国内大倾角煤层开采支护技术研究详解Word格式.docx
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类别
岩石名称
厚度（m）
岩性特征
伪顶
直接顶
泥岩
0.5～2.0
深灰色至灰色，局部含植物化石碎片
老顶
砂岩
2.0～4.1
灰色细砂岩、矿物质以石英为主，含泥质条纹。
平均抗压强度为83～146Mpa,为中等～不易冒落岩石。
直接底
砂质泥岩
1.32
灰色、含砂质不均，局部为细粒砂岩
老底
地
质
构
造
该工作面为一向东倾斜的单斜构造，走向方位角15°
，呈缓波状弯曲；
从勘探资料及目前的采掘情况看，该区域没见大的断裂构造。
矿压观测情况如表5-2。
表5-222105工作面实测矿压观测资料
直接顶类别
老顶级别
来压类别
来压步距（m）
支护强度（MPa）
支护方式
2
Ⅱ
初次来压
25
0.48
综采液压支架
第一次周期压
16
0.35
第二次周期压
15
0.32
顶板
下沉
平
均
60
mm
立
柱
载
荷
平均
25MPa
活柱
缩量
岩
石
硬
度
8
最
大
120
最大
37MPa
10
注：
该工作面直接顶初次垮落步距为7米
工作面液压支架：
工作面安装ZF3200/16/24B型液压支架100架，上下端头各安装ZFG3500/17/25型支架2架，共104架。
支架参数见表5-3及表5-4。
表5-3ZF3200/16/24B支架主要技术特征
支架高度
1600～2400mm
支护宽度
1430～1600mm
中心距
1500mm
支护强度
0.54～0.58MPa
初撑力
2524kN
顶底板比压
0.1～0.4MPa
工作阻力
3200kN
操作方式
本架
泵压
31.4MPa
重量
9800kg
推溜力
306kN
拉架力
485kN
表5-4ZFG3500/17/25B支架主要技术特征
1700～2500mm
支架宽度
14301600mm
0.560.57MPa
0.27～0.6MPa
3500kN
10280kg
这种类型的支架属于轻型放顶煤支架，支撑掩护式结构，它的特点在于不仅有前探梁，还有护帮板。
最初矿上想上综放工作面，但由于地质条件所限两个月后拆除后部溜子，综放改为综采。
在22107和22109两个工作面使用过，使用效果还是相当好的。
针对垞城煤矿2煤的地质条件来说，地质构造非常复杂，断层非常多，煤层厚度不稳定，一般在1.5m左右，1、2煤煤层间距不稳定，顶板破碎易冒落，煤层松软易片帮，在回采过程中采用及时支护的方式，对顶板破碎段采取超前移架的措施，前探梁和护帮板的作用非常明显，及时支护暴露顶板，减少端面距，护帮板及时护住煤帮，防止片帮。
它的缺点在于侧护板能伸出300mm左右，而前探梁处没有侧护板，当侧护板打开时，两架之间在煤壁侧的间隙很大，在移架过程中容易掉矸，影响煤质，还有可能掉矸伤人。
这一点在本设计中应该有借鉴作用。
5.1.292101工作面
垞城煤矿2006年10月份以后开采9煤，92101工作面地质说明见表5-5。
表5-592101工作面地质说明书
9煤
92101上面
地面标高
+34.5
工作面标高
-643.5～-761
走向长
大面
750～700
730
倾向长
130～137
132
面积
（m2）
104992
小面
166
52
煤层总厚
0.8～3.2
1.8
26～33
该面靠近冲刷边界，煤层赋存不甚稳定，两道开窝位置煤层厚度变异较大,煤层结构复杂，多为两层结构，层间距为0～2.6米，煤层厚度0.8～3.2米，平均1.8米，倾角26°
～33°
，平均28°
