【正文】 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè)
。影響工作面巷道變形量的主要原因是采動(dòng)影響、支護(hù)形式的影響和巷道形狀的影響，由于工作面風(fēng)巷一側(cè)為采空區(qū)，因此風(fēng)巷的變形量遠(yuǎn)大于機(jī)巷。 8）在相同的條件下，一次采全高的輕放工作面與預(yù)采頂分層的輕 放工作面在巷道變形量上總體上處于相同水平，但預(yù)采頂分層的要大于一次采全高的巷道變形量。在工作面支架上方，頂煤形成松散體，發(fā)生流動(dòng)。頂煤位移量隨煤壁的靠近而逐漸增大，當(dāng)距煤壁一定距離時(shí)，頂煤的位移增加迅速。 7）頂煤的層位不同，運(yùn)移的始動(dòng)點(diǎn)不同。片幫與推進(jìn)度有很大關(guān)系，正常推進(jìn)時(shí)不片幫或片幫深度較淺，在但當(dāng)工作面因故停止 推進(jìn)時(shí)，片幫現(xiàn)象較多，最深達(dá) 80 cm。 6）由于煤層極軟，因此控制頂煤架前冒落與煤壁片幫是開采中的重要內(nèi)容。工作面推進(jìn)到 78 m處，直接頂垮落，對(duì)工作面的支架有一定的動(dòng)載作用，但極其微小，工作面推進(jìn)到 2628 m處，老頂初次來(lái)壓，工作面有明顯的反應(yīng)，預(yù)采頂分層和一次采全高的輕放開采，其初次來(lái)壓步距相同，但來(lái)壓的增載系數(shù)不同，一次采全高的略大。 3）采用 ―割煤 ? 裝運(yùn)煤 ? 打出伸縮梁護(hù)頂 ? 移支 ? 推前部輸送機(jī) ? 達(dá)到放煤步距后放頂煤 ? 拉后部輸送機(jī) ‖基本回采工藝，加強(qiáng)頂煤冒漏與片幫控制，加強(qiáng)設(shè)備下滑、支架咬架的控制，規(guī)范管理，采用 ―一采一放 ‖、雙輪順序放煤方式與參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了該類復(fù)雜煤層輕放開采的高產(chǎn)高效，工作面產(chǎn) 量達(dá)到 萬(wàn) t/月，回收率 87%以上，取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益與良好的社會(huì)效益。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) 4 主要研究結(jié)論 1）在極軟厚煤層中進(jìn)行輕放開采技術(shù)研究中，頂煤的端面冒漏與片幫控制是十分重要的，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的支架形式、保證工作面的推進(jìn)度、采用正確的開采工藝和參數(shù)、加強(qiáng)輔助措施是保證極軟厚煤層中進(jìn)行高產(chǎn)高效輕放開采技術(shù)成功的關(guān)鍵。產(chǎn)生漏頂?shù)闹饕驗(yàn)轫斆菏制扑椋肮芾聿患皶r(shí)，架間封閉不嚴(yán)所致。片幫與推進(jìn)度有很大的關(guān)系，正常推進(jìn)時(shí)不片幫或片幫深度較淺，在 30 cm以下，但當(dāng)工作面因故停止推進(jìn)時(shí)，片幫現(xiàn)象較多，最深達(dá) 80 cm。 平均片幫深度/ 最大片幫深度/推進(jìn)度/推進(jìn)度/平均片幫深度/最大片幫深度/ 圖 26 8415 工作面片幫深度、長(zhǎng)度與工作面推進(jìn)度的關(guān)系 極軟煤層綜放開采，煤壁片幫現(xiàn)象很普遍。 圖 25 工作面頂板破碎度與推進(jìn)度的關(guān)系 頂板破碎度/% 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 2）煤壁片幫 8415 工作面煤壁片幫觀測(cè)結(jié)果見圖 26 所示。同時(shí)與工作面推進(jìn)度有很大的關(guān)系，圖 21 表明，推進(jìn)度大時(shí)，工作面頂板破碎度較低，當(dāng)推進(jìn)度為 m/d 時(shí)，頂板破碎度為推進(jìn)度是 m/d 時(shí)的 ％。 1）工作面破碎度實(shí)測(cè)結(jié)果見圖 2圖 25。 比較 8415 和 84132 工作面，發(fā)現(xiàn)在相同支護(hù)條件下，一次采全高的輕放工作面與預(yù)采頂分層的輕放工作面在巷道變形量上處于相同水平。與分層炮采巷道相比，影響時(shí)間長(zhǎng)。