大采深煤层相关技术
深部煤层气增采机制及关键技术
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煤矿开采技术部分知识点
一、名词解释1、煤门：长轴线与煤层走向垂直或斜交的位于煤层内的水平巷道叫做煤门，位于岩石内的水平巷道叫做石门2、采煤工艺：破、装、运、支、处各道工序按照一定顺序完成的方法及相互配合的方式叫做采煤工艺3、采煤方法：采煤系统和采煤方法的综合及在时间、空间上的相互配合4、综合开拓：主要井筒采用不同井硐形式进行开拓的方式成为综合开拓5、石门盘区：自水平大巷开掘石门作为盘区主要运煤巷道的盘区称为石门盘区6、单道起坡：在斜面上只布置单轨线路，到平面后再根据实际需要布置平面线路。
7、双道起坡：在斜面上设两个道岔（甩车道岔和分车道岔）使线路在斜面上变为双轨，空重车线分别设置竖曲线起坡。
8、暗立井：用途同立井相同的，不与地面直接相通的，直立巷道。
9、带区式划分：在阶段内沿煤层走向划分为若干个具有独立生产系统的带区，带区内又划分成若干个倾斜分带，每个分带布置一个采煤工作面，分带内采煤工作面沿煤层倾向推进。
10、最大控顶距：垂直工作面的最大支护距离叫做最大控顶距。
11、最小控顶距：垂直工作面的最小支护距离最小控顶距。
12、平硐开拓：以一条主平硐开拓井田，担负运煤出矸运料排水敷设管缆及行人等任务，而在井田上部回风水平开回风平硐或回风井的开拓方式。
二、简述题1、简述阶段与水平的区别及阶段划分的几种形式？答：阶段表示井田的一部分范围，水平是指布置大巷的某一标高的水平面；阶段是指，在井田范围内，沿着煤层走向方向把煤层划分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分叫做一个阶段。
阶段内划分的形式有采区式、分段式、带区式几种。
2、简述走向长臂与倾斜长臂的区别及各自适用的条件？答：两者的推进方向不同，走向长臂沿走向推进倾斜长臂沿倾斜方向推进；后者的巷道布置简单掘进和维修费用低，投产快；后者取消了采区上下山，分带斜巷通过联络巷直接与大巷连接运输系统简单；后者回采巷道沿煤层掘进，减少了因工作面长度的变化给生产带来的影响；后者通风线路短。
煤矿开采的地质勘探和勘测技术
三维地质建模技术：利用地质勘探和勘测数据，建立 煤矿区域的三维地质模型，实现地质信息的可视化表 达和分析。
三维地质建模技术是近年来发展迅速的一种地质勘探 和勘测技术。通过该技术，可以将大量的地质数据转 化为三维模型，直观地展示地质构造、煤层分布、岩 石性质等信息。这有助于矿井设计、开采方案制定、 安全生产等方面的决策，提高煤矿开采的效率和安全 性。同时，三维地质建模技术还可以用于矿区环境评 估和灾害预警，为矿区的可持续发展提供重要的技术 支持。
80%
岩石分析
通过分析岩石中的化学成分，推 断煤层和岩层的分布、厚度和埋 深等参数。
钻探技术
常规钻探
利用钻机钻孔，获取煤层和岩 层的岩芯样品，进行详细的地 质分析和描述。
遥感钻探
利用遥感技术进行钻孔定位和 钻孔深度测量，提高钻探效率 和精度。
数字钻探
利用数字化技术对钻孔数据进 行处理和分析，实现钻孔数据 的快速、准确处理。
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03
煤矿开采中的地质勘探和勘测技术应用
煤矿开采中的地质勘探和勘测技术应用
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煤矿开采的地质勘探和勘测技术的发展趋势
智能化勘探技术
智能化勘探技术：利用现代信息技术和人工智能技术，实现地质 勘探和勘测的自动化、智能化。包括智能钻探、智能物探、智能 采样等技术，提高勘探效率和精度。
02
煤矿勘测技术
矿井测量
矿井测量是煤矿开采中的重要环节，通过对矿井进 行测量，可以获取矿井的几何信息，为矿井设计和 安全生产提供基础数据。
矿井测量包括矿井平面测量和矿井高程测量，平面 测量主要确定矿井的平面位置和几何尺寸，高程测 量则确定矿井的高程位置和垂直方向上的变化。