，由北向南渐缓。
炭质泥岩
0.2～1.5
黑色至黑灰色，块状，性脆，易冒落。
1.0～3.2
黑色至黑灰色，含砂量较高，可见植物化石碎片
15～20
灰至灰白色细或中粒含镜煤条带，局部含黄铁矿薄膜。
外部直接顶板为薄层状，易冒落。
砂岩的其平均抗压强度为83～146Mpa，为中等～不易冒落岩石。
2.5～3.0
块状，性脆，易破碎，含砂不均，含水量砂岩条纹。
下伏10煤。
顶部含砂较少，中间含砂均匀，底部含砂增多，含植物化石，层理不明显。
影响回采其他因素
地压
压力较大，延续时间比较长，复杂程度较简单
瓦斯、煤层自燃
该面属低瓦斯区域。
该煤层属自然发火煤层，自燃发火期为3～6个月。
摩氏硬度
煤层
夹矸
Ⅲ
矿压观测情况：
工作面直接顶初次垮落步距为2～3m，初次来压步距为11～15m，初次来压征兆不明显，来压时工作面顶板破碎，煤壁切顶持续2～3天，对工作面顶板管理影响不大。
周期来压步距为10m左右，来压征兆不明显，对工作面顶板管理影响不大。
根据煤层赋存条件和采区设计，该面采用单一走向长壁后退式采煤方法，综合机械化采煤工艺，全部垮落法管理顶板。
工作面安装ZY4000/13/28B型液压支架120架，支护顶板。
支架技术特征如表5-6。
表5-6ZY4000/13/28B支架主要技术特征
1300～2800mm
0.65～0.85Mpa
2653-3101kN
前0.176～1.33Mpa
3288-4011kN
31.5Mpa
11804kg
该工作面支架属于掩护式支架，有前探梁，没有护帮板，对顶板适应性较好。
9煤顶板属复合性顶板，即千层顶。
相对于2煤，9煤顶板相对稳定，但遇断层等地质构造时，顶板破碎易冒落，顶板冒空以后移架困难，但整体使用效果较好。
5.2淮南矿业集团新庄孜煤矿
淮南矿业集团新庄孜煤矿56104综采工作面属五六采区，五水平，地面标高+18m～+21m，井下标高-382m～-494m。
该采区共分两个区段，本面为一区段，工作面采用走向长壁布置。
于06年4月开始回采，回采到位后进行刷面形成综采开切眼。
5.2.1工作面煤层及顶底板概况
工作面煤层情况见表5-7。
表5-7工作面煤层情况表
煤层厚度（m）
1.2~4.0
煤层结构（m）
0.5（0.6）2.3
煤层倾角（°
28~32
3.2
30
开采煤层
B4
煤种
1/3焦煤
稳定程度
稳定
煤层情况
描述
B4煤层为结构复杂的中厚煤层。
煤层靠上部含一层砂质泥岩夹矸，厚0～0.7m，局部有夹矸插入体及底鼓变薄带。
局部煤层靠中上部含1～2层厚约0.2～0.4m的软分层。
工作面煤层顶底板情况见表5-8。
表5-8工作面煤层顶底板情况表
顶、底板名称
特征
老 顶
细砂岩
12
浅灰色，细粒结构，含少量粉粒成分，见裂隙。
灰色砂质泥岩
2.0～7.0
局部岩性破碎，向上为B5ba煤层，煤层厚分别为0.8m、0.9m左右，煤层间夹矸厚1.5m左右。
伪顶
灰色泥岩
2.0～4.0
老 底
56104工作面巷道布置示意图，见图5-1。
图5-156104工作面巷道布置示意图
5.2.2采煤方法及液压支架
56104综采工作面依据采区设计，采用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板，采用综合机械化采煤。
MG300/700型采煤机落煤、装煤，SGZ764/630型刮板输送机运煤，ZZ4400/18/38和ZZ4800/18/38支撑掩护式支架支护顶板。
根据地质资料，该面煤层倾角28°
～32°
，平均30°
。
煤层厚度为1.2m～4.0m，平均3.2m，决定采高如下：
