補連塔井田區(qū)段煤柱參數分析

1、補連塔井田區(qū)段煤柱參數分析田瑞云(神東煤炭公司補違塔礦張民權(長治職業(yè)技術學院摘要介紹了樸連塔煤礦的基皋情況。著重對區(qū)段煤拄的參數作了分析.并進行了經濟對比,若按本文優(yōu)化參數?？啥喃@利15.558億元。關鍵詞區(qū)段;煤拉;參數;分析中圖分類號TD823.5文獻標識碼A1井田及礦井概況1.1井田概況補連塔井田南北走向長6.31km14.4km,東西傾向斜長6km14km,面積130.9km2;含煤地層為中生界侏羅系中下侏羅統(tǒng)延安組(J。一:,主要可采煤層自上而下有3層:10煤層(分叉線以東平均厚度1.66m,分又線以西平均厚度5.03m,2。2煤層平均厚度6.751Tl,3-1煤層平均厚度3.16

2、m,構成地質儲量21.2億t;地表覆蓋第四系松散層,厚度5m50m,平均厚度20m 左右,并呈東厚西薄,北厚南薄的均勻變化;1_2煤層上覆基巖厚度10m180m(其變化規(guī)律是從井田東部向西部逐步增厚,下位的2-2煤層與1_2煤層層間距為36m,再下位的3。煤層與2.2煤層層間距為30rfl.總體來講,補連塔井田面積大,地質構造簡單,無大的斷層和褶曲,煤層賦存條件優(yōu)越,主要可采煤層厚度大、傾角緩、層位穩(wěn)定、儲量豐富;煤層瓦斯含量低(0.19m3/t,水文地質條件簡單,涌水量小(1so m3/h左右;煤層力學特性好,具體表現(xiàn)為硬度大(硬度系數,=3,韌性高(韌性系數為8。煤層埋藏淺,地壓小,有利于

3、采掘活動中頂板管理,但突出的弱點是燃點低(300左右,在失水狀態(tài)下易自燃(夏季在地面堆積3m高的煤堆自燃發(fā)火期為1個胃左右。1.2礦井概況補連塔煤礦始建于1987年7月,設計井型60萬t/a(準備后期擴建到120萬t/a。采用類似片盤斜井開拓,中央并列抽出式通風、采區(qū)前進式、工作面后退式、下行開采順序。1989年12月。委托邯鄲設計院做補連塔礦井初步設計>,本次設計保留了原來形成的井位,調整開拓方式斜井盤區(qū)大巷,劃分為兩個開采水平去開采,上下兩個煤組(一水平開采上煤組:L。2煤和2-2煤,二水平開采下煤組:31煤以下。盤區(qū)內采用分組聯(lián)合巷道布置形式,并盡力套用原來形成的巷道系統(tǒng),一水平的

4、大巷布置在3號煤組的底板+1055水平上。設計礦井生產配置1個高檔工作面和4個綜采工作面(兩個分層開采和兩個次采全高,走向長壁布置,采面長180m,都裝各國產設備。1991年8月礦井正式進行改擴建工作。到1992年12月發(fā)現(xiàn)原地質報告與實際揭露出人較大,又因地面建筑設施調整較大,故補堪報告提出在原基礎上對初設進行二次修改。把采面?zhèn)€數減少到3個,且均為綜采(一采區(qū)配1套綜采分層開采2-煤。二采區(qū)配2套綜采一次采全高開采1。2煤,其裝備還是國產。井下輔助系統(tǒng)設備選用膠套輪卡軌齒軌車。井下防滅火由原設計的黃泥灌漿改為注氮系統(tǒng)。1994年后,又借鑒原神府公司太柳塔礦試采經驗,發(fā)現(xiàn)本礦區(qū)煤層硬度高、韌性