矿井测量技术不断发展，数字化测量技术的应用提 高了测量精度和效率，为矿井安全生产提供了有力 保障。
大采深条件下采煤活动引起的覆岩移动变形及破坏规律研究
大采深条件下采煤活动引起的覆岩移动变形及破坏规律研究发表时间：2018-07-25T16:37:40.617Z 来源：《基层建设》2018年第15期作者：张瑞[导读] 摘要：随采深增大工作面顶板覆岩的运动规律与浅部有很大不同，本文从大采深条件下综放工作面工程实践出发，研究了工作面顶板在纵向方向的破坏范围和推进方向的运动规律，给出了该条件下顶板的垮落步距及其对放顶煤的影响。
新疆焦煤（集团）有限责任公司 830025摘要：随采深增大工作面顶板覆岩的运动规律与浅部有很大不同，本文从大采深条件下综放工作面工程实践出发，研究了工作面顶板在纵向方向的破坏范围和推进方向的运动规律，给出了该条件下顶板的垮落步距及其对放顶煤的影响。
实践表明，在研究顶煤及煤层顶板运动规律的基础上，采取合理开采技术，可提高采出率，减少资源浪费。
对实现矿井高产高效，以及指导类似条件下煤炭开采都具有重要意义。
关键词：放顶煤；覆岩移动；顶板来压规律；垮落步距1 顶板沿纵向方向运动规律1.1 直接顶厚度4306工作面煤层厚度变化较大，如果按统一的放顶煤工艺及参数来操作，必然使得采出率在某些地段高，在某些地段低，这种情况难免会导致直接顶的厚度（即冒高）产生相应的变化。
考虑到割煤和放煤的采出率不同，总采出率按85%计，取冒落顶煤碎胀系数为1.3，岩石碎胀系数为1.4。
从以下3个方面来考虑直接顶的厚度，然后再求得直接顶厚度的平均值：（1）按煤层最大厚度5.20m计算。
丢失煤炭的充填高度△1=1.014m，此时直接顶可能的最大厚度mz1为10.5m。
（2）按煤层平均厚度4.1m计算。
丢失煤炭的充填高度△2=0.80m，此时直接顶可能的最大厚度mz2为5.75m。
（3）按煤层最小厚度0.8m计算。
丢失煤炭的充填高度△3=0.16m，此时直接顶可能的最大厚度mz3为1.6m。
由以上可知，直接顶的变化厚度应是比较大的，其平均值为5.95m。
这是可能的最大冒高，即采空区完全被充满。
综采工作面防止煤层自燃发火安全技术措施
综采工作面防止煤层自燃发火安全技术措施根据贵州省地矿局一一七地质大队二四年七月提交的《贵州省兴仁县潘家庄镇兴隆煤矿勘查地质报告》的测定结果，M1煤层自燃倾向性为二类一一自燃。
为保证1102综采工作面安全开采，在开采过程中杜绝发生煤层自然现象，保证职工的人身安全和煤矿财产不受损失，特制定安全措施。
第一节防止煤层自燃发火设计1、防止煤层自然方法的选择：1102综采面所采M1煤层为二自燃煤层，设计采用喷洒阻化剂防灭火技术。
在1102回风上山与回采泵站交叉砌筑2个10立方的水泥池，一个为清水池，一个为药液池，1102回风巷设置一趟注液管路，工作面采用高压胶管、喷雾头进行喷注药液。
见附图：1102综采面喷洒阻化剂系统设计图。
2、阻化剂采用单一的氯化钙或氯化镁水溶液作为阻化剂时，阻化剂的药液浓度为15%〜20%之间，最低不要低于10%。
3、灭火原理：阻化剂的作用就是利用阻化剂分子与煤体表面活性分子的相互吸引，破坏煤体表面自由力场，促使氧原子(0)恢复到分子状态(02)，使煤表面活化物质氧化反应速度放慢或者抑制，起到阻化作用。
针对本煤矿，选用卤块(片)作为阻化剂，阻化剂浓度为20%，阻化率为80%。
4、系统组成：采用工作面喷洒阻化剂防灭火技术，系统由储水池、储液池、高压泵、过滤器、电器开关、注液管道，高压胶管、高压喷头等组成。
系统所用设备型号参数4.喷洒量计算(1)工作面一次喷洒量可按下式计算：V1=K1 -K2-A-L-H-S-r/R式中：K1—一易自燃部位药液量加量系数，一般取1.2K2采空区遗煤容重1.0t/m,取遗煤样实测A吨煤吸液量 0.058t/tr阻化剂溶液容重1.05t/m3.L工作面长度 150mH一采空区底板遗煤走向长度S 采空区底板遗煤厚度0.05mR雾化率 % 取R=80%V1=K1 -K2-A-L-H-S-r/R=1.2 x 1.0 x 0.058 x 150 x 2.0 x 0.05 x 1.05/80%=0.96t(2)工作面一次喷洒所需阻化剂用量V2= V1xp=0.96 x 20%=0.192t选用卤块(片)作为阻化剂，阻化剂溶液浓度为20%，阻化率为80%。