初采期间：
2.6～3.0m，平均2.8m；
正常回采：
3.0～3.4m，平均3.2m；
工作面采用四柱支撑掩护式液压支架支护工作面顶板，支护设备型号及其参数见表5-9。
表5-9支护设备选择情况表
设备名称
规格型号
数量/架
备注
液压支架
ZZ4400/18/38
127
ZZ4800/18/38
13
型号：
ZZ4400/18/38
工作阻力：
4400kN
初撑力：
3516kN
支护强度：
0.76MPa
中心距：
1500mm
支架高度：
1800mm～3800mm
对地比压：
1.32MPa
ZZ4800/18／38
4808kN
3524kN
0.83MPa
1800mm～3800mm
工作面初采时，开切眼安装121架ZZ4400/18/38型液压支架；
当工作面回采至李Ⅶ线以南170m时，工作面将在机尾逐步添加液压支架，工作面安装ZZ4400/18/38和ZZ4800/18/38型支撑掩护式支架19架，工作面共140架综采支架。
5.2.3工作面支架防倒、防滑措施
（1）支架的防滑
①工作面机头、机尾各一组，中间支架每7～8架为一组，每组头3架在支架底座前端和后端隔架安装防滑千斤顶1套，后端防滑装置两端分别与其四连杆上的联接装置相连，以控制支架底座前端下滑，共计17套。
②每台支架底座后方预留孔内安装侧推千斤顶及加长杆1套，共计121套，用以调整架间空隙，防止支架向下甩尾，确保调架空间。
（2）支架的防倒
工作面机头、机尾各一组，中间支架每7～8架为一组，每组头3架在支架前梁隔架安装防倒千斤顶1套，以控制支架的倾倒与歪斜，共计17套。
（3）防倒防滑措施
①工作面前三架为固定支架，移固定支架的顺序：
先移第三架，再移第一架，最后移第二架。
移架时，要使用好固定支架的防倒、防滑和调架千斤顶进行调架，确保固定支架起到固定作用。
移第三架时应先对第一、二架支架进行注液，以防倾倒。
②严格移架顺序，正常情况下，工作面分成组作业，移架顺序为：
从上向下进行，先移基准架，后移中间架。
③移架时，将所移支架的侧护板打开，同时操纵上下支架的防倒千斤顶，使千斤顶始终处于张紧状态，移完架后及时升劲。
④工作面推采期间，严格控制工作面的回采方向，必要时调整工作面的伪倾角，控制支架下滑。
⑤当底板较软，支架下陷严重时，必须及时用单体配合进行抬架，杜绝野蛮操作，以防损坏设备。
⑥现场施工过程中，要强化支架的管理与正规操作，保证支架有足够的初撑力，控制倒架。
操作时带压擦顶移架；
正确使用好侧推和防倒装置，严格正规操作和工程质量。
5.3双鸭山东保卫矿
5.3.1工作面煤层及顶底板概况
东保卫煤矿矿井设计生产能力为60万t/a，核定生产能力为80万t/a。
某面为三采区36煤层-240m工作面，该工作面走向长880m，工作面平均倾向长115m，煤层厚度变化范围为1.65~1.90m，煤层平均厚度1.75m，煤层倾角变化范围为20°
~48°
，煤层平均倾角为30°
，煤容重1.3t/m3。
36煤层为简单结构煤层，煤层牌号为气煤。
36煤层为半亮煤，玻璃光泽，条带状结构明显，内生裂隙发育，硬度中等，常具接替状断口，条痕为黑褐色。
属于高瓦斯。
煤层自然发火期为3~6个月，煤炭自然倾向性为容易自燃，煤炭自燃等级为一级。
煤层顶板：
老顶为6.0m厚的黄白色粗砂岩，层理不发育，直接顶为1-2.5m厚的灰黑色细砂岩，层理较发育，伪顶为200-500mm厚的黄白色粗砂岩，层理发育，岩石较破碎。
煤层底板为3.6m厚的黄白色粗砂岩，岩石较完整，局部为中、细砂岩，层理较发育。
5.3.2采煤方法及液压支架
该工作面采用单一煤层走向长壁后退式综合机械化采煤法，一次采全高。
