層傾角 15 20 ，平均 18 ，煤種為 肥煤。煤炭保有儲量 萬 t，貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 2 頁 可采儲量 52.9 萬 t， 服務(wù)年限約 年。 XX 煤礦采用斜井 開拓，現(xiàn)礦區(qū) +890m 標(biāo)高以上已經(jīng)由原有的系統(tǒng)回采完畢，礦區(qū)下部資源未開采，開采時需進行技術(shù)改造。 2004 年 3 月貴州省煤炭管理局設(shè)計研究所編制的貴州省 XX 縣 XX 煤礦技術(shù)改造方案設(shè)計提出了采用斜井開拓，布置運輸上山和回風(fēng)上山，在運輸上山、回風(fēng)上山南側(cè)施工 D110 回采工作面。 XX 煤礦現(xiàn)有回采工作面采用木支護，支護方式較為落后，安全狀況不好，迫切需要改變回采工作面支護方式。外注式液壓支柱配合鉸接頂梁支護具有：初撐力大，升 阻快的特點，一般初撐力為 70 100kN 以上，而木支柱僅為 5 20kN，而且液壓支柱達到工作阻力的時間比木支柱快 2 5 倍；恒阻承載波動小，工作可靠，單體液壓支柱一般為 5 10%，木支柱為 40 70%，因此，相同地質(zhì)條件下，液壓支柱工作面的頂板下沉量比木支柱工作面減少 50 80%，減少了頂板的下沉離層，工作面的端面頂板破碎度減小，有效地控制了頂板；操作簡便，安全可靠的單體液壓支柱的支柱和回柱效率比木支柱高二倍（木料基本不回收），回柱可遠(yuǎn)距離操作，工傷事故成倍減小。通過認(rèn)真分析業(yè)主提供的地質(zhì)資料和收集的生產(chǎn)技術(shù) 信息，認(rèn)為在 XX 煤礦回采工作面中采用DZ18-30/100 型單體液壓支柱，能夠取得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果和安全效益，其概算投資為 57.21 萬元。 第一章 項目建設(shè)的意義和必要性 第一節(jié) 項目建設(shè)的意義 貴州以“江南煤海”著稱，全省煤炭資源遠(yuǎn)景儲量 2410 億噸，保有儲量為 498 億噸，是江南 12 個省區(qū)的總和，居全國第 5 位，具有儲量大、煤種全、埋藏淺、分布聚、組合好的特點，煤層中還蘊藏著豐富的可供開發(fā)煤層氣。 貴州磷、煤、鋁、鐵等礦產(chǎn)資源豐富，以電力為依托發(fā)展優(yōu)勢原材料產(chǎn)業(yè)具有得天獨厚的優(yōu)勢。然而，隨著新建 火電機組大量投產(chǎn)，貴州煤炭產(chǎn)量的增長并未使省內(nèi)電煤供應(yīng)緊張局面得到緩解。大量電廠要么停機待料，要么把摻雜了大量矸石、粉煤灰甚至泥土等的電煤，也一古腦吞下去。去年電煤供應(yīng)最緊張時，全省火力發(fā)電停機和減出力機組甚至超過 200 萬千瓦，其中貴州金元集團公司因缺煤全年少發(fā)電達 47.3 億千瓦時。據(jù)貴州省經(jīng)貿(mào)委提供的消息，今年貴州省電煤需求量約 4500 萬噸。在全省煤炭產(chǎn)需銜接會上，有關(guān)部門對省內(nèi)電廠發(fā)電 5500 小時（機組設(shè)計利用小時數(shù)）以內(nèi)的電煤需求量 3597 萬噸已下達了指導(dǎo)計劃。此外， 5500 利用小時外的 800 多萬噸發(fā) 電用煤基本沒有落實。預(yù)測貴州省煤炭消費情況見表 2 1 1。 表 2-1-1 貴州省分行業(yè)煤炭消費現(xiàn)狀及預(yù)測表 單位：萬 t 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 3 頁 煤炭消費量 1999 年 2010 年 2015 年 4429.16 8450 9150 原煤 洗煤 焦炭 3812.14 120.56 193.95 1、電力行業(yè) 1034.79 5450 6050 2、建材行業(yè) 578.60 700 750 3、冶金行業(yè) 203.14 27.69 132.53 550 600 4、化工行業(yè) 227.11 92.41 55.88 650 750 5、城鄉(xiāng)生活用煤 1040.89 0 0 400 300 6、其他 685.61 0.46 5.54 700 700 7、損失量 42 與此同時，貴州省地方中小型煤礦仍在大量使用木支護進行工作面支護，嚴(yán)重制約了中小型煤礦的發(fā)展，安全狀況亦不理想。我國煤礦自上世紀(jì)九十年代開始推廣采煤工作面使用液壓支柱支護采場。 