6米以上大采高综采开采技术
调 研 报 告
二○○九年七月
目 录
第一部分 调研情况 ..................................... - 1 - 一 山西晋城寺河矿 ....................................... - 1 - （一）寺河矿简介 ........................................ - 1 - （二）3304工作面概况 .................................... - 2 - （三）巷道布臵及采煤方法 ................................. - 3 - （四）劳动组织 .......................................... - 4 - （五）瓦斯治理措施 ...................................... - 4 - （六）工作面设备配臵 ..................................... - 4 - 二 宁夏宁煤羊场湾矿 ..................................... - 6 - （一）羊场湾矿简介 ...................................... - 6 - （二）120202工作面概况 .................................. - 6 - （三）巷道布臵及采煤方法 ................................. - 8 - （四）劳动组织 .......................................... - 9 - （五）工作面设备配臵 ..................................... - 9 - 三 调研小结 ............................................ - 11 - 第二部分 谢桥矿1161（3）工作面及相似工作面概况....... - 12 - 一 谢桥矿1161（3）工作面概况 ........................... - 12 - （一）工作面概况 ....................................... - 12 - （二）煤层赋存及顶底板情况 .............................. - 13 - （三）地质构造 ......................................... - 14 - （四）水文地质 ......................................... - 14 - 二 1161（3）工作面参数、巷道断面、支护及采煤方法 ....... - 15 - （一）工作面参数 ....................................... - 15 - （二）巷道断面、支护 .................................... - 15 - （三）采煤方法 ......................................... - 16 - 三 1161（3）工作面瓦斯治理措施 ......................... - 16 -
- 1 -
（一）瓦斯涌出量预计 .................................... - 16 - （二）瓦斯治理措施 ..................................... - 16 - （三）瓦斯抽采情况预计 .................................. - 17 - 四 谢桥矿其他13-1煤层块段煤厚情况说明 ................. - 18 - （一）矿井东翼 ......................................... - 18 - （二）矿井西翼 ......................................... - 19 -