7m超大采高工作面高效开采技术的应用
7m超大采高工作面高效开采技术的应用摘要：本文介绍了世界首个7m超大采高综采工作面高效开采技术的设备配套、关键技术及其应用成效。
关键词：大采高高效开采技术（简丰坝，男，1986年2月，籍贯四川省中江县，毕业于中国矿业大学，采矿工程专业，中天合创能源有限责任公司门克庆煤矿，矿建技术员。
）随着采矿技术的发展,绿色开采理念的深化，实现可持续发展，对特厚煤层的开采，煤矿企业需要进一步提高资源采出率、研究高效开采技术。
实践证明,特厚煤层大采高综采是提高工作面开采强度,减少资源损失的有效途径。
综合国内外综采工作面情况，大采高工作面和大采高工作面采煤机、刮板运输机和液压支架―三机‖配套已趋于成熟，尤其以神华集团为代表在国内外率先实施的 6.3m 大采高工作面，取得了巨大成功，已广泛推广应用。
2009年11月30日，世界首个7米超大采高综采工作面——补连塔煤矿22303综采工作面开始安装并顺利运行。
22303综采工作面推进长度4966米，工作面走向长度301米，回采量1177万吨，全工作面增产120万吨，回采率较使用6.3米支架提高了9.5%。
一、7m大采高工作面及配套设备技术参数22303综采工作面长度301m，走向长度4966m，最大采高7.0m；运输顺槽断面6.0×4.4m，回风顺槽断面5.2×4.4m。
工作面配套的超大采高液压支架、超大功率采煤机和刮板运输机均为新开发研制的超大型装备：煤机为SL1000/7m 型，三机用DBT3*1000KW机头、机尾与天地奔牛公司制造的2.05米中部槽配套而成，工作面采用了按神东需求国产化研发的国内最大的6300KV A移变。
综采工作面设备总重量12000余吨。
（一）超大采高液压支架大采高液压支架为ZY18000/32/70D型掩护式液压支架，由国内开发研制：支护高度3200～7000mm，额定工作阻力16800kN（42.8MPa）～18000kN （45MPa），初撑力12370kN（31.5MPa），支架中心距2050mm，支架宽度1950mm～2200mm，支护强度1.39～1.43MPa（4.4m～6.8m），平均对地比压2.83～2.95MPa（4.4m～6.8m），重量69t（中部架）。
大采高综放开采及其在高瓦斯厚煤层开采中技术分析
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３ ５—
引言
一
作面瓦斯涌出突然增 大现象 的发生 。五是工作 面受 放 顶 煤 影 响减 小 ，工 作 面 瞬 间 产 量 或 瓦 斯 绝 对 涌 出 量 可通 过 提 高或 降 低 采 煤 机 速 度 进 行 调节 。 装 备 高 可 靠性 采运 没 备 情 况 下 ， 通 过 在 可 提高开机率增加工作 面单产 。但这种方法也存 在 一 定 的问 题 ：傲 顶煤 支 架 高 度 增 大 后 ， 架 ａ 支 质量增大 ， 工作面设备投资增加 ；． ｂ采煤机 割煤 高度增大后 ， 煤壁片帮 问题增 多 ；． ｃ 支架 高度 加 大后 ， 放煤对支架稳定性是否有明显的影 响。 前 两 种 问 题在 大 采 高 开 采 中 已基 本 解 决 ，特 别 是 割煤高度不超过 ４ ｍ下 ， ． Ｏ 在采取一定 的防片帮
科技论坛 ｌｉｆ
徐 德 祥
科 黑江 技信总 — 龙— — —
大 采高综放开采及 其在高 瓦斯厚煤层开采中技 析 术分
（ 东县煤 炭 局 ， 鸡 黑龙 江 鸡 东 １ ８ ０ ） ５ ２ ０
摘 要： 根据 当前综放开采技 术发展 水平， 通过分析影响 综放 工作 面产 量进一步提 高的主要原 因， 出了大采 高综放 开采 的概念 并指 出该 方法 提 是 综 放 工作 面 实现 年 产 ｔ０ ００万 ｔ 重要 途径 。按 大采 高综 放 工 作 面 实现 年 产 １０ 的 ０ ｏ万 ｔ 的要 求， 要 从 设 备 配 套 的 角度 分 析 了 大采 高综 放 开 采 应 用 主