貴州省 XX 縣煤炭資源豐富。隨著國家的產(chǎn)業(yè)政策、資源保護和環(huán)保政策的日益嚴(yán)格以及西部大開發(fā)的戰(zhàn)略實施，全縣現(xiàn)有煤炭供需形式正在好轉(zhuǎn)，省內(nèi)外煤 炭需求量也不斷加大，市場較為廣闊。但是，煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力較小，回采工藝和回采工作面支護含量較低，制約了煤礦的發(fā)展。 2005 年，全省煤礦發(fā)生的事故中，頂板事故占 55.28%，頂板事故死亡人數(shù)仍為最多。頂板仍是煤礦安全生產(chǎn)的主要隱患。因此迫切需要進行地護改革。 第二節(jié) 項目建設(shè)的必要性 XX 煤礦位于 XX 縣正西方向，距 XX 縣直線距離 9km；屬 XX 縣草塘鎮(zhèn)，隸屬 XX縣煤炭工業(yè)局管轄。礦區(qū)由 個拐點坐標(biāo)圈定。 拐點 X Y 1 2 3 4 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 4 頁 XX 煤礦可采煤種為肥煤 ，已探明地質(zhì)儲量 萬 t（ 121+333），保有儲量 萬 t，可采儲量 萬 t。設(shè)計生產(chǎn)能力為 6 萬 t/a， 2004 年 3 月由貴州省煤炭管理局設(shè)計研究所編制的貴州省 XX 縣 XX 煤礦技術(shù)改造方案設(shè)計，設(shè)計生產(chǎn)能力 6 萬 t/a。但礦井支護技術(shù)落后，回采工作面基本采用木支柱，安全狀況不佳，嚴(yán)重制約礦井的生產(chǎn)能力的提高，迫切需要進行回采工作面支護的改革。 一、支護改革的必要性 1、科學(xué)支護的需要 根據(jù)回采工作面頂板破壞、運動規(guī)律和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，認(rèn)為采場支架有兩種特定的工作狀態(tài)，即“給定載荷”工作狀態(tài)和“給定變形” 工作狀態(tài)。 “給定載荷”工作狀態(tài)（如圖 1 所示），假設(shè)開采煤層的直接頂容易跨落、且厚度大，跨落巖石足以充滿采空區(qū)，并支撐住上覆巖層，此時，上履巖層由煤壁和采空區(qū)矸石支撐達到自身平衡，采場支架所受載荷僅僅是脫離了上覆巖層的直接頂重量 Q。 Q 值取決于直接頂厚度和在控頂區(qū)懸伸長度，這是一個定值，稱為“給定載荷”。 直接頂厚度按1 KPMh 計算， M 為煤層采高， KP 為直接頂巖層的碎脹系數(shù)。 “給定變形量”（圖 2 所示），直接頂跨落后不能充填滿采空區(qū)時，老頂破壞后沉陷，壓于直接頂之上，對于工 作面有直接影響，但老頂?shù)目缏溆质怯邢薜模岸嗽诿罕诤椭Ъ苌戏?，后端受冒落矸石的限制，并由前方未破壞老頂和后方已跨落老頂?shù)乃綌D壓形成平衡。采場頂板下沉的基本狀態(tài)，就是由與“給定變形”相適應(yīng)的可縮性，否則將承受不必要的附加載荷。 從現(xiàn)場的開采實踐上分析，一次周期來壓步距往往在 10m 以上，而工作面控頂距在 3 5m 左右，采場支架是無法阻止老頂?shù)某料莸?，支柱的承載能力應(yīng)該以能夠防止頂板沿煤壁切落為準(zhǔn)。 無論是采場支架“給定荷載”和“給定變形量”工作狀態(tài)，它既要求支架有一定的支撐能力，既能承受直接頂離層巖石的“給定載 荷”，并防止頂板來壓時工作面切頂；又要要求支架有一定的可縮性，適應(yīng)老頂破壞沉陷時的“給定變形”，木支柱、剛性支柱、金屬磨擦支柱都不能完全滿足這些要求，單體液壓支柱則是實現(xiàn)了既有一定的承載能力，有能保證在一定承載能力下有一定可縮性的先進的支護方法。 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 5 頁 圖 1 工 作 面 支 架 的 給 定 載 荷 狀 態(tài)圖 1 工 作 面 支 架 的 給 定 變 形 工 作 狀 態(tài)根據(jù) XX 煤礦老系統(tǒng)及各巷道布置的層位及圍巖的穩(wěn)定狀況，礦井應(yīng)合理選擇支架類型，利用合理的施工工藝，選用合理的斷面形狀。礦井回采工作面支護現(xiàn)以木支護為主。使用木支護，一般只能支護 5 6 個月就基本損壞， 如遇水、損壞時間更短，需要更換維修，既浪費人力、物力和財力，影響環(huán)境，又造成安全隱患。