设计主要内容，见表5-10。
表5-10设计主要内容表
采煤方法
走向长壁后退式
工作面长
115米
落煤方式
机组落煤
倾角
20°
-48°
一次循环进度
600mm
采高
1.65-1.90米，
平均1.75米
作业方式
两班半采煤半班准备
采煤机
MG-200/501QWD
顶板管理
全部垮落法
刮板输送机
SGZ-730/320
工作面：
ZJ3600-11/23
下端头：
ZTHJ11400/15/24
运输巷
输送机
转载机：
SZD-730/90
皮带机：
SJ-150
工作面使用ZJ3600-11/23型急倾斜支撑掩护式液压支架支护顶板，初期安装69部。
切眼下出口及下端头区使用3架ZTHJ11400/15/24型急倾斜端头支架，按3#2#1#顺序由切眼软帮向硬帮方向并排放在下巷，支护切眼下口处顶板。
上、下巷超前支护及上端头区使用单体液压支柱戴木板帽支护顶板。
ZJ3600-11/23型急倾斜支撑掩护式液压支架提供的支护强度为0.54~0.55MPa；
ZTHJ11400/15/24型急倾斜支撑掩护式液压支架提供的支护强度为0.58~0.63MPa。
5.4国投新集一矿
131105综采工作面位于1水平3采区，于08年4月回采。
工作面开采标高约为-497～-594m，该工作面设计风巷可采平均走向长约为1116.6m，设计机巷可采平均走向长约为1066.8m，设计平均走向长1091.7m，平均倾向长160.8m，平均可采斜面积约为189316m2。
5.4.1工作面煤层及顶底板概况
11-2煤层：
黑色，块状、条带状，半亮型煤，结构较复杂，绝大部分含有2～3层夹矸。
纯煤厚2.85～3.85m，平均纯煤厚度为3.31m，全层厚度为4.09m。
局部受构造影响，煤层中不同程度的存在着“构造变薄带”。
煤层总体为宽缓的背斜构造，背斜轴位于8-9线和9线之间。
另外F10断层伴生的背斜构造从本工作面西部近东西向穿过工作面。
煤层走向80°
～110°
，煤层倾向350°
～20°
，煤层倾角18°
～30°
，平均为22°
老顶：
中细砂岩、石英砂岩，灰色、青灰色，石英为主，含少量暗色矿物，硅质胶结，坚硬，层理发育，中厚层状，层面含大量黑色炭质碎屑及云母片，厚度0.83～22.65m，平均厚度9.53m。
直接顶：
泥岩、砂质泥岩；
灰色，灰黑色，致密块状，略具贝壳状断口，含菱铁结核、黄铁矿膜，富含较完整的植物叶片化石（如栉羊齿、带羊齿、轮叶、瓣轮叶等），厚度4.96～11.79m，平均厚度8.43m。
在工作面西部煤层顶板向上3m左右通常发育有一层厚约0.5m炭质泥岩，在煤层顶板7～12m的范围内通常发育有厚0.27～0.83m的11-3煤层。
另处在8线附近局部直接顶缺失，煤层老顶砂岩直接与煤层接触。
直接底：
泥岩，浅棕灰色，块状、破碎，参差状断口，含大量植物根化石，厚度1.64～6.64m，平均厚度4.27m。
本工作面西部煤层底板向下约1m处通常发育有一层厚约0.3m的煤线。
具体见煤层及顶底板结构柱状图5-2。
图5-2煤层及顶底板结构柱状图
5.4.2采煤方法及液压支架
1）采煤方法的选择：
采用单一走向长壁、后退式采煤方法，沿煤层顶板采用综合机械化开采，全部垮落法管理顶板。
2）采高的确定
本工作面全煤层厚0.56m～3.61m，平均厚度为3.33m，为确保支架处于合理的支撑高度，保证采煤机正常开采，本工作面主要沿煤层顶底板回采，采高控制在3.33m。
煤层较薄或遇构造处，可适当割顶板或底板，但采高不得低于2.4m，煤层较厚处适当留底煤，采高不超过3.6m。