第三部分 调研后的初步建议 ........................... - 19 -
一 调研比较 ............................................ - 19 - （一）地质情况比较 ..................................... - 19 - （二）瓦斯治理比较 ..................................... - 20 - （三）支架架型比较 ..................................... - 20 - （四）设备入井比较 ..................................... - 23 - 二 液压支架的选型 ...................................... - 23 - （一）支架高度 ......................................... - 23 - （二）工作阻力 ......................................... - 23 - （三）支架架型 ......................................... - 25 - 三 其他设备的选型 ...................................... - 25 - （一）采煤机 ........................................... - 25 - （二）刮板输送机 ....................................... - 25 - （三）转载机 ........................................... - 25 - （四）顺槽胶带输送机 .................................... - 25 -
第四部分 存在问题及解决办法 ......................... - 26 -
一 运输系统改造 ........................................ - 26 - 二 安装打运系统改造 .................................... - 26 - 三 工作面煤壁管理 ...................................... - 26 - 四 两巷超前支护 ........................................ - 26 -
- 2 -
6米以上大采高综采开采技术
调 研 报 告
为探索淮南矿区“三软”地质条件下6m及以上厚煤层大采高开采技术，根据集团公司领导安排，2009年6月25日～7月4日，集团公司生产部、安装工程分公司、谢桥矿等有关人员对厚煤层大采高开采技术进行了调研，通过现场观摩、与相关人员座谈的方式，调研了山西晋城寺河矿、宁夏宁煤羊场湾矿，并与郑州煤矿机械有限责任公司有关技术人员就大采高支架的选型进行了交流。现将调研情况汇报如下：
第一部分 调研情况
一 山西晋城寺河矿 （一）寺河矿简介
寺河矿于1996年12月正式开工建设，2002年11月8日正式投产，设计能力为400万吨/年，2006年核定生产能力为1080万吨/年。当前为两个工作面生产，生产规模1200万吨/年。
井田面积约76.59km，划分为东、西两个井区，其中，东井区井田面积54.81km，西井区井田面积21.78km。井田范围内可采煤层有3#、9#、15#三层，总厚10.32m，可采含煤系数7.6 %，其中3#煤层为主采煤层，厚度为4.45～8.75m，平均6.31m，结构较简单，全区稳定可采。
2
2
2
- 1 -