隨著礦井服務(wù)年限的延長，維修量逐年增加，且隨著開采深度的增加，巷道圍巖壓力越來越大，木支護巷道斷面越來越小，嚴(yán)重影響礦井通風(fēng)和運輸，制約了礦井產(chǎn)量，安全工作也受到制約與威脅。 2、安全生產(chǎn)的需要 使用木材進行采面支護為被動支護，只有當(dāng)巷道圍巖產(chǎn)生變形后，才能提供支撐力。但此時，巷道圍巖已經(jīng)遭到破壞。而木支架受自身強度限制，所能提供的支撐力有限，同時木支護不能防火，容易腐朽，不能阻止和防止圍巖風(fēng)化，因此，木支護巷道頂板事故較 為頻繁，傷亡事故常有發(fā)生。 2005 年貴州省煤礦各類事故種，頂板事故發(fā)生次數(shù)所占比例很大，約為 55.28%。頂板事故死亡人數(shù)仍為最多，占 39.67%。頂板仍是煤礦安全生產(chǎn)的主要隱患。 單體液壓支柱支護與傳統(tǒng)的被動支護迥然不同，主動對采面進行支護，最大限度提高了圍巖的自支撐能力，同時隱蔽工程少，可及時對變形采面進行維護，減少了事故的發(fā)生。為此，近年來在煤礦積極推廣下，取得明顯的支護效果。 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 6 頁 3、環(huán)境保護的需要 根據(jù)貴州省六盤水市政府統(tǒng)計，采用木支護，煤礦每生產(chǎn) 1萬 t煤炭將消耗 80 90m3坑木， 2000 年 2004 年消耗坑木 10 萬 m3/a，說明坑木消耗量非常大。大量木材的消耗，伴隨森林資源的過渡砍伐破壞，導(dǎo)致地表水土流失加劇，環(huán)境問題更趨于惡化。而且隨著國家對森林資源的保護力度在不斷加大，木材資源的長期穩(wěn)定供應(yīng)亦比較困難，客觀上要求進行支護改革。 第三節(jié) 項目建設(shè)的可行性 一、礦井地理位置 XX 煤礦位于 XX 縣東北方向，距 XX 縣直線距離 11km，距草塘鎮(zhèn)約 8km，屬 XX縣草塘鎮(zhèn)，業(yè)務(wù)隸屬 XX 縣煤炭工業(yè)局管轄。礦山有簡易公路相通，交通較為方便（見交通位置示意圖 1-3-1）。礦區(qū)由 個拐點坐標(biāo)圈定。 拐點 X Y 1 2 3 4 二、地形地貌 本區(qū)大地構(gòu)造位置屬揚子準(zhǔn)地臺黔北臺隆遵義斷拱貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形東南部，地形切割較為強烈，為剝蝕、侵蝕溝谷山地地貌。最高海拔標(biāo)高 + m，最低海拔標(biāo)高 + m，最大高差 m，全區(qū)地形主要為斜坡、沖溝、陡巖。 三、地質(zhì)構(gòu)造及煤層特征 1、地層 礦區(qū)區(qū)域地形有震旦系、二疊系、三疊系及零星分布的白堊系、老第三系和第四系，其中的寒武系和三疊系分布最廣，次為二疊系。由于黔中的隆起，缺失了志留系 石炭系及侏羅系。出露的地層自下而上為下二 疊統(tǒng)棲霞組和茅口組、上二疊統(tǒng)吳家坪組，下三迭纃夜郞組和茅草鋪組。由老至新分述如下： 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 7 頁 1） 棲霞組和茅口組（ P1q+m）：下部為深灰色中至厚層泥晶灰?guī)r、燧石灰?guī)r；上部為灰至淺灰色厚層及塊狀泥晶至粉晶灰?guī)r。厚度大于 150m。 2） 吳家坪組（ P2w）根據(jù)巖性可將該組巖層劃分為五段 第一段（ P2w1）為含煤段。巖性為灰、灰白色泥巖與砂質(zhì)泥巖互層，時夾黑色灰質(zhì)泥巖。含煤 1 層，厚 16 32m。 第二段（ P2w2）：灰至灰色中至厚層燧石結(jié)核灰?guī)r，底部為層厚 4 10m 的深灰色中厚層生物灰?guī)r，本段厚 56 90m。 第三五段（ P2w3 P2w5）：灰至深灰色中至厚層灰色中厚層泥晶灰?guī)r，底部互層，底部為粉晶灰?guī)r，厚 134 159m。 3） 長興組和大隆組（ P2c+d）：下部為深灰色中厚層泥晶灰?guī)r，底部為一層頁巖；中部為深灰色中至厚層狀燧石灰結(jié)核灰?guī)r；上部為深灰色薄至中厚硅質(zhì)巖，偶夾頁巖，厚 40 68m。 4） 夜郞組（ T1y）：根據(jù)巖性分為兩段。 第一段（ T1y1）：灰綠色、紫紅色頁巖，偶夾薄層灰?guī)r。厚 50 60m。 第二段（ T1y2）：灰色薄至中厚層粉晶灰?guī)r，厚 80 200m。 5） 茅草鋪組（ T1m）：淺灰、紫灰色厚層粉晶灰?guī)r，縫合 線發(fā)育，上部夾少量白云質(zhì)灰?guī)r。