的 可 行性 。
关 键词 ： 大采 高综 放 开 采 ： 瓦 斯厚 煤 层 ； 采技 术 ； 高 开 分析
Hale Waihona Puke 表 １ 工作面通风断面比较表 措施后 ，煤壁 片帮问题可 以解 决 ； 综放 开采 工作面 ， 由于其单 位时间 内出煤 对于放 煤对 支架 稳定 性是 否有 影 可 量增加，瓦斯绝对涌 出量大 ，采用一般综采 ｕ 响 的 问 题 ， 在研 究 的 基 础 上 通 过 形通风方式 时，高瓦斯工作面上 隅角及 回风 巷 支 架设计得 到解决 。 近年来 随着综采 工作 面设备装 备水平 的 不 同支护高度时支撑掩 护式放顶煤支架 的通风 道瓦斯含量经常超标 ， 威胁工作面的安全生产 ， 由此可知工作面割煤 高度从 ３ ｍ提高至 ． Ｏ 限制了综放开采高产高效。对于难抽放 的高瓦 提高 ，大采高综采在厚煤层矿区逐渐得到推广 断面 ， ．ｍ，２ ｑ — ．ｍ ， 斯 厚煤层 ， 工作面瓦斯排放仍主要依靠风排 。 由 使用 ， 目前 国内普通大采高综采面年产量最高 ３８ ＿ 作 面通 风断面 可增加 ５ ５２ ｚ增 幅可 ６７ ％～ ９ ９ 因 ６ 于综采工作 面在采用煤层注水和采煤机喷雾降 已达 ８ 以上 ， Ｍｔ 最高月产 已突破 １ ， Ｍｔ。已具有 到 ３ ．６ ３ ． ％。 此 在 高 瓦斯 综 放 工 作 面 ， 即加大支架支护高度 ， 可 尘 等措施后风速最 大不能超过 ５ｒ ， ｒｓ 工作面通 实现年产 ｌＭｔ ｄ Ｏ 的能力 。 自 ２ Ｏ世纪 ８ Ｏ年代以 增大工作面割煤 高度 ， 风断面 的大小将 直接 影响 工作面 的最 大供风 来 ， 综放开采在 中国经过 ２ ０年 的发展 ， 放工 显著加大工作面通风断面 ，提高工作面风排瓦 综 量， 从而影响工作 瓦斯的排放能力 。 因此加大 作 面 年 最高 产 量持 续 增 长 ，已由 １９ ９ ４年 的 斯 能 力 ，有 助 于 高瓦 斯 综 放 工 作 面 进 一 步 提 高 实现安全开采 。 ． ２ 上 ０１ ．Ｏ。 综放开采 产量 ， 工作 面通风断面 ， 增加工作面过风能力 ， 将有助 ２７ Ｍｒ 升为 ２ ０ 年 的 ５５ 目前 ， ３大采 高综放开采在高瓦斯厚煤层开采 中 于稀释工作面瓦斯浓度 ， 减少工作面瓦斯超限 已成 为ｌ 国厚煤层开采的首选采煤方法 ， 为 ｆ ｊ 成 对生产的影响。 厚煤层矿区实现高效集约化生产 的重要途径 。 的应用 前景 ３ 割煤高度对工作面矿压显现的影 响 ． １ １ 大采高综放 开采 的提 出 因此在适宜 的条 件下， 结合综放开采 和大 加 大工作面割煤高度可减少顶煤厚 度 ， 提 加大工作面通风断 面的方式 主要 有 ２ ， 采高综采两种采煤方法优点 ，采 用大采 高综放 种 增大工作面通风断面 ； 但 种是加大工作面设备配套尺寸 ，增加支架控 开采 ， 即工作面采煤 机制高度大于 ３５ ．ｍ的综放 高工作 面资源采 出率 ， 顶 长度 ； 另一种是加大工作 面割煤高度 。 开采 ， 不仅可 以提高高瓦斯厚煤层 工作面单 产 ， 工作面割煤高度 的变化对工作面矿压显现其有 主要体现在以下几方面： 第 １ 种方 法 ， 支架控 顶距加大 ， 支护 面积 而 且 还 是低 瓦斯 煤 层 实 现 单 个 工 作 面 年产 明显的影 响． ３１１ 壁片帮发生 几率及 片帮深度 加大 ．． 煤 增大 ，在保持一定支护强度 的情况下支架整架 ｌＭｔ Ｏ 的重 要 途 径 。 而增加 。 工作面片帮深度随采高增大而加深 ， 其 支 护 阻 力 增 大 。 外 支 架 顶梁 长度 增 加 后 ， 架 另 支 ２支架架型对工作面通风断 面的影响 运 输 尺 寸 加 大 ， 作 面切 眼跨 度 增 大 ， 支 架 井 工 给 增 长速度 由缓增到急增 。采高 １４ － ｍ时片帮深 ２１支架架型对 工作 面通风断面 的影响 ． 采高超过 ４ ｍ时 ， 片帮深 下运输 、 安装及 切眼支护增加 了困难。 