5、大,首次認識到引進大功率采煤機勢在必行。由此引發(fā)出井上下各個生產系統(tǒng)巨大的連鎖變化。諸如:采煤機功率第2期田瑞云等:補連塔井田區(qū)段煤柱參數分析大、噸位重、產量高,導致采面?zhèn)€數減少,要求輔運系統(tǒng)和供電增容而使整個供電系統(tǒng)不相匹配等急需改造,礦井演變到高強度開采而出現(xiàn)減人提效。采面和推采長度不滿足進口設備的能力也需合理加長等等。為此邯鄲設計院又出了正式的設計修改版本,并由神華集團公司以神華礦批準,以此礦井規(guī)范地建設下去。1997年10月16日.礦井在補掘輔運平硐和調整井下輔運和通風兩大系統(tǒng)后,以l 井1面年產300萬t的高產高效模式正式投產?，F(xiàn)在,綜采工作面最高日產量突破3萬t,連采掘進面最高月進

6、尺3000m.2巷道布置及采掘格局在礦井10a建設和5a生產期問,因隸屬關系變更和井型的不斷合理增大,主要生產系統(tǒng)的改造和機電設備的變化,導致礦井巷道布置和回采工藝發(fā)生重大演變,形成目前比較合理的采煤方法和采掘接續(xù)格局。除井田東部和邊角區(qū)域外。將其余各大塊段(以井筒開拓大巷煤柱線為界形成補連塔南盤區(qū)和補連塔北盤北,原呼和烏素井田和爾林兔井田部分合并為呼和烏素盤區(qū)采用傾斜長壁仰采采煤法.巷道布置為煤層內太巷條帶式,回采工藝推行一次采全高(為4.8m的大采高,國外進口綜合機械化設備開采;掘進對于長度小于2000m的單巷采用國產綜掘成套設備,長度太于2000m的雙巷用進口連續(xù)采煤機成套設備配合及時封

7、閉聯(lián)絡巷,構成全風壓通風系統(tǒng)掘進。對于3個可采煤層實施分層開拓布局,各類巷道均為重迭式布置、分盤區(qū)下行式開采。2.1煤層接續(xù)在三太盤區(qū)內,首先開采1-2煤層,其次按下行順序開采2-2和3。1煤層。若礦井產量保持在800萬t/a,則將以“一綜一連”的生產模式在盤區(qū)內下行式回采;如改造主運翰系統(tǒng)和外運支線,增設1臺調輕車機頭后,礦井產量在達到1500萬t/a以上時.將以兩綜一連的生產模式在盤區(qū)內上下主采煤層同時配采。一層煤配置一套綜采,連采機將滿負荷地在上下煤層掘進,以滿足接續(xù)準備。2.2盤區(qū)接續(xù)不論礦井產量多大,盤區(qū)的接續(xù)格局基本已定。首先開采補連塔南盤區(qū),而后順序開采補連塔北盤區(qū)及呼和烏素盤區(qū)

8、南部與北部,最后開采井筒及開拓大巷保護煤柱和邊角煤。3區(qū)段煤柱寬度尺寸的實踐與技術經濟分析礦井從1997年投產以來,共開采4個工作面,工作面之間區(qū)段煤柱留設也僅從進入補連塔南盤區(qū)(舊稱為三采區(qū)開始,才有涉及,見圖1.根據我國近水平煤層長壁開采的實踐經驗和煤礦開采設計規(guī)范,結合本礦區(qū)埋藏淺沒有大地質構造的賦存特點,區(qū)段煤柱寬度分別為10133、15rrt、20 m,見表1.其經受的采動壓力顯現(xiàn)情況如下。田1三采臣1噸攥屢工作面布置盈衰l蘭采區(qū)12煤層區(qū)段煤柱寅度統(tǒng)計工作面采高面長堞柱尺寸對煤柱采取的名稱m m保護措施片幫嚴重段采用313014.724310錨阿維護上部3I,024.6242片幫嚴

9、重段采用1520采取任何維護313044.824020不準備維護313054.8240313064.824020不準備維護3.131301與31302工作面之同留設10m區(qū)段煤柱3.231302工作面之同留設15m區(qū)段煤拄回采31302工作面期間,運輸順槽在錨網維護(錨桿1.6m條件下,盡管區(qū)段煤柱10m,但未給生產造成困難,安全采出;在該面采動壓力影響下,31303運輸順槽(區(qū)段煤柱15m礦壓顯現(xiàn)劇烈,聯(lián)巷口巷道上半部都發(fā)生片幫,特別是切眼往外500m,最大片幫深度達1m.針對這種狀況,16山西煤炭第22卷又采取錨噴網聯(lián)合支護維護區(qū)段煤柱,維護2000 m.回采31302工作面,對留設15m