（二）3304工作面概况
1. 基本情况
工作面所采煤层为3#煤层，工作面标高528～640m，地面标高884～1200m，工作面走向长1865.6m，倾向长221.3m，煤层平均厚度6.71m，倾角1～13°、平均3°，煤层普氏硬度系数f值=1～2，煤的容重为1.46t/m。
2. 煤层顶底板状况
老 顶：细粒砂岩，层厚2.81m，灰色、深灰色，细粒，含粉砂质，粘土质胶结为主，分选良好，波状层理，层面富含云母片，非均质。
直接顶：粉砂岩，层厚13.12m，黑灰色，非均质，性较脆，粒较细，粘土质胶结，基底式，分选良好，水平层理，富含炭化植物根痕。
伪 顶：炭质泥岩，层厚0～0. 2m，灰黑色，含植物化石，随采随掉。
直接底：砂质泥岩，层厚4.17m，灰黑色，较致密，有层理，不坚硬，含白色矿物质，局部含砂质较多。
老 底：粉砂岩，层厚5.42m，灰黑色，薄水平层理，质均，含菱铁矿结核。
3. 地质构造情况
总体为一西低东高的单斜构造，结构简单，断层落差均在3m以内，对回采影响不大。
3
- 2 -
4. 水文地质情况
水文地质条件较简单，回采中涌水源主要为3#煤层上覆砂岩裂隙水，该裂隙水将随顶板的垮落而渗入工作面，预计最大涌水量为0.17m/min， 正常涌水量为0.05m/min。
5. 煤尘、瓦斯情况
本工作面煤尘无爆炸性，煤层无自燃倾向。工作面回采时绝对瓦斯涌出量55m/min（经瓦斯抽放后），地温10～22°C，地压8.13～11.95MPa（埋深325～478m）。 （三）巷道布臵及采煤方法
1. 巷道布臵
工作面巷道按三进两回方式布臵，工作面北部两条顺槽作为进风顺槽；工作面南部有三条顺槽，靠近工作面的一条顺槽为进风顺槽，作为工作面皮带顺槽，另外两条作为工作面回风顺槽。
巷道均设计为矩形断面，采用锚网（索）支护，其中，顺槽断面：5.0m×3.8m，切眼断面：8.5m×3.8m。
2. 采煤方法
采用走向长壁大采高综合机械化采煤方法，后退式回采，全部垮落法处理采空区。
工作面设计采高6.0m，沿煤层底板推进，机头、机尾各10m随巷道顶板平缓过渡。
3
3
3
- 3 -
（四）劳动组织
采用“四六制”作业（一班检修，三班生产），生产班每班进4个循环，日进12个循环，循环进度0.865m，循环产量1650吨，日产1.98万吨，月产达59.4万吨。 （五）瓦斯治理措施
主要采用密集顺层钻孔、顶板走向钻孔等方法治理瓦斯。 （六）工作面设备配臵
1. 液压支架
综合考虑工作面顶底板岩性、煤层厚度、采高等因素，选用二柱式掩护支架及其相配套的端头、过渡支架，支架参数如下：
表1-1 基本支架参数表
型号 支架宽度 工作阻力 初撑力 工作高度 支护面积 支护强度 ZY9400/28/62 1.65m～1.85m 9400 KN 7140KN 2800～6200mm 7.548m2 1.08～1.11MPa
最大控顶距 最小控顶距 支架中心距 推移步距 立柱直径 梁端距 支架重量 5535mm 4670mm 1.75m 0.865m 360/260mm ≤590mm 36.16t
- 4 -
表1-2 过渡支架参数表
型号 支架宽度 工作高度 工作阻力 ZYG9400/25.5/55 1.65m～1.85m 2550～5500mm 9400 KN
初撑力 支护强度 支架中心距 支架重量 7140 KN 1.02～1.10 MPa 1.75m 34.75t 表1-3 端头支架参数表
型号 支架宽度 工作高度 工作阻力
ZYT9400/25.5/55 1.65m～1.85m 2550～5500mm 9400 KN 初撑力 支护强度 支架中心距 支架重量 7140 KN 0.79～0.85MPa 1.75m 34.05t 2. 采煤机
采用SL-500型艾柯夫煤机，装机功率为1815Kw，电压等级为3300V。
3. 刮板输送机
JOY公司制造，长度231m，装机功率1400Kw，电压等级为3300V，中部槽尺寸（长×宽×高）：1756×1332×353mm，运输能力为2500t/h。