同时我国 目前 放顶煤支 架有 四柱支 撑掩护 式放顶 度增 长速度比较平缓 ， 实践证明 ， 综采放顶煤工 支架 的设计 主要 以尽量减小液压 支架质量 、 缩 煤支架、 二柱掩护式放煤支架 ２ ， 中四柱支 度增长速度急速增大。 种 其 因 小控顶面积为研究方 向，对于加大工作 面控顶 撑掩护式放 顶煤支架在 国内应 用最 为普 遍 ， 二 作 面与普通综采工作 面煤壁片帮规 律相 同， 距离 、 增加支架通风断面这种设计实践较少 ， 因 柱掩护式放顶煤支架 目 已试验成功 。工作面 此对 于煤体强度较低的煤层 ，应适 当减小采煤 前 应用大采高综放开采时 ， 需有合适 此支架控顶距 离或 面积的增大只能在一定 范围 同时应用四柱支撑 掩护式放顶煤支架 （ 主力架 机割煤高度 。 之 内。 型） 和两柱掩护式放顶煤支架 （ 试验架型 ）采煤 的煤层条件或采取适当的措施 减小煤壁 片帮对 ， 第２ 加种方 法 ，可 以借 鉴大采高 综采经 机割煤高度为 ３ ｍ ． 。根据配套 图， ２ 可以得到工 煤炭产 生的影响 ，确保 工作 面实现 高产高效 。 ．． ２割煤 高度对 支架上 方下位 顶煤破 坏没有 验， 将采煤机割煤高度由 目 前普通综放开采 的 作面最小控顶距时通风断面 ， 由表 １ 可知 ， 同样 ３１ ２６ ３２ 加 大至 ３５ ４Ｏ 增 加支架在垂直方 采 高及 配套 没备条件下 ，二柱掩护式放顶煤支 明显影响 ， ．— ．ｍ ．— ．ｍ， 但割煤高度 的加大 ， 有利于上位顶煤 顶 直 向的高度 ， 达到增大工作面通风 断面的 目的 。 这 架 工作面通风断 面明显小于 四柱 放顶煤支架 ， 的 破 坏 数 值 模 拟表 明 ， 煤 厚 度 减 小 ， 接 顶 破 使顶煤在其 本身 弯曲旋转作用下 ， 产 种方法，首先可在不加大支架控顶距的情况下 因此 ， 高瓦斯煤层采用综放开采时 ， 应首先考虑 坏线前移 ， 生进一步的破坏。 综放开采实践证 明， 顶煤厚度 增 加 工作 面 通 风 断 面 ， 小 工作 面通 风 阻 力 。 采用 四柱支撑掩护式支架 。 减 其 顶煤 越易 冒落 ； 之 ， 反 上位顶煤 易呈大块 次支架支护阻力变化不大 ， 支架运输 、 安装及切 对 于 四柱 支 撑 掩 护 式 放 顶 煤 支 架 ， 四 连 越小 ， 因 眼支护 问题简单化。三是 工作面割煤高度增大 杆机构 的不 同，可分为正四连杆放 顶煤 支架与 状 冒落 ，不利顶煤 的放 出，会降低顶煤 的采 出 后， 工作面支架后部放煤空 间增大 ， 不仅有利于 反 四连杆放 顶支 架采煤机割煤 高度为 ３５ 工 率 。 ．ｍ， ３２大采高综放 开采在高瓦斯厚 煤层开采 ． 支架放煤 口附近瓦斯 的稀释 ，而且有利于布置 作面配套前后刮板输送机为 Ｓ Ｚ ０ ， Ｇ ８０ 支架 强度 大功率大运量后部 输送机 。四是工作面放煤高 近似相同的正、反四连杆支架通风 断面比较结 中 的 应 用效 果分 析 度减小 ， 放煤量减少 ， 放煤对瞬时产量波动的影 果 。 当高瓦斯 煤层工 作面 瓦斯治 理主要采 用 根据 比较结果 ， 反四连杆支架总通风断面大 以风排为主时 ， 工作面最大允许供风 响减小 ， 有利于工作面实现均衡生产 ， 可减少工 于正 四连杆放顶支架 ， 且反四连杆支架 后部 （ 后 增大风量 ，
煤矿采煤工作面处理大块五小创新成果100条
煤矿采煤工作面处理大块五小创新成果100条煤矿采煤工作面是煤矿生产的核心环节，处理大块五小是指处理大煤块、毛石、岩层冒落、瓦斯和顶板的五个方面。
为了提高采煤工作面的安全性和效益，许多煤矿在处理大块五小方面进行了创新。
以下是其中的100个创新成果。
1. 引入先进的煤矿设备和技术，提高采煤精度和效率。
2. 采用高效的露天爆破技术，减少大煤块的破碎时间。
3. 开展岩石力学研究，提高煤岩层的稳定性。
4. 建立完善的瓦斯监测系统，及时发现和处理瓦斯超标问题。
5. 建立全面的安全管理体系，提高工作面作业的安全性。
6. 推广使用无线通信技术，加强工作面的信息传递和指挥调度。
7. 引进智能化设备，提高采煤工作面的自动化程度。
8. 开展顶板控制技术研究，减少顶板冒落事故。
9. 采用电液控制技术，提高采煤机的控制精度和稳定性。