厚度大于 130m。 6） 第四系（ Q）黃色、黃褐色浮土及坡積物，厚 0 10m。 2、地質(zhì)構(gòu)造 礦區(qū)位于 XX 向斜東翼，礦區(qū)范圍總體屬單斜巖層，傾向南西，傾角 15 20 度，平均傾角 18 度，屬構(gòu)造簡單的礦區(qū)。 3、煤層 1）含煤性： 二疊系上統(tǒng)吳家坪組，自下而上分為三段，僅第一段含煤，本礦區(qū)內(nèi)僅含一層煤。即 D 煤層，該煤層平均厚度 1.50m，含煤段平均厚度 25m，含煤系數(shù)為 3.9%。 2）含煤層的穩(wěn)定性 根據(jù)煤礦采礦工程的觀察結(jié)果，煤層厚度平均在 1.50m，煤層連續(xù)性總體偏好，厚度稍有變 化，部分地段變薄或增厚，屬較穩(wěn)定煤層，為全區(qū)可采煤層。 煤層特征表 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 8 頁 煤層 編號 煤層平均 厚度 (m) 煤層 結(jié)構(gòu) 煤層傾 角（） 密 度 （ t/m3） 穩(wěn)定性 頂?shù)装鍘r性 頂板 底板 D 1 1.80 1.50 簡單 18 1.44 較穩(wěn)定 深灰色中 厚層灰?guī)r 灰白色 粘土巖 四、支護改革可行性分析 1、技術(shù)分析 XX 煤礦采掘活動集中于 D 煤層，煤層平均厚度 1.50 米該煤層位于二迭系上統(tǒng)吳家坪組，巖性為砂質(zhì)粘土巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，厚約為 15 20 米。根據(jù)其巖石及煤層頂?shù)装逄匦裕?使用單體液壓支柱支護能夠滿足采場的支護要求。選型計算結(jié)果如下： XX 煤礦 D106 采煤工作面，采高 1.50，工作面斜長 60m，采用二班生產(chǎn)一班準(zhǔn)備二采一準(zhǔn)的循環(huán)作業(yè)方式，采用 3 4 排控頂，排距、柱距分別為 1.0m、 0.8m，全部跨落法管理頂板。 2、支護選型及支護密度計算 工作面選用 DZ18-30/100 型單體液壓支柱和 HDJA-1000 型鉸接頂梁配合使用。 支柱的額定阻力 300kN，最大支撐高度 1800mm，最小支撐高度 1110mm，伸縮行程 690mm，額定工作液壓 38.2Mpa，初撐力 118 157kN， 泵站壓力 15 20Mpa，油缸直徑 100mm，底座面積 109cm2， 支柱有液時質(zhì)量 41.9kg， 無液時 36kg。 每根單體支柱的工作阻力為 P 支 =F n=300 0.9=270kN 式中： n 支柱時間利用系數(shù)，取 0.9； F 單體液壓支柱額定工作阻力， kN； 單位面積頂板壓力 W 為： 2/8.3 5 28.15.248 mkNMkW 式中： k 采高系數(shù)，一般為 6 8 倍采高，取 8 倍采高計算； 頂板巖石容重， 24.5kN/m3； M 最大采高 1.8m； 3、工作面支護密度確定： 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 9 頁 最大控頂距為 Lmax=4.2m，工作面斜長 L=60m，最大控頂面積 Smax=LmaxL=4.2 60=252m2 最大控頂時支柱的數(shù)目 338)45.0(8.060m a x)5.0(m a x BaLN根 最大控頂支柱密度 2/34.1252338m a xm a xm a x mSND 根式中： a 工作面柱距； Nmax 最大控頂距時支柱數(shù)； Bmax 最大控頂距時控頂面積； L 工作面斜長； Smax 最大控頂距時控頂面積； Lmax 工作面最大控頂距； Dmax 采場最大控 頂支柱密度； 最小控頂距時， Lmin=3.2m，工作面斜長 60m Smin=Lmin L=3.2 60=192 最小控頂距時，支柱數(shù)目 根263)35.0(8.060m a x)5.0(m a x BaLN最小控頂距時，支柱密度 2/37.11 922 63m inm in mSND 根支柱載荷計算 最大控頂距時，支柱載荷量 根大 /3.26334.1 8.352m a x kNd WP 最小控頂距時，支柱載荷量 根小 /5.25737.1 8.352m in kNd WP 比較 P 大 =263.3kN/根 P 小 =257.5kN/根， P 支 =270kN/根 即 P 支 P 大 P 小 根據(jù)以上計算結(jié)果表明：每根單體支柱的額定工作阻力，大于實際支柱的載荷力，因此在采煤工作面采用單體液壓支柱比較可行。 