4. 转载机
JOY公司制造，长度28m，装机功率315Kw，电压等级为1140V，中部槽尺寸（长×宽×高）：1500×1332×284mm，运输
- 5 -
能力为2750t/h。
5. 破碎机
JOY公司制造，装机功率315Kw，电压等级为1140V，通过能力为3000t/h。
6. 胶带输送机
带宽1400mm，带速3.5m/s，电压等级1140V，运输能力为2500t/h。
二 宁夏宁煤羊场湾矿 （一）羊场湾矿简介
羊场湾矿位于宁夏回族自治区灵武市宁东镇境内，碎石井勘探区中部，地处东经106°35′～106°38′，北纬37°59′～38°03′之间，交通十分便利。矿井实际瓦斯涌出量为0.319m/t，二氧化碳相对涌出量1.122m/t，为低瓦斯矿井。矿井两采一备，当前生产规模为1500万吨/年。 （二）120202工作面概况
1. 基本情况
工作面所采煤层为2#煤层，工作面标高为901.6～992.3m，地面标高为1363.0～1403.0m，工作面走向长3553m，倾向长350m，平均煤厚7.1m，煤层倾角4～11°，平均8°，煤层硬度系数f值=1～2，容重1.37t/m。
3
3
3
- 6 -
2. 煤层顶底板状况
表2 煤层顶底板状况表
顶底板名称 岩石名称 粉砂岩 老顶 细砂岩 厚度（m） 2.17～8.08 5.84 2.85～10.08 7.06 0～1.33 0.60 1.98～3.29 泥岩细纱岩 2.5 伪顶 炭质泥岩 0.20～0.66 0.27 0.69～3.54 直接底 泥岩粉砂岩 1.69 老底 细砂岩 6.76～11.98 岩性特征 灰黑色，成分以石英为主，硅质胶结。f：3-4 灰黑色，致密，节理、层理发育，遇水变软。f：4-5 灰、白色互层。层理发育，易脱落。f：3-4 灰黑色，层理发育，遇水变软，较破碎。上部有一层煤线，厚度约0.15m。f：3-5 灰黑色，薄层状，层理发育，较破碎，易脱落。f：3～4 灰白色，致密，节理、层理不发育，遇水变软。上部有一层0.4m泥岩f：3～4 灰白色，成份以石英为主，硅质胶结。f：4～5 粉砂岩 直接顶 3. 地质构造情况
根据勘探资料和已施工的巷道资料分析：本工作面范围内地质构造较简单，无断层，为一单斜构造，走向 210°～240°，倾向130°～150°，倾角4°～11°，平均8°。
4. 水文地质情况
影响工作面回采的主要以1#煤层顶板侏罗系中统直罗组粗粒砂岩含水层为主，该含水层的水有可能通过节理、裂隙导入
- 7 -
工作面内。预计工作面正常涌水量为60m/h，最大涌水量为90m/h。
5. 煤尘、瓦斯情况
工作面瓦斯绝对涌出量2.3m/min ，相对涌出量0.17m/t；煤尘爆炸指数34.3%，具有爆炸危险性，煤层自燃发火期为1～3个月，最短27天，地温17℃。 （三）巷道布臵及采煤方法
1. 巷道布臵
工作面上下顺槽均沿煤层顶板掘进，巷道均设计为矩形断面，采用锚网支护方式，回风顺槽断面：4.7m×3.8m，运输顺槽断面：5.2m×3.8m，切眼断面：8.4m×3.8m。
2. 采煤方法
采用走向长壁大采高综合机械化采煤方法，后退式回采，全部垮落法处理采空区。
由于煤层与直接顶之间有0.20～0.66m厚的伪顶，在开采过程中随采随落，给工作面顶板管理和煤质管理带来困难；同时由于煤层直接底为泥岩及粉砂岩，厚0.69～3.54m，遇水极易变软，导致支架钻底严重；根据11采区已开采的6个工作面及正在开采的Y120201工作面开采期间顶、底板管理经验，确定工作面采用留顶煤、底煤开采，开采期间，顶煤厚度保持在1.0m左右，底煤厚度保持在0.3～0.5m，工作面平均采高为5.6m。
3
3
3
3
- 8 -
（四）劳动组织
采用”三八” 制作业（两班半生产，半班检修），每班有效工时8小时，其中检修班检修设备时间5小时，生产时间3小时，每天可进行12个正规循环，循环进度0.865m，循环产量2160吨，日产量2.6万吨，月产量达65万吨。 （五）工作面设备配臵