10. 提高采煤机的采高和采深能力，增加生产效率。
11. 研发新型的岩石支护材料，提高工作面的支护能力。
12. 优化煤矿通风系统，降低瓦斯浓度。
13. 引入先进的智能化安全监测设备，预防事故的发生。
14. 开展矿山地质安全评价，选择优质的采煤工作面。
15. 建立高效的煤层透传技术，提高工作面的通信稳定性。
16. 引入先进的安全教育培训模式，提高矿工的安全意识和技能。
17. 开展专业技能竞赛，提高矿工技术水平。
18. 建立火灾预防监测系统，防止火灾事故的发生。
19. 推动煤矿洒水喷雾技术的应用，减少瓦斯爆炸的风险。
20. 采用激光测量和导航技术，提高煤矿巷道的精确度。
21. 引入先进的无人机技术，对工作面进行高空拍摄和巡检。
22. 开展恶劣环境下的工作面作业研究，提高相关设备的适应性。
23. 研发新型的煤灰处理技术，降低环境污染。
24. 引入远程遥控技术，提高煤矿设备的操作安全性。
25. 开展工作面安全评估，提前发现安全隐患。
26. 推广使用智能防护设备，保护矿工的安全。
27. 引入云计算和大数据技术，实现对工作面的实时监控和管理。
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第27卷 第3期2007年9月西安科技大学学报JOURNAL OF XI′AN UN I V ERSI TY OF S C I E NCE AND TECHNOLOGYVol.27 No13Sep t12007 文章编号:1672-9315(2007)03-0352-04 大采深、大倾角煤层综采矿压显现规律研究3刘俊峰,王国法(天地科技股份有限公司开采所事业部,北京100013)摘 要:开滦矿业集团赵各庄矿的开采深度达1000m,煤层倾角达36°,大采深和大倾角的共同影响下,工作面表现出复杂的矿压显现规律。
采用现场观测了工作面顺槽变形和工作面支架受力,采用数值模拟对大采深、大倾角综采的矿压显现规律进行模拟研究,得出了了一些初步的结论。
经过工业性试验,认为在采取一定的措施后,大采深、大倾角条件下的煤层综采完全可行,可以取得较好的技术经济效益。
关键词:大采深;大倾角;矿压显现中图分类号:T D323 文献标识码:AStrat a behavi or co mplexity i n l arge m i n i n gdepth and hi gh i n cli n ed seamL I U Jun2feng,WANG Guo2fa(Tiandi Science and Technology Co.L td,B eijing100013,China)Abstract:The m ining dep th of Kailuan is up t o1000m and inclined angel is up t o36°.Due t o the effect of it,the strata behavi or of working face is comp lex.The dist orti on of entries and support p ressure are observed in situ.The strata behavi or comp lexity in large m ining dep th and high inclined sea m is studied with nu merical si m ulati on.By commercial2scale trial,it is feasible that fully2mechanized m ining in large m ining dep th and high inclined sea m,and the better technical2econom ic efficiency could be ac2 quired.Key words:large m ining dep th;high inclined;strata behavi or0 引 言开滦赵各庄矿3137西中工作面位于13水平西翼1石门12煤层。