10、區(qū)段煤柱的31303運輸順槽礦壓影響極其嚴重,分析其原因主要有下列幾個方面:31303運輸順槽斷面寬度為6m,巷道本身支承壓力大,再迭加上31302工作面回采動壓,礦壓顯現(xiàn)劇烈,片幫嚴重。聯(lián)絡巷道距離近(35m40m,由此造成對煤柱切割形成孤島塊段,煤柱上方再迭加上聯(lián)巷的支承壓力,又加劇了對煤柱的破壞程度。聯(lián)巷問掘深度6m煤硐,再一次人為地切割破壞區(qū)段煤柱,嚴重地削弱了煤柱的承壓能力。上覆基巖厚度大.切眼處180m,往外2000 I"i1處上覆基巖逐漸變薄為100m左右,上覆基巖變薄為70m,巷道基本上不存在片幫,可見埋藏探度的增大是回采巷道礦山支承壓力急劇增加的主要因素。節(jié)理裂隙發(fā)

11、育影響,凡是在節(jié)理裂隙發(fā)育的區(qū)域,片幫的劇烈程度也越嚴重,這從理論到實踐都進一步得到證實。3.331303工作面之間留設20m區(qū)段煤拄接受31302回風順槽片幫嚴重和巷道返修工作量大的沉痛教訓后,首先將煤柱尺寸由15m加寬到20m,其次將連采機雙巷掘進時的聯(lián)巷間距由40m增加到60m,同時杜絕了在聯(lián)巷煤柱問掘煤硐.以保持煤柱的整體性和承壓能力,并把巷寬由6m減小為5m,通過這些巷道布置參數的優(yōu)化設計.收到了較好的效果。31303工作面自從2001年11月11日開采,回風順槽盡管也片幫,但劇烈程度相對地有所減輕,最大片幫深度只有0.5m,也沒有出現(xiàn)明顯的壓酥帶,再次證實不破壞區(qū)段煤柱是維護回采巷

12、道的有力措施。3.4窄煤柱護巷采前加固巷道方式的經濟分析根據生產實踐;區(qū)段煤柱15m也是可行的,但前提條件是巷道寬度應控制在5rn以內,聯(lián)巷問距60m.工作面回采前對巷幫采用錨噴網加固,這樣既保證了區(qū)段煤柱的完整抗壓性,又有利于下工作面回采巷道的正常使用。a.加固參數巷道上半部鋪1.2m寬網。每米兩根1.65m 長樹脂錨桿,錨噴50mm厚度砂漿,形成錨噴網聯(lián)合加固。b.費用計算采用錨噴網加固煤柱的費用計算見表2.采2加固煤柱費用分析費甩備注弋單價百米用曩元盤屬阿22.90元/o120皿22748材料和人工費錨桿40.o元麈200套8000材料和人工贊砂漿490元/ms188820材料和人工費合

13、計19568c.形象對比分析區(qū)段煤柱留15m后.對巷道一側采用錨噴網加固所需費用情況,折合到每米加固費用為195.68元。整條巷道4600m需加固費用90.013萬元。3.5多留煤柱不加固巷道經濟分析區(qū)段煤柱留設20m自然不錯,可以減少90余萬元的巷道加固費用,但相對留設15m煤柱則少采出5m寬的煤柱資源,其采出量為13.352萬t,以現(xiàn)行噸煤純利66.86元計算,則少獲利892.681萬元。由此可見,留15m煤柱,多開采5m寬度的煤可獲892余萬元利潤,除去采前加固巷道費用90余萬元之后,還可獲利802萬元,相比之下其經濟效益是不育而喻的。4補連塔礦巷道合理煤柱寬度研究的初步結論a.補連塔煤