1. 液压支架技术特征
表3-1 基本支架参数表
型号 支架宽度 工作阻力 初撑力 工作高度 支护面积 支架重量 ZY10000/28/62D 1.65m～1.85m 10000 KN 7912 KN 2800～6200mm 16 m2 41.0 t
支护强度 顶梁长度 推溜力 拉架力 底板比压 支架中心距 1.03～1.06 MPa 4430 mm 504 KN 989KN 1.90～2.18 MPa 1.75 m 表3-2 过渡支架参数表
型号 支架宽度 工作阻力 初撑力
ZYG10000/26/55D 支护强度 1.65m～1.85m 10000 KN 7912 KN 顶梁长度 底板比压 推溜力 - 9 -
0.95～1.0 MPa 4720 mm 1.9～2.18 MPa 675KN 工作高度 支护面积 支架重量 2600～5500mm 214.6 m 40.0 t
拉架力 支架中心距 1308KN 1.75m 表3-3 加长过渡支架参数表
型号 支架宽度 工作阻力 初撑力 工作高度 支护面积 支架重量 ZYGT10000/26/55D 1.65m～1.85m 10000 KN 7912 KN 2600～5500mm 14.83m2 40.8 t
支护强度 顶梁长度 底板比压 推溜力 拉架力 支架中心距 0.84～0.89 MPa 5120 mm 1.9～2.18 MPa 675KN 1308KN 1.75m 表3-4 端头支架参数表
型号 支架宽度 工作阻力 初撑力 工作高度 支护面积 支架重量 ZYT10000/26/55D 1.65m～1.85m 10000 KN 7912 KN 2600～5500mm 15.6m2 40.0 t 支护强度 顶梁长度 底板比压 推溜力 拉架力 支架中心距 0.76～0.80 MPa 5760 mm 1.9～2.18 MPa 675KN 1308KN 1.75m
- 10 -
2. 采煤机
选用JOY公司制造的7LS7型采煤机，其主要技术参数如下：
表4 采煤机参数表
采高范围（m） 截割电机功率（KW） 最大牵引力（KN） 3.2～6.4 总装机功率（KW） 750 982 牵引电机功率（KW） 牵引速度(m/min) 2125 150 0～28 3. 刮板输送机
装机功率：2565KW（3×855），运输能力：3600t/h ，电压等级：3300V。
4. 转载机
装机功率：525KW，运输能力：4000t/h， 电压等级：3300V。 5. 破碎机
装机功率：525KW ，破碎能力：4500t/h，电压等级：3300V。 6. 胶带输送机
装机功率：5×630KW，运输能力：3000t/h ，带宽：1400mm。 三 调研小结
（一）调研的两个矿井都选用最大支撑高度为6.2m的支架，配备大功率进口采煤机，工作面月单产达60万吨以上，矿井生产规模都在1200万吨以上，说明采用大采高综采开采，能大大解放生产力，实现安全高效开采。
（二）目前国内在6m左右大采高支架设计、制造技术方面
- 11 -
已比较成熟，已成功生产出7m大采高支架及缸径为500mm的大立柱，即将投入井下使用。
（三）宁煤羊场湾矿120202工作面走向长度3553m，倾斜长度350m，对谢桥矿采场设计、布臵有重要的借鉴作用，对于有条件的块段面长可加大到300m，充分发挥瓦斯治理工程效率和效益，提高单产，缓解接替紧张、降低成本。
（四）谢桥矿从2007年底开始采用4.5m大采高综采技术取代综放技术，已成功回采了1231（3）、1101（3）工作面，目前正回采1131（3）工作面，1232（3）工作面也即将回采，当前使用ZZ6400/22/45型支架，受支架高度的限制，工作面实际采高为4.3m左右，造成丢煤，与调研煤矿相比，谢桥矿的大采高综采技术必须要有新的突破，以进一步解放生产力、提高资源回收率。
第二部分 谢桥矿1161（3）工作面及相似工作面概况