機(jī)巷上下都是實(shí)體煤，因而變形量小。分析巷道變形及其間的差異原因，有如下幾點(diǎn)： 工作面回風(fēng)巷上幫距 8413 采空區(qū)只有 8～ 10 m的煤柱，受到原來(lái)的采動(dòng)影響，風(fēng)巷正好處于應(yīng)力集中區(qū)，使其礦壓顯現(xiàn)嚴(yán)重，變形量大。 29U型鋼支護(hù)的頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平孔钚　? 觀測(cè)結(jié)果如圖 2圖 23 所示曲線?；夭珊蟮挠^測(cè)工作安排在前三種不同的支護(hù)方式巷道內(nèi)，測(cè)站設(shè)在距開切眼分別為 80 m、 130 m、 180 m、處，每測(cè)站設(shè)兩個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面間距2 m。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 圖 20 兩巷變形量與到工作面距離的關(guān)系 2） 8415 工作面兩巷礦壓觀測(cè) 回風(fēng)巷道變形量的觀測(cè) 采用雙十字布點(diǎn)法觀測(cè)，回采時(shí)風(fēng)巷變形曲線， 如圖 21 所示。變形速度：兩幫移近速度最大達(dá) 30 mm/d，頂?shù)装逡平俣茸畲筮_(dá) 40 mm/d。風(fēng)巷棚子支護(hù)變形量比機(jī)巷達(dá)，而 U棚支護(hù)段效果好。根據(jù)頂板移動(dòng)曲線，可以得出，老頂?shù)那许斁€位于煤壁后方 2 m 處，隨采隨冒的直接頂會(huì)對(duì)頂煤起到覆蓋層作用，有利于頂煤的放出和提高頂煤回收率。在切頂線附近，頂煤和和直接頂?shù)奈灰圃鲩L(zhǎng)梯度有迅速增減的現(xiàn)象，而老頂下位巖層卻無(wú)此特性，說(shuō)明頂煤和直接頂可隨采隨冒，而老頂下位巖層有一定的懸頂。對(duì)于 8415 面， m的深基點(diǎn)（直接頂?shù)幕c(diǎn)）和 m高的深基點(diǎn)（下位老頂?shù)幕c(diǎn)）位移始動(dòng)點(diǎn)均放生在工作面前方 30 m左右。 預(yù)采頂分層輕放（ 84132）和一次采全高輕放面（ 8415）的頂煤移動(dòng)規(guī)律基本相同，但頂板移動(dòng)規(guī)律有較大的差別。總體趨勢(shì)上是深基點(diǎn)的位置越高，累積的位移量越大，并且頂煤與頂板協(xié)調(diào)變形，說(shuō)明破碎的頂板也具有很好的流動(dòng)性。同時(shí)預(yù)采頂分層后，上覆巖層的垮落高度較大，會(huì)對(duì)工作面支架形成較大的靜載壓力。 一次采全高工作面的工作阻力較小的原因，由于一次采全高工作面的頂煤厚度大，破碎充分，能夠更加容易的緩解工作面的壓力。與 84132 工作面相比，初次來(lái)壓步距相同，但初次來(lái)壓的動(dòng)載系數(shù)較大；周期來(lái)壓步距 8～ 10 m，與分層炮采和 84132 工作面的來(lái)壓步距相當(dāng)，增載系數(shù)為 ～ ，礦壓現(xiàn)象不明顯，這與頂煤塑性墊層的存在， ―吸收 ‖部分頂板壓力有關(guān)。沿工作面傾斜方向上，各測(cè)站上的支架工作阻力沒(méi)有一定的變化規(guī)律，這主要和工作面頂煤破碎、放煤等因素有關(guān)。支架支護(hù)特性表現(xiàn)為恒阻式的占 31%，增阻式的占 69%。 表 13 放頂煤前后支架前后立柱阻力測(cè)定 支架測(cè)站 前柱阻力 /KN 前柱阻力 /KN 放煤前 放煤后 放煤前 放煤后 上部測(cè)站 720 720 740 730 中部測(cè)站 740 740 750 738 下部測(cè)站 770 770 790 772 見圖 17， 8415 工作面支架 初撐力的最大值為 1696 KN/架，最小為 820 KN/架，平均1118 KN/架，為設(shè)計(jì)初撐力 1836 KN/架的 61%。 表 12 84132 和 8415輕放工作 面礦山壓力顯現(xiàn)比較 初次來(lái)壓 周期來(lái)壓 平均初 撐力 /KN 工作阻力 /KN 步距 /m 增載系數(shù) 步距 /m 增載系數(shù) 84132 26～ 28 7～ 8 ～ 1332 1438 8415 26～ 28 8～ 10 ～ 1118 1305 圖 17 8415 工作面支架阻力與推進(jìn)距離之間的關(guān)系 工作面放煤過(guò)程中，從放煤開始到放完煤結(jié)束，支架工作阻力變化不大，支架前立柱基本不變，后立柱壓力顯示稍微變小，大約在 1 Mpa 左右，見表 13 。 