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 10 頁 第二章 技術(shù)來源、工藝特點、技術(shù)關(guān)鍵及對煤礦安全、 技術(shù)進步的重要意義和作用 1、支護工藝特點 (1) 回采工作面的支護工藝 回采工作面的支護工藝經(jīng)歷了重大的技術(shù)改革，經(jīng)歷了木支柱、磨擦支柱、單體液壓支柱和液壓支架階段，在頂板管理技術(shù)上，由傳統(tǒng)的密集支柱、堆柱、叢柱等切頂支柱，發(fā)展到分段密集、切頂，在堅硬頂板工作面采用液壓切頂支柱，在采場端頭支護上采用 11#工字鋼梁、 T 型鋼梁等支護 方法，這些支護技術(shù)改革有利地促進了回采工作面單產(chǎn)的提高，安全狀況同時有了較大改觀。 單體液壓支柱有外注式 DZ 和內(nèi)注式 NDZ，由于內(nèi)注式操作時初撐力不穩(wěn)定和不便于檢修，目前普遍采用外注式單體液壓支柱。 1、單體液壓支柱規(guī)格的選擇 支柱規(guī)格的選擇，主要依據(jù)支柱在開采煤層使用時需要達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 式中： Mmax 工作面最大采高， m； b 頂梁厚度， m； I 為了避免支柱在完全抽出狀態(tài)下工作，預(yù)留的活柱富裕行程， 一般為 100mm。 d 單體鉆底量， m 如果在直接頂與煤層中存在隨采隨落的偽頂，支柱的高度還應(yīng)考慮偽頂厚度 c，本礦頂板為灰?guī)r，可不考慮偽頂影響，由于本礦煤層底板較硬，單體鉆底量可以考慮為0.1m 即為： Hmax=Mmax+c b+I+d=1.8+0 0.1+0+0.1=1.8m 2）支柱的最小高度 應(yīng)適用于放頂前支柱高度，為了便于回收液壓支柱，使支柱不致壓死，按普通采煤管理辦法的規(guī)定，應(yīng)留有 100mm 伸縮余量，則： Hmin=Mmin s b a+c+d=1.33 0.1 0.1 0.1+0+0.1=1.13m 式中： Mmin 工作面最小采高， m； s 頂板在最大控頂處平均最大下沉量， m： 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 11 頁 a 支柱卸載高度（一般 0.1）， m： 頂板在最大控頂處平均下沉量，應(yīng)根據(jù)同一煤層開采的實測資料確定。也可以采用估算方法，即： mRMS 13.02.46.102.0 式中： 0.02 0.03； R 最大控頂距； 2、單體液壓支柱在工作面的布置 單體液壓支柱工作面支護方式和鉸接頂梁的布置形式 有齊梁齊柱、錯梁齊柱和錯梁錯柱等，但一般要求梁長要和循環(huán)進度、放頂步距等長，目前回采工作面普遍采用的布置方式是齊梁齊柱和錯梁齊柱兩種，見圖 3。 圖 3 工作面支架布置形式 戴帽點柱 齊梁齊柱I I I II - I I - I錯梁齊柱I II - I3、回采工作面端頭支護 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 12 頁 經(jīng)過多年實踐，根據(jù)工作面開采條件，采用多種支護方式，如使用工字鋼梁、型鋼梁、鉸接頂梁焊接、十字頂梁和滑移頂梁等組成大棚，來控制工作面端頭大面積懸露頂板，有效地解決了回采工作面端頭支護問題，基本形式如圖 4 所示。 運輸平巷最小控頂距運輸平巷最大控頂距圖 4 工作面端頭支護 4、生產(chǎn)工藝選擇 根據(jù) XX 煤礦工作面的實際情況，采用走向長壁后退式采煤法，全部跨落法管理頂板，放炮落煤。采用 DZ18 30/100 型外注式單體液壓支柱與 HDJA-1000 型金屬鉸接頂梁配合控制頂板，支架布置形式為齊梁齊柱，“三、四”排管理，最大控頂距 4.2m，最小控頂距 3.2m，放頂步距 1.0m，作業(yè)方式為“三八”制，工作面端頭采用四組八梁交錯邁步前移維護頂板。見采礦方法圖。 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 13 頁 第三章 建設(shè)方案、地點、規(guī)模 依據(jù)貴州省國土資源廳頒發(fā)的采礦許 可證，證號： ，礦區(qū)范圍由 個拐點圈定（見下表）。面積約 km2。井田走向長約 m，傾向約 m。 拐點 X Y 1 開采深度： +1150 +850m 設(shè)計生產(chǎn)能力 6 萬 t/a。