一 谢桥矿1161（3）工作面概况 （一）工作面概况
工作面位于东一13-1煤层采区东翼六阶段，西起-720m东翼皮带上山，东至Fs205断层，北至1151(3)运输顺槽，南到-720m煤层底板等高线；北边1151(3)工作面已采完，西边为工广保护煤柱，东边东二采区及南边13-1煤尚末采掘，1161（3）
- 12 -
底抽巷和高抽巷已施工结束，上、下顺槽正在掘进。
工作面标高为-646～-718m，地面标高为+18.7～+23.8m，工作面走向长1988m，倾向长208m，可采储量301万吨。 （二）煤层赋存及顶底板情况
1. 煤层赋存情况
本面煤层较稳定，煤层走向起伏较大，煤层厚度为4.1～6.1m、平均5.6m，煤层倾角10～15°、平均12°，煤层硬度系数f值=0.73，煤体强度低。
煤层产状：185～195°∠10～15°，煤呈黑色，以粉末状为主，含较多颗粒及少量块状，属半暗半亮型，局部发育1～2层泥岩或炭质泥岩夹矸。
2. 煤层顶底板状况
老 顶：为中砂岩，厚度为5.29m，灰白色，硅质胶结，缓波状层理，局部缺失，0～8.65m。
直接顶：为泥岩和13-2煤，厚度为3.55m，泥岩为深灰色，泥质结构，含较多植化碎片，见滑面，易碎，局部含砂质，1.2～6.9m。
直接底：为泥岩，厚度为1.2m，深灰色，泥质结构，块状构造，含植物根茎化石，局部缺失，0～3.2m。
老 底：为粉细砂岩，厚度为1.53m，浅灰色，坚硬致密，局部缺失，0～4.92m。
- 13 -
（三）地质构造
工作面为一向南倾斜的单斜构造，岩层产状185～195°∠10～15°；根据精查地质报告、三维地震勘探、1151（3）工作面、1161（3）顶抽巷、1161（3）底抽巷揭露地质资料综合分析，预计影响本工作面的断层有10条，其中3m以上断层有4条。
表5 1161（3）工作面构造情况表
倾向 构造名称 (度) F008 F009 F010 F020 F021 F012 F013 F022 F023 FS205 250 260 290 165 220 倾角性 质 (度) 60～75 65 34 55～70 50 正 正 正 正 正 正 正 正 正 正 落差 对掘进的影响程度 (m) 4.0 1.2 3.0 0～1.4 0～2.0 0～2.0 0～2.5 0～4.0 0～3.0 0～7 对上顺槽影响较大 对上顺槽影响较小 对上顺槽影响较大 对上顺槽影响较小 对上顺槽影响较小 对下顺槽影响较小 对下顺槽影响较小 对下顺槽影响较大 对下顺槽影响较大 边界断层 135～140 50～60 320 250 290 50 60～75 34 50～75
- 14 -
（四）水文地质
1. 13-1煤层老顶为砂岩，局部含砂岩裂隙水，与其它含水层无直接水力联系，属静储量消耗型。已采掘的13-1工作面在顺槽掘进过程中，都有不同程度的滴水和淋水现象，1121（3）、1141（3）和1151（3）回采时曾发生不同程度的涌水，1121（3）最大涌水量达200m/h、1141（3）最大涌水量达132m/h、1151（3）最大涌水量达167m/h。根据比拟法预算，1161（3）工作面最大涌水量预计达230m/h。
2. 上阶段1151（3）工作面采空区内有大量积水，在采掘时应提前探放采空区积水。
3. 工作面内过补Ⅳ4、D8-1、八东3、D7-1钻孔时，应提前查明钻孔是否导水。
4. 本面设计中应有完备的排水设施，排水能力掘进时不小于230m/h，回采时不小于300m/h。
3
3
3
33
3
二 1161（3）工作面参数、巷道断面、支护及采煤方法 （一）工作面参数
工作面倾向长208m，可采走向长1988m，平均煤厚5.6m，煤的容重1.38t/m。 （二）巷道断面、支护
上、下顺槽断面均为直墙斜梯形，开切眼为矩形，均采用
3
- 15 -
锚网支护；上顺槽断面：5.2m×3.4m，下顺槽断面：5.2m×3.0m，开切眼断面：4.2m×3.0m。 （三）采煤方法