二、井底車場(chǎng)的布置 在立井單水平開拓時(shí)，井底車場(chǎng)和運(yùn)輸大巷一樣要 為整個(gè)礦井服務(wù)，因此布置與軌道大巷一個(gè)水平的立井井筒落地處。巖層大巷的優(yōu)點(diǎn)是巷道維護(hù)狀況良好，維護(hù)費(fèi)用低，利于通風(fēng)、排水，但掘進(jìn)費(fèi)用高，掘進(jìn)速度慢，井下和地面矸石運(yùn)輸、處理系統(tǒng)比較復(fù)雜，矸石的排放對(duì)環(huán)境影響大，巷道施工要保持一定方向和坡度，便于排水和設(shè)置煤倉(cāng)。 當(dāng)煤層無(wú)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)、無(wú)沖擊地壓，煤層頂?shù)装鍑鷰r較穩(wěn)定，煤層較堅(jiān)硬，易維護(hù)， 煤層起伏和斷層、褶皺小時(shí)，可保證巷道較為平直，保證運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行。 運(yùn)輸大巷有巖石巷道和煤層大巷兩種。當(dāng)單 水平開拓時(shí)，主要運(yùn)輸大巷服務(wù)于全礦井的生產(chǎn)，其使用年限同于礦井的服務(wù)年限，所以，大巷的位置選擇十分重要。 采區(qū)劃分 根據(jù)《煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定： 采區(qū)劃分應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、煤層賦存條件、開采技術(shù)條件及裝備水平等經(jīng)綜合分析比較后確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 當(dāng)井田內(nèi)有對(duì)采區(qū)巷道布置和工作面回采影響較大的斷層或褶曲構(gòu)造時(shí)，應(yīng)以其斷層和褶曲軸部作為采區(qū)劃分的自然邊界； 2 當(dāng)井田內(nèi)無(wú)影響工作面正?；夭傻臄鄬?或斷層構(gòu)造較少時(shí)，應(yīng)按開采工藝、通風(fēng)、運(yùn)輸和巷道維護(hù)要求，合理劃分采區(qū)； 3 開采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)和突水威脅的煤層時(shí)，應(yīng)按開采保護(hù)層、抽放瓦斯及單獨(dú)mCSMH 0 002ATKs i n ????? ?????? ? ? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 開采等技術(shù)措施要求，合理劃分采區(qū)； 4 井田內(nèi)小斷層較多且對(duì)工作面回采有一定影響，當(dāng)采區(qū)劃分避不開時(shí)，宜避免工作面回采方向和斷層走向呈小角度斜交； 5 近水平煤層開采，宜在開采水平運(yùn)輸大巷兩側(cè)劃分盤區(qū)； 6 有條件時(shí)，應(yīng)在井筒附近劃分中央采區(qū)。 所以在確定礦井的水平高度時(shí)，必須使第一水平的開采時(shí)間大于開拓延深所需要的時(shí)間。 一般階段垂高見表 32 表 32 階段垂高 煤層傾斜 緩傾斜、傾斜煤層 急傾斜煤層 階段高度 (m) 150~350 100~250 在第一水平從投產(chǎn)起到減產(chǎn)為止的時(shí)間應(yīng)大于新水平開拓準(zhǔn)備需要的時(shí)間。 合理的階段高度應(yīng)使噸煤成本低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。； S—— 井田走向長(zhǎng)度， m； γ —— 煤的容重，取 ； CSMH ? ?ATKsin? CSMH ?2ATKsin? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) C—— 采區(qū)回采 率，取 ； 2—— 一個(gè)水平上、下山開采時(shí)的階段數(shù)； 因?yàn)楸镜V井工業(yè)廣場(chǎng)位于井田中央，為一個(gè)水平開采兩個(gè)階段，所以采用式 42 煤層傾角不同對(duì)階段高度影響較大。 