可采煤層傾角 15 20 ，采用炮采工藝，傾斜長壁采煤法，采用木支柱支護采場，詳見采礦方法圖。該礦“六證”齊全，安全管理較強。因此，在該礦作為支護改造的一個試點礦井。故投資裝備單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護采場。 第四章 設(shè)備選型及主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) XX 煤礦回采工作面選用 DZ18 30/100 型單體液 壓支柱配合鉸接頂梁使用，乳化液泵站選用 XRB2B80/200 乳化泵，兩泵一箱。 支柱參數(shù)：支柱的額定阻力 300kN，最大支撐高度 1800mm，最小支撐高度 1110mm，伸縮行程 690mm，額定工作液壓 38.2Mpa，初撐力 118 157kN，泵站壓力 15 20Mpa，油缸直徑 100mm，底座面積 109cm2，支柱有液時質(zhì)量 42.9kg，無液時 36kg。 乳化液泵站技術(shù)參數(shù)：公稱壓力 20Mpa，公稱流量 80L/min，電機功率 37kw，轉(zhuǎn)速 1470r/min，外形尺寸 1928 760 935mm(長寬高 )，配套液箱型號 XRXTA(B、C)，質(zhì)量 1200kg。 第五章 外部配套條件落實情況及原材料供應(yīng) 第一節(jié) 外部配套條件落實情況 本礦為生產(chǎn)礦井，所需外部條件具備。 1、 XX 煤礦主采煤層原煤煤質(zhì)特征表 5 1 1 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 14 頁 煤層 各項指標(biāo) 水分 M（ %） 灰分 Ad（ %） 揮發(fā)分 Vadf （ %） 全硫 Std（ %） 發(fā)熱量 (MJ/kg) 牌號 D 0.8 1.4 13.4 22.3 30.2 38.45 1.0 1.7 29.58 肥煤 2、交通條件 XX 煤礦距 326 省道約 1km，礦山 有簡易公路相通，交通較為方便。 3、水源、電源 本礦生活用水和生產(chǎn)用水可取致附件泉水及處理后的井下水。 礦井供電一回路引自草塘鎮(zhèn) 10kv 變電所，另一回路引自 kv 變電所。 第二節(jié) 煤炭運銷和經(jīng)濟效益情況 礦井所生產(chǎn)的原煤主要銷往遵義地區(qū)，本地水泥廠、磷廠或民用煤，市場前景好，效益可觀。根據(jù)對市場的調(diào)查，原煤目前售價為： 200 元 /噸（含稅費）。 1、技術(shù)經(jīng)濟分析 （ 1）年銷售收入： 6 萬噸 200 元 /噸 =1200 萬元； （ 2）年生產(chǎn)成本： 6 萬噸 115 元 /噸 =690 萬元； （ 3）年稅費總額： 6 萬噸 45 元 /噸 =270 萬元； （ 4）利潤總額： 1200 690-270=240 萬元。 2、評價 礦井井型 6 萬噸 /a，工期 8 個月，礦井達到設(shè)計產(chǎn)量時需追加投資 57.21 萬元，噸煤投資 9.54 元。 礦井年銷售收入 1200 萬元，年利潤總額 240 萬元。投資回收期約 3 個月 (不含建設(shè)期，使用單體支柱后每朋多生產(chǎn) 300 噸的利潤 )，綜上所述，礦井建設(shè)工期短、經(jīng)濟、社會效益顯著。 第六章 環(huán)境保護、安全生產(chǎn)、生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 第一節(jié) 環(huán)境保護 根據(jù)統(tǒng)計資料分析，采用炮采工藝單體液壓支柱支護采場，萬噸坑木消耗將降低80m3/萬 t 左右，單體液壓支柱一般可使用 7 8 年，以年產(chǎn) 6 萬 t 計，可節(jié)約 240m3 坑貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 15 頁 木 /年。 第二節(jié) 安全生產(chǎn) 一、支護 1、要及時支護，支柱必須嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定的柱距、排距及迎山角度進行。 2、支柱時要隨時注意附近行人的安全，嚴(yán)禁將注液槍口對準(zhǔn)任何人員，升柱時不得將手放在頂梁邊緣。 3、支柱時要嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問頂”制度，遇有松動的浮煤、矸，要及時找掉摘除后，方可進行支護工作。 