采用单一走向长壁大采高综合机械化开采方法，后退式回采，全部垮落法处理采空区。 三 1161（3）工作面瓦斯治理措施
1161（3）工作面为东一C组采区东翼六阶段，工作面标高为-646～-718m，位于13-1煤层突出危险区，煤层透气性系数0.00097m/(MPa〃d)，最大实测瓦斯压力3.94MPa，煤层坚固性系数0.34～1.33。 （一）瓦斯涌出量预计
1161（3）工作面相对瓦斯涌出量为6.37m/t，预计当工作面日产15000吨时，绝对瓦斯涌出量为66.4m/min，工作面回采期间设计配风量为2000m/min，风排瓦斯量10m/min，抽采瓦斯量46.6m/min（其中回采前采用底抽巷穿层钻孔、上顺槽顺层钻孔预抽1.9m/t）。 （二）瓦斯治理措施
1161（3）工作面回采期间主要采用高抽巷、底抽巷、顺层钻孔、上隅角埋管等方法治理瓦斯。
3
3
3
3
33
2
2
- 16 -
1. 高抽巷
1161（3）高抽巷与1161（3）上顺槽平行，内错1161（3）工作面，距上顺槽平距19.8m，距13-1煤层顶板法距29～33m。
2. 底抽巷
1161（3）底抽巷与1161（3）下顺槽平行，内错1161（3）工作面，距下顺槽平距60.5m，距13-1煤层底板法距11～24m。
3. 顺层钻孔
工作面倾斜长208m，平均煤厚5.6m，平均倾角12°，由于从1161（3）底抽巷施工密集钻孔只控制到1161（3）下顺槽向上140m范围内煤体，设计1161（3）上顺槽向下68m范围内采用顺层钻孔预抽，钻孔间距5m，孔深70m，孔径113mm。
4. 上隅角埋管
为解决回采期间上隅角局部瓦斯积聚，采用在上隅角埋管抽采，即在上隅角布臵2～3根插管，管径不小于3寸，随采随移。
（三）瓦斯抽采情况预计
预计回采期间抽采瓦斯46.6m/min，其中高抽巷抽采瓦斯30m/min，抽采浓度30%；底抽巷抽采瓦斯11.5m/min，抽采浓度25%；上顺槽顺层钻孔抽采瓦斯2.5m/min，抽采浓度10%；上隅角抽采瓦斯2.6m/min，抽采浓度7.5%。
3
3
3
3
3
- 17 -
四 谢桥矿其他13-1煤层块段煤厚情况说明
谢桥矿13-1煤层为矿井主采煤层,目前除东二采区东翼未采,其它采区已回采,共计回采16个块段,其中西翼7个、东翼9个,13-1煤层总体煤厚变化趋势为东翼厚、西翼薄,煤层底部发育1～2层夹矸,煤层较硬,中上部普遍发育一层0.8～1.2m的软分层,谢桥矿今后五年计划回采的13-1煤层工作面煤层厚度情况如下： （一）矿井东翼
1. 1161（3）工作面
该面正在掘进上下顺槽, 煤层顶板为泥岩，面内煤厚为4.1～6.1m，平均5.6m，倾角10～15°，平均12°，工作面煤厚5.0m 目前本面没有掘进, 煤层顶板为砂质泥岩，煤层面内煤厚为5.5～7.3m,平均6.2m。工作面煤厚5.5m 3. 1321(3)工作面 目前本面没有掘进, 煤层顶板为砂质泥岩,面内煤厚为5.7～7.4m, 平均煤厚6.4m，工作面煤厚5.5m - 18 - 4. 1331(3)工作面 目前本面没有掘进, 煤层顶板为砂质泥岩，面内煤厚为5.5～6.7m,平均6.3m,工作面煤厚5.5m 1. 1202(3)工作面 目前本面没有掘进， 煤层顶板为泥岩，面内煤厚为1.6～6.5m,平均4.6m，工作面煤厚H<4.0m的比例为10%，4.0m 目前本面没有掘进, 煤层顶板为泥岩，面内煤厚为2.7～6.0m,平均5.0m,工作面煤厚4.0m 一 调研比较 （一）地质情况比较 1. 谢桥矿C13-1煤层属于典型的“三软”煤层，煤层硬度系数f值=0.7，最小f值仅为0.34，煤体强度低，直接顶为泥 - 19 - 岩及13-2煤，为复合型顶板，顶板比较破碎；而调研的两个煤矿煤层硬度系数f值=1～2，煤层较硬，寺河矿3304工作面直接顶结构致密、完整，羊场湾矿120202工作面直接顶破碎、易掉。 2. 谢桥矿地质构造相对复杂，其中1161（3）工作面断层10条，3m以上的占4条，对回采影响较大；而调研的两个煤矿地质构造简单，煤层沿走向起伏较小。 