開采水平的確定及采區(qū)劃分 一．開采水平的確定 根據(jù)《煤炭工業(yè)設(shè)計(jì) 規(guī)范》規(guī)定，為保證每個(gè)水平有足夠的服務(wù)年限，根據(jù)下式計(jì)算階段垂高 。三個(gè)井筒的開拓可實(shí)現(xiàn)主副井與風(fēng)井對(duì)頭掘進(jìn)貫通，不但可以縮短整個(gè)礦井的建設(shè)工期，而且克服了兩個(gè)井筒在通風(fēng)方面的缺點(diǎn)。兩個(gè)井筒工程量少，投資小，但漏風(fēng)率大，通風(fēng)費(fèi)用高，一般適用于低瓦斯的中小型礦井。 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，為安全和通風(fēng)需要，一個(gè)礦井必須至少有兩個(gè)通向地面的出口。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水溝管理，防止堵塞。 為避免季節(jié)性雨水流入廣場(chǎng)內(nèi)，場(chǎng)內(nèi)排水溝沿人行道、邊坡腳和擋土墻下布置，排水溝為 40cm 40cm 矩形截面， 50水泥漿砌片石修筑。 儲(chǔ)煤場(chǎng)按全年風(fēng)向頻率布置在對(duì)工業(yè)場(chǎng)地污染最小的地點(diǎn)，與主井、副井 井口的距離大于 50m，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求； 鍋爐房布置在對(duì)進(jìn)風(fēng)井井口污染較小的地點(diǎn)，其距離大于 50m，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。 設(shè)計(jì)儲(chǔ)煤場(chǎng)布置在主井西南面，臨時(shí)矸石堆放場(chǎng)布置在儲(chǔ)煤場(chǎng)的西南面，且距離井口距離大于 80m，礦區(qū)以東南風(fēng)為主，進(jìn)風(fēng)井口受粉塵、有害和高溫氣體侵入的可能性較小。 主井、副井及回風(fēng)井均布置在煤系地層二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M相對(duì)隔水層內(nèi)。 井筒位置應(yīng)選在比較平坦的地方；井口標(biāo)高滿足防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；井口要避開可能會(huì)發(fā)生地面滑坡、巖崩、雪崩、泥石流等危險(xiǎn)地區(qū)；工業(yè)場(chǎng)地要少占或不占良田且必須符合環(huán)境保護(hù)的要求；井口位置要與礦區(qū)總體規(guī)劃的交通運(yùn)輸、供電等布局相協(xié)調(diào)。井筒的位置不僅直接影響建設(shè)和生產(chǎn)初期的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，并且對(duì)整個(gè)礦井生產(chǎn)期間都有重大影響，因此，井筒位置一定要合理選擇。 （二）工業(yè)廣場(chǎng)及井筒位置的確定 井筒是井下與地面出入的咽喉，是全礦井的樞紐。缺點(diǎn)是斜井井筒長(zhǎng)、輔助提升能力少，提升深度有限，對(duì)采用串車提升的斜井，井筒的傾角不宜大于 25176。平峒開拓系統(tǒng)簡(jiǎn)單，施工方便，適用于煤層賦存較高的山嶺、丘陵或溝谷地區(qū)，且便于布置工業(yè)場(chǎng)地和引進(jìn)鐵路，上山部分的儲(chǔ)量大致能滿足同類井型水平服務(wù)年限要求，其受地形埋藏條件限制較大。 確定井筒形式、數(shù)目、位置及坐標(biāo) （一）井筒形式的確定 井筒的形式有立井、斜井和平峒三種。 針對(duì)以上本設(shè)計(jì)采取以下措施： 主要運(yùn)輸巷道避免放在向斜軸部，采煤以綜采為主，各采煤面平行于煤層布置，不至于因斷層切割使綜采工作面頻繁搬遷等。 構(gòu)造，煤層傾角 3172。直接頂板為深灰色，厚 3m左右的砂質(zhì)泥巖，有少數(shù)孔偽頂為泥巖。平均厚度 m， 全區(qū)可采 ，為穩(wěn)定煤層 。斷層多分布在井田的西北部，呈地壘地塹賦存。經(jīng)向構(gòu)造展布煤田向泰山式斷裂展布在經(jīng)向構(gòu)造以東，呈帶呈束出現(xiàn) ,煤田西北 ,東南有帚狀構(gòu)造展