4、支柱不得打在浮煤、矸上，遇底板松軟時要穿柱鞋，支柱必須立于實底，且迎山有勁，吃勁有力。 5、遇有特殊地質(zhì)變化如斷層、褶皺，頂板 不平整等情況時，另補充專門措施。 6、工作面有拉咎或頂板有裂縫時，不得對準(zhǔn)拉咎裂縫打支柱，必須沿拉咎或裂縫兩端架設(shè)支架或打戴帽點柱。 7、支柱時必須保護好電纜及乳化管路，嚴(yán)禁將支柱支在這些線、管上。 8、遇有需改動的柱子，必須嚴(yán)格執(zhí)行“先支后回”的原則。 9、支柱時，必須使絞接頂梁與頂板吻合，防止支柱偏心承載，倒柱傷人。 10、支柱時，要隨時注意支設(shè)的單體柱的三用閥、柱筒有無漏液現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)必須立即更換，以防止卸壓倒柱發(fā)生事故，新投入的支柱要反復(fù)注液、卸壓，以便將柱腔內(nèi)的空氣排空。 11、支柱時要兩人配合 作業(yè)，一人將支柱對號入座，支在實底或柱鞋上，并抓好支柱手把，扳動注液槍手把升柱（注液槍插入閥嘴前，應(yīng)先用注液槍沖洗閥嘴），另一人查看頂板，扶好頂梁和水平銷，防止水平銷從頂梁卸口掉下傷人。柱子升緊前，要將頂梁調(diào)正，使之垂直于煤壁并剎好頂。 12、支柱時要將單體柱三用閥嘴朝向工作面下部，支柱不得打在兩頂梁絞接處，支柱初撐力不得小于 60kN。 13、注液槍用完后應(yīng)掛在支柱手把上，禁止將注液槍拋在底板上或用注液槍砸三用閥，要防止注液槍的高壓管纏繞打結(jié)或被煤矸埋住。 14、嚴(yán)禁使用漏液或失效的支柱，禁止用不正當(dāng)手段處 理漏液的三用閥。 15、支柱工用手抓扶支柱手把時，應(yīng)手心向上，以防升柱過程中頂板掉下的小塊煤、矸砸傷手背。 16、工作面?zhèn)溆脝误w必須打在切頂線處作全承壓支護，且嚴(yán)禁出現(xiàn)單梁單柱現(xiàn)象。 17、在工作面頂板破碎、壓力大的地段，要及時支打貼幫柱，貼幫柱的支設(shè)間距為1.2m（沿工作面的傾斜方向）。 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 16 頁 二、回柱放頂 （ 1）回柱前必須仔細(xì)檢查工作面的安全狀況：煤層頂板是否穩(wěn)定、壓力是否有變化，周圍支架是否完整可靠、退路是否安全暢通，如有隱患，必須先進行處理，然后才能進行回柱工作。 （ 2）回柱放頂按照從下往上的順序進行，放 頂步距 1m，回柱放頂時，兩人相互配合，一人回柱，一人觀山，注意頂板壓力情況及安全狀況。遇頂板壓力大，頂板破碎或懸頂面積大時，必須先加強周圍支護后再回柱放頂。 （ 3）回柱放頂時，必須保證退路支護完好、安全暢通，且附近不得堆積任何雜物。 （ 4）工作面基本支護和特殊支護未得到完善時，必須先完善后方可進行回柱放頂工作。 （ 5）回柱放頂時如串矸嚴(yán)重，必須提前掛好擋矸簾。 （ 6）回柱放頂時如遇“死柱”，必須采用臥底的方法回出，不準(zhǔn)用回柱絞車硬回，嚴(yán)禁用炮炸。 （ 7）支柱卸載時，必須使用卸載手把或?qū)Ｓ霉ぞ?，必須由小到大?步卸載，待頂板穩(wěn)定、支柱脫離頂梁后，方可快速卸載。 （ 8）回柱放頂前，嚴(yán)禁與回柱無關(guān)的任何人員停留在附近。回出的單體柱要補升到切頂線頂板上，并留出材料道，回出的頂梁要豎放在材料道內(nèi)。 （ 9）回柱過程中，對支柱要輕放，嚴(yán)禁亂拋、碰砸，以免損壞。 （ 10）回柱放頂時，如遇頂板冒矸嚴(yán)重，回撤支柱、頂梁困難時，使用回柱器回撤。 （ 11）當(dāng)工作面有兩處以上在同時回柱時，兩處間隔距離不得小于 15m。 （ 12）當(dāng)回柱放頂與工作面支護平行作業(yè)時，兩工序間隔距離不得小于 20m。 （ 13）如有材料、工具等掉入采空區(qū)，人員只能站 在支護完好的地段用長柄工具將其拖出，嚴(yán)禁任何人員進入無支護區(qū)空頂作業(yè)。 （ 14）使用回柱絞車回收上下巷柱子時，必須先檢查各部件是否完好，壓、戧柱是否吃勁有力，信號是否準(zhǔn)確靈敏，鋼絲繩是否符合安全規(guī)定，否則不準(zhǔn)使用絞車。 （ 15）回收上下巷棚子時，必須由里往外逐架進行。且必須與工作面切頂線保持一致。 3、特殊支護 （ 1）上下巷超前支護采用單體液壓支柱配合絞接頂梁進行，靠工作面煤壁側(cè)為20m，另一側(cè)為 10m，一梁一柱，支柱必須絞接，支柱時嚴(yán)禁打在頂梁絞接處。 （ 2）機頭機尾采用四對八梁支護頂板，兩巷的棚子也采 用一組長鋼梁交錯邁步前移支護工作面一側(cè)的棚梁端，支護兩巷的長鋼梁組內(nèi)間距 200mm，與工作面第一組大梁間距不大于 500mm，四組八梁組內(nèi)間距 200mm，組間距 600mm，每棵大梁下的支柱貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 17 頁 不得少于 3 棵，初次放頂時，組間距調(diào)整為 500mm。 （ 3）移大梁時要有足夠的人力配合，并設(shè)專人觀山，升柱時，要提醒托梁人員，謹(jǐn)防夾手、碰頭。 （ 4）初次放頂期間，采用戧棚加強切頂線處的支護強度，初次放頂結(jié)束后，則采用戧柱加強切頂線處的支護。 二、安全注意事項 1、所有施工人員，包括初次放頂跟班人員，都必須認(rèn)真貫徹學(xué)習(xí)該作業(yè)規(guī) 程及初次放頂措施。傳達、學(xué)習(xí)、簽字方可入井工作。 2、入井前，穿好工作服，戴好安全帽，領(lǐng)燈時，要仔細(xì)檢查所領(lǐng)礦燈的亮度和完好情況，禁止攜帶煙火和可燃物下井，不允許喝酒和穿化纖衣服下井。 3、在下班途中，注意沿途安全，在軌道上山必須嚴(yán)格執(zhí)行“行車不行人、行人不行車”制度。嚴(yán)禁蹬車。 4、進入施工地段，帶班人員要對工作面進行全面檢查，條件差的地段，要安排有經(jīng)驗的老工人，并對該地段的質(zhì)量等管理負(fù)責(zé)。 5、打眼時，必須保證煤電鉆綜合保護靈敏可靠。嚴(yán)禁甩掉煤電鉆綜合保護作業(yè)。 6、放炮期間必須嚴(yán)格按照“一炮三檢查”執(zhí) 行，把人員撤到安全地點。并做好警界，執(zhí)行好“三人連鎖放炮制度”。 7、放炮結(jié)束后，要及時打柱支護，打柱必須按技術(shù)要求架設(shè)。 8、支柱不允許打在浮煤浮矸上，要注意頂板，找掉懸浮矸石。 9、支柱時，上下段要看好，柱子要打成一條線，兩人相互配合作業(yè)，一個將柱對號入座，支柱升柱，一人扶梁。 10、回柱放頂前，必須詳細(xì)檢查工作點的安全情況，看好退路，并確保退路暢通，加固支架。 11、回柱放頂必須從下往上、從里往外的順序進行，一個回柱，一人觀山。當(dāng)壓力大時，要先加固放頂?shù)囟沃е?，然后再回柱放頂?12、回下的支柱，要堆 碼好，壞的要及時回收上井進行檢修。 13、當(dāng)回柱后，頂板不垮落，采取強制放頂時，打眼人員站在支護完好地點進行，對懸浮矸石找掉，然后再進行打眼工作。 14、打眼退釬，要緊握鉆桿，以防鉆桿滑落傷人，打眼工打眼時禁戴手套作業(yè)。 15、如放炮后頂板不垮落，或垮落效果不好，可進行第二次放頂，方法同第一次一樣。 16、回柱放頂前如竄矸嚴(yán)重，要設(shè)擋矸簾，擋矸簾用竹笆或背板，擋矸簾設(shè)在第四排，回柱放頂時，禁止與放頂無關(guān)的人員在放頂區(qū)段逗留。 貴州省 XX 縣 XX 鎮(zhèn) XX 煤礦采面支護改革可行性研究 第 18 頁 17、如有材料掉入老塘，要用長柄工具鉤出，禁止人員進入無支護區(qū)作業(yè)。 第三節(jié) 采 面生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1、工作面必須做到“三直、一平、兩暢通”，即刮板運輸機直、煤壁直、支柱直、頂梁平，上、下安全出口暢通。并做到金屬支柱編號管理，支架頂梁垂直于煤壁，單體柱必須迎山有勁，迎山角 3 4。 2、工作面頂板壓力大，比較破碎時，應(yīng)沿煤壁支設(shè)臨時柱，間距 1.2m。 3、工作面初采時，但采空區(qū)懸頂面積過大，超過 2（走向） 5（傾向） =10m2，必須采取人工打眼（挑頂眼），眼深 1.2m，眼距 1.0m，沿工作面傾向，傾角 60 70，眼底偏向采空區(qū)一側(cè)，每眼裝藥 300g，眼孔剩余部分用水炮泥和黃泥充填嚴(yán)實到眼 口，強制放頂。 4、但工作面頂板松軟，支柱鉆底嚴(yán)重時，支柱必須穿鞋，規(guī)格為 1600 200 70mm（長寬厚）大木板。 5、初次放頂期間，工作面放頂?shù)闹е?，戧棚梁?140 160mm，長 2.0m 的新圓木，一梁三柱作連鎖戧棚支撐，戧柱支打在第三排處，支打戧柱的柱腿斜打在第二排支柱的柱腿處。 6、支柱初撐力不小于 60kN，泵站壓力不小于 15Mpa，乳化液配比濃度為 0.5 1.0%。 7、工作面?zhèn)溆弥仨毴看蛟谇许斁€處作全承壓支護。 第七