工作面标高为-994.8～-1062.9m,对应地面标高为40m,煤层倾角在12°～36°之间,平均25°。
属于大采深、大倾角煤层。
赵各庄矿曾经采用过单地沟、长壁炮采、落垛等多种采煤方法,这些方法在当时曾取得一定成功,但其工艺落后,繁重的体力劳动问题始终未能得到解决,制约该矿的发展。
研究大采深、大倾角煤层矿压显现规律,对解决此类煤层的机械化开采,提高工作面单产、效率,减少工人的体力劳动,提高机械化开采的程度等问题,在开滦乃至全国都有着十重要的意义。
1 工作面矿压观测矿山压力与岩层控制研究是矿井开采研究的基础内容之一。
大采深、大倾角综采面矿压显现复杂性3收稿日期:2006-06-15作者简介:刘俊峰(1976-),男,山西晋中人,博士,主要从事支架-围岩关系及综采工作面设备选型配套研究.表现为大采深和大倾角矿压显现特征的叠加[1-5]。
为了研究大采深、大倾角综采矿压显现规律,以便为今后的工作面参数确定、回采工艺设计等提供依据,在3137工作面综采期间对工作面顺槽变形、支架受力等分别进行了现场观测。
1.1 工作面顺槽变形赵各庄矿井煤层埋藏深度超过1000m ,由于采深增加,采场围岩内应力增加,巷道变形严重。
为了观测巷道变形,在工作面上下顺槽各间隔55m 安设顶板离层仪,在同位置采用十字布点法设置围岩变形观测点。
图1 工作面顺槽顶板离层Fig 11 The dela m insti on of r oof in working face顶板离层仪在掘进和回采过程中观测1.9m 和6.5m 两个位置的顶板离层情况(图1)。
在掘进过程中顶板离层很小,当开始回采时,1.9m 处的顶板离层开始逐渐增加,当回采至距离工作面约60m 时,6.5m 处的顶板离层突然增加。
在巷道围岩变形观测中,观测了巷道腰线水平,腰线垂直和巷道垂直的变形值(图2)。
在巷道掘进过程中,顺槽变形缓慢而微小,当工作面开始回采至60m 左右时,巷道变形开始加速,且变形量增加。
根据围岩变形数据整理结果看,巷道围岩垂直变形量仍是垂直相对移近量大于水平相对移近量,只有部分观测点水平变形量接近垂直变形量,巷道围岩相对垂直变形量基本由底鼓引起。
这是大采深工作面具有的显现规律之一。
图2 工作面顺槽变形Fig 12 The dist orti on of gate现场观测可知,各观测点平均底鼓量为550.5mm 。
平均日底鼓速度1.9mm /d;掘进期间,巷道平均水平日变形速度为1.6mm /d,垂直日变形速度为2.6mm /d;回采期间,巷道围岩平均水平日变形速度为1.7mm /d,平均垂直日变形速度为1.6mm /d;各测点受采动影响时,即工作面煤壁距离测点1～50m 附近各测点的平均变形速度为:水平8.1mm /d,垂直6.3mm /d 。
开采大采深煤层时,巷道变形不仅仅限于顶板下沉,所以不但要对巷道顶板进行有效支护,还要通过帮锚杆和底锚杆等措施对巷道的底鼓和两帮的变形进行有效控制,才能保证巷道支护效果。
图3 工作面支架最大平均阻力图Fig 13 The biggest yield p ressure ofpowered support in working face 1.2 工作面支架受力开滦赵各庄矿3137工作面斜长105m ,共安装67架综采支架,于2004年7月24日正式推采,采用两采一准循环作业。
使用YT L —130型圆图记录仪对工作面支架受力进行观测,记录仪分别安装在工作面第5组、第30组、第40组和第65组(后改到第58组)支架的前后柱上,共计安设8个圆图记录仪。
圆图记录仪于2004年7月23日开始安设到2004年11月13日结束观测,共计观测114d,回采进度186m 。
根据观测数据整理分析结果看,日平均最大工作阻力为2670kN,小于4000kN 的支架额定工作阻力值见图3。
工作面支架平均初阻力为2119k N,终阻力(日平均阻力)为2670kN ,阻力平均增量为552.4kN (图4)。
工作面初次来压步距37m ,来压峰值3967k N 。
周期来压步距约为15m 。
工作面周期来压平均峰值4069kN 。