14、礦1997年投產后,共開采4個工作面,區(qū)段煤柱分別留設10m、15m、20m.b.實踐證明區(qū)段煤柱尺寸選取15m是可行的,但對巷幫需用錨噴網加固,加固費用90萬元,但對比留20m煤柱多采出5m煤柱,減掉加固費用后,還可獲利802萬元。樸連塔煤礦全井田規(guī)劃開采5000m推采長度的工作面共計有198個,即以15m區(qū)段煤柱計算。共多采煤可獲利15.558億元。c.對于開采第一層1-2主采煤層,少留煤柱意味著少留下自燃的碎狀煤炭,有利于今后的礦井防治自燃著火問題,增強礦井安全生產能力ad.開采第二層2-2主采煤層時,不管區(qū)段煤柱留多少(1Sm或20m.對于層問距為30rn左右的煤層開采,第一主采層留設

15、的煤柱全被壓碎是必然的結果,則留設煤柱越大會使以后礦井防治自燃發(fā)火工作的難度越大。e.采用錨噴網加固封閉巷道一側,不僅保護了煤柱的完整性,更重要的是封堵了裂隙通道,減少了采空區(qū)漏風,積極地阻止采空區(qū)遺留碎煤氧化,可進一步防治采空區(qū)碎煤自燃問題。第2期田瑞云等:補連塔井田區(qū)段煤柱參數分析Analysis of parameters of coal pillarin Bulianta mineTian Ruiyun Zhang Minquan(Shendong Coal Co.(Changzhi pnoffesion Col止geAbstract The basic eonditiorrs and

16、 parameters of coal pillar in Bulianta mine are analysed,and it is Iossible to obtain as much as1.5 blUion Yuaa profit with optimum parameters.Key words district;coal pillar;3ar&rctemr;analyse本文責任鳊輯徐樹文(上接第13頁式中:a錨桿軸向應力;力分布情況與端錨拉拔錨桿的軸向應力分布情況接r錨桿粘錨力;近相同,即遵循圖1所示的變化。需要指出:圖4 a一錨桿中的最大軸向正應力;中(a所示為有托盤全長

17、錨桿在無預應力條件下。最大粘錨力。的軸向應力分布情況。當給錨桿施加一定預應力圖4中(b顯示,與拉拔錨桿及無托盤錨桿后,則其應力分布情況應為在此基礎上疊加拉拔力不同,有托盤錨桿的粘錨力首先在錨頭處達到最等于預應力的拉拔錨桿的應力分布曲線。而端錨時大,當錨頭附近局部粘錨力減弱甚至喪失后,粘錨的軸向應力分布情況則與拉拔錨桿的軸向應力分布力的變化較為明顯,即中性點及中性點后的最大值曲線完全相似,預應力對軸向作用力的數值大小有均有一定程度的外移,并因此造成軸力隨深度的變明顯影響,但對其分布規(guī)律影響不大。化曲線斜率發(fā)生改變,但軸力總的變化趨勢未發(fā)生4結論變化,即在錨尾處仍具有較大值,并隨深度增加而增大,直

18、至中性點處達到最大值,過中性點之后隨a.支護中的錨桿與拉拔試驗錨桿的作用力產深度增加而逐漸減小,直到錨頭處達到0.生機理及分布規(guī)律均有所不同,支護設計時不應將進一步分析還會發(fā)現(xiàn),此結果與傳統(tǒng)觀點有所兩者等同處理;不同,即:有托盤全長錨桿的軸向應力分布不同于b.端錨和全錨錨桿的軸向作用力分布規(guī)律的拉拔錨桿,而是近似于拉拔錨桿和無托盤全長錨桿差異決定了兩者對圍巖作用效果及適用條件的不軸向應力分布曲線的平均。有托盤端錨桿的軸向應同,工程中應根據具體情況適當選擇。Distribution principle of axial anchorage force of boltDang Zeliang Re

19、n Yuqiang(Shanxi Luan Mining Group Company(Datong Mine Design InstituteAbstract According to the numerical analysis results,the axial force distribution of bolt have been studled.the differences between bolt for pull t目and forsuppordng have been pointed out.Key words end bolt;axial force;distributio