3）设备的选择
根据三采区11煤煤层的赋存条件以及该工作面上个工作面131103综采工作面的开采情况，采用如下配套设备：
（1）采煤机：
选用西安煤机厂生产的MG500/1130-WD型双滚筒电牵引采煤机。
主要技术参数：
截深800mm，采高1.80m～3.76m，牵引速度0～8.3～13.8m/min，牵引方式为销轮齿轨无链牵引，灭尘方式为内外喷雾式，整机重量60t。
（2）工作面运输机：
选用西北奔牛实业集团生产的SGZ—800/800型中双链刮板输送机。
刮板链速为1.21m/s，刮板链规格2－Φ34×
126mm，刮板间距1008mm，中部槽规格1500×
800×
310mm。
水平弯曲度和垂直弯曲度为1～2°
（4）液压支架：
支架选用郑州煤机厂产的ZZ7600/18/38型液压支架。
工作阻力7600kN，支护高度1.8m～3.8m，支架重量25t，底板比压1.72MPa，最大控顶距5157mm，最小控顶距4357mm，移架步距800mm。
支架技术参数见表5-11。
表5-11支架技术参数
型号
架型
工作阻力（kN）
支护面积（m2）
支护宽度（m）
支撑高度（m）
自重（kg）
ZZ7600-18/38
支撑掩护式
7600
6.23
1.067
1.43-1.60
1.8-3.8
25000
（5）上、下端头支护
工作面第一台液压支架和最后一台液压支架的侧护板外侧，根据具体情况沿走向打一排或两排“一梁三柱”托棚。
当转载机不影响时，另外分别在第一和最后一台液压支架的顶梁上沿走向各插一根直径200mm长3.0m的3/4半圆木或4.0m长工字钢梁，半圆木或工字钢梁与支架顶梁搭接长度0.5m，外露段用两根单体支柱支撑，两根单体的距离不得小于500mm，托住巷道中超前支护木梁，并随支架前移与侧护板外侧的抬棚交替前移，来加强上下端头的支护。
随工作面推进，两巷端头的铰接梁、单体回收时，要与支架切顶线保持平齐，以保证端头支架支护强度。
如果上下隅角顶板推进后沿走向15m还不及时冒落，则需随工作面推进在液压支架切顶线处每隔3～5m打2～3根切顶点柱，同时将顶部锚杆及锚索垫板卸掉，以便及时切顶。
5.5贵州盘江煤电（集团）公司火铺矿
5.5.1滥泥箐采区
1）采区煤层及顶底板概况
滥泥箐采区位于火铺矿井北翼的滥泥箐井田内，本区内为一东倾的简单单斜构造。
地层走向近于南北，倾向近于正东，倾角20~40°
，平均33°
采区煤层赋存条件好，储量丰富，滥泥箐采区1#、3#、5#、7#、12#、17#等六层煤，煤厚均在1.45m以上，均适宜综合机械化开采。
采区内可采煤层共12层（局部可采四层为表外储量）。
各煤层厚度，夹矸层数，对比可靠性、稳定性、可采范围、层间距见表5-12。
表5-12各煤层厚度概况
煤层编号
煤层厚度
夹矸层数
对比可
靠性
稳定性
可采范围
层间距离
两极值
平均值
1
1.24-1.68
1-3
可靠
不稳定
全区可采
8.0-15.6
1.62
11.52
3
1.77-1.94
0-1
较稳定
6.2-17.2
1.88
10.27
5
1.47-1.51
16.1-38
1.45
28.03
7
1.80-1.93
19.5-23.7
1.92
21.55
1.79-3.6
1.6-14
2.78
8.93
17
2.32-4.04
7.6-22.8
2.87
11.66
20
1.10-1.28
0-2
较可靠
0.6-10.2
1.25
4.98
21
0-1.56
0-4
大部可
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