从工作面支架压力观测得出,大采深、大倾角工作面压力显现具有大倾角工作面来压的特征,即工作面沿倾向,中上部压力较大,下部压力较小,但来压强度的差距相对埋深较浅的情况要小;由于开采工作353第3期 刘俊峰等:大采深、大倾角煤层综采矿压显现规律研究图4 工作面支架最大增阻图Fig 14 The biggest adding p ressure of powered in working face面长度较小,来压强度不大,工作面岩层控制的难点在于顶底板的扰动带来的工作面设备的稳定性较差[6-10]。
2 数值分析研究为了进一步研究埋深对大倾角工作面的影响,分析采用F LAC软件对埋深分别为400m ,900m 的工作面岩层移动进行了数值模拟。
埋深分别为400m 和900m 时,在工作面距离下部40m 处的剖面见图5。
随着埋深的增大,采场围岩应力增加,采动后顶板、底板位移量增加,尤其是前方支承压力和底板的内应力增加明显,导致工作面底鼓现象和顺槽巷道变形增加。
大采深和大倾角的作用相互叠加结果导致采场大倾角矿压显现特征相对较弱。
图5 埋深400m,900m 时工作面围岩位移图Fig .5 D is p lace ment of wall r ock in working face in the conditi on of 400m and 900m e mbeding(a )400m 埋深、工作面下部40m (b )900m 埋深、工作面下部40m为了进一步研究工作面前方煤体受采动的影响情况。
在数值分析中监测了工作面前方30m 内顶板不同位置点的位移量,8～14点为工作面下端到上端每20m 一个测点。
8,14点分别为工作面下、上顺槽顶板测点。
工作面走向不同位置的顶板点的位移量见图6。
为研究顶板扰动情况,在工作面前方煤体内监测了沿倾向不同位置顶板点的水平位移量。
15～21为工作面下端到上端每20m 一个测点。
15,21点分别为工作面下、上顺槽顶板测点。
具体监测结果见图7。
可知,在工作面前方煤体中工作面下端顶板的水平变形量大于工作面上端的水平变形量;工作面中上部的顶板水平变形量较小,主要承受垂直力并产生垂直变形。
通过数值模拟得出如下结论1)由于埋深加大引起岩体内应力增加,矿山压力显现有增强趋势。
2)由于岩体内应力增加,大采深、大倾角工作面底板压力增加,出现底鼓现象的趋势增加。
3)工作面前方支承压力影响范围为40～50m 。
4)工作面从下部到上部顶板水平应力和位移量比逐渐减小,同时垂直应力和位移量逐渐增加。
这也是导致大倾角工作面顶板压力中上部显现剧烈的原因之一。
3 结 语工业性试验及实践应用证明,大采深、大倾角煤层综采技术在赵各庄煤矿3137工作面是成功的。
大采深、大倾角煤层综采技术的应用,使工作面的回采率提高,职工劳动强度大幅度降低,同时实现了大倾角煤层开采的高产高效。
按投入与产出的关系计算,综采技术的实施,带来企业每年增加综合经济效益3516.43万元。
1)开采大采深、大倾角煤层时,巷道变形不仅仅限于顶板下沉,所以需要对巷道的底鼓和两帮的变形进行有效控制,才能保证巷道支护效果;453 西安科技大学学报 2007年 图6 工作面不同位置顶板点的监测Fig .6 The ins pecting r oof at the different positi on of working face(a )工作面前方0m (b )工作面前方10m (c )工作面前方20m (d )工作面前方30m图7 工作面前方煤体内顶板点水平位移监测Fig .7 The ins pecting of horizontal dis p lace ment of r oof in fr ont of working face(a )工作面前方0m (b )工作面前方10m (c )工作面前方20m (d )工作面前方30m(下转第367页)553第3期 刘俊峰等:大采深、大倾角煤层综采矿压显现规律研究点处的应力状态,使节点的破坏模式从脆性破坏转变为梁的局部屈曲破坏,改善了节点的延性性能,降低了连接处焊缝发生脆性破坏的可能性,避免了断裂事故的发生,提高了结构的抗震性能。