20、n本文責任編輯胡廣權 補連塔井田區(qū)段煤柱參數分析作者:田瑞云, 張民權作者單位:田瑞云(神東煤炭公司補連塔礦, 張民權(長治職業(yè)技術學院刊名:山西煤炭英文刊名:SHANXI COAL年,卷(期:2002,22(2引用次數:1次相似文獻(10條銅川某區(qū)在特定的地質、采礦條件下,經開采實踐證明,若工作面長度為80 m,則其連續(xù)推進不應超過400 m,否則地表建筑物將遭到破壞.為了解決這一矛盾,可通過留設面內煤柱和區(qū)段間煤柱的方法給予解決.本文采用威爾遜理論公式計算得出該礦面內煤柱寬度為70 m,區(qū)段間煤柱寬度為40 m.通過Flac3d數值模擬軟件驗證后,發(fā)現(xiàn)該礦區(qū)在留有這兩種煤柱寬度的條件下進行

21、開采,地表破壞等級小于1級,符合要求.從而為該礦在開采過程中留設煤柱提供了一種計算思路,對礦區(qū)安全生產和環(huán)境保護有著積極的意義.為了防止煤柱沖擊地壓現(xiàn)象、改善工作環(huán)境并提高回采率,采用現(xiàn)場觀測法,分析了沿空掘巷小煤柱以及工作面煤體內應力變化、超前支承壓力的影響范圍,以及小煤柱煤巷變形破壞規(guī)律,并通過數值模擬分析了4種不同寬度煤柱的塑性區(qū)變化范圍.結果表明,煤柱的破壞情況受煤柱寬度影響較大.小煤柱外邊緣,即臨近上區(qū)段采空區(qū)部分受回采影響已基本呈塑性狀態(tài);內邊緣即靠近本區(qū)段煤體部分,在距工作面4 m左右開始進入塑性破壞狀態(tài);煤柱寬度在68 m之間時中部存在一定范圍彈性核.適合崔莊煤礦條件合理區(qū)段煤

22、柱寬度應為68 m.針對單家村礦傾斜易燃厚煤層分層開采留區(qū)段煤柱的特點,通過灌注黃泥漿、預鋪金屬網形成的隔離帶沿底分層沿空掘風巷,并在正常分層開采的同時,采用放頂煤一次性回收區(qū)段孤島煤柱,從而實現(xiàn)了無煤柱開采,降低了煤炭資源損失。這種方法不僅技術可行,而且工藝簡單、成本低、效率高,為類似傾斜易燃厚煤層的合理開采提供了一條新途徑。4.學位論文江萬剛綜放面區(qū)段煤柱損傷變形規(guī)律研究2007在厚煤層綜放開采過程中,區(qū)段煤柱尺寸的合理設計、支護時間準確判定,對提高回米率、降低成本、保障礦井安全生產、延長礦井服務年限都有重大的意義,對放頂煤開采理論的發(fā)展與完善也有很大的促進作用。本論文通過對下石節(jié)煤礦21

23、5工作面的礦壓觀測,分析了綜放面礦壓規(guī)律和區(qū)段煤柱的變形破壞規(guī)律。運用損傷力學基礎理論,采用Weibull分布函數來表達綜放區(qū)段煤柱中煤體微元的損傷破壞規(guī)律;定義了區(qū)段煤柱基于Weibull分布的損傷變量;建立煤體基于統(tǒng)計損傷的彈性本構關系及演化方程;采用主成分分析法分析了影響區(qū)段煤柱變形的影響因素(H、M、f、L并得出了各因素的權重;運用數值模擬得出了各個影響因素對損傷變量D的影響關系,得出了綜放面區(qū)段煤柱的合理尺寸。通過流變理論,建立了綜放區(qū)段煤柱統(tǒng)計損傷的賓漢姆(Bingham流變模型。根據最小勢能原理,分析了區(qū)段煤柱穩(wěn)定性的時間相關性。最后,結合下石節(jié)煤礦216工作面的實際情況,分析、驗證了結論的正確性和可靠。結合平煤集團十三礦大傾角煤層開采的具體條件,采用鉆孔煤粉量的變化和圍巖松動圈測試研究大傾角煤層開采后支承壓力分布規(guī)律,據此確定區(qū)段煤柱參數,在工業(yè)性試驗過程中分析研究了區(qū)段煤柱的穩(wěn)定性,給出合理的區(qū)段煤柱尺寸為8 m.平煤集團十三礦為新建礦井,12010為二采區(qū)首采工作面,最大傾角32°