3. 谢桥矿1161（3）工作面平均煤厚5.6m，西翼采区的1202（3）工作面平均煤厚4.6m，1242（3）工作面平均煤厚5.0m，东二采区的1311（3）工作面平均煤厚6.2m，1321（3）工作面平均煤厚6.4m，1331（3）工作面平均煤厚6.3m；调研的两个煤矿煤层平均厚度分别为6.7m、7.1m。 （二）瓦斯治理比较 谢桥矿1161（3）工作面回采前采用底抽巷穿层钻孔和上顺槽顺层钻孔预抽瓦斯，回采期间采用顶抽巷、底抽巷、顺层钻孔、上隅角埋管等方法治理瓦斯；调研的寺河矿主要采用顺层钻孔、顶板走向钻孔等方法治理瓦斯。 （三）支架架型比较 谢桥矿目前使用大采高支架为ZZ6400/22/45型支撑掩护式支架；调研的两个煤矿使用的大采高支架均为掩护式支架，型 - 20 - 号分别为ZY9400/28/62、ZY10000/28/62型。 支撑掩护式支架和掩护式支架各有优缺点，分析如下： 1. 四柱支撑掩护式支架 1.1 优点： ①支架顶梁相对较长，在支架前移过程中反复支撑顶板，适用于老顶来压明显的坚硬顶板以及煤层较硬的地质条件。 ②支架集中载荷处于前、后立柱之间，顶梁承受载荷均匀。 ③支架结构尺寸大，通风面积大。 ④由于承受载荷中心位于前后立柱中部，支架底板比压较均匀，底座前端比压相对较小。 ⑤支架切顶性能好，抗击老顶来压能力强。 1.2 缺点： ①它多了两根立柱和相应的液压元件，架内不如掩护式支架简单利落，操作上稍复杂。 ②顶梁较长，比掩护式支架支护面积大，在同样的矿压条件下，同样的支护强度，支撑掩护式支架的工作阻力要大一些，重量要大一些，不仅制造成本增加，而且增加了井下运输、安装难度。 ③在煤层直接顶破碎的情况下，如果控制不好，直接顶提前失稳，可能造成前后立柱受力不均，后柱受力状况差，支架顶梁前重后轻，支架工作阻力不能充分利用。 - 21 - 2. 两柱掩护式支架 2.1 优点： ①支架支撑顶板时具有指向煤壁方向的水平力，使支护顶板由被动支护变为主动支护，支架顶梁前端承载力大，有利于保持顶板的稳定，减少架前片帮和冒顶。 ②支架只有一排大缸径立柱，结构紧凑，控顶面积小，减少了支架对顶板的反复支撑和破坏的次数，有利于维护顶板。 ③支架立柱后部的行人通道宽敞，便于行人和布臵液压零部件。 ④液压管路及阀类元件比四柱支撑掩护式少，系统简单，操作方便，有利于应用电液控制系统实现快速移架，可靠性高。 2.2 缺点： ①对顶板的支护状态不如四柱支撑掩护式支架，顶梁调平能力差，其顶梁调平能力主要靠平衡千斤顶，而平衡千斤顶与立柱比，力量小、又距顶梁、掩护梁铰点近，所以调平的能力有限。对于破碎顶板，顶梁前高后低，容易造成顶板局部受力，使顶板提前破坏；而对坚硬顶板，切顶能力不强，容易造成大面积悬顶。 ②顶梁的合力作用点靠前，底座的前端比压相对较大，在软底板煤层中，扎底较严重。 ③因两柱掩护式支架只有一排立柱，且距抬底座千斤顶很近，所以，支架扎底要抬底座时，如果顶板很好，顶梁脱离顶 - 22 - 板移架，抬底座效果很好；但如果带压移架，则抬底座困难。 ④谢桥矿自建矿以来，安装使用的液压支架均为四柱支撑掩护式，从工作面生产管理，设备管理到职工操作均已习惯；而两柱掩护式支架操作、管理与支撑掩护式相比不完全相同，需要干部、职工有一个熟悉的过程，以掌握其操作要领。 （四）设备入井比较 谢桥矿为井工开采，矿井设计生产能力400万吨/年，副井单罐最大允许入井尺寸难以满足拟选支架整体入井，设备下井需要解体；调研的两个煤矿均为斜井开采，采用无轨胶轮车和支架搬运车运输，巷道断面大，设备可以整体入井。 二 液压支架的选型 （一）支架高度 谢桥矿13-1煤层为典型的“三软”煤层，1161（3）工作面煤层厚度4.1～6.1m，平均5.6m，同时考虑到13-1煤层其它剩余块段煤层厚度，以及该面是矿区首次进行6m以上大采高综采试验开采，建议支架最大高度定位为6.2m。 （二）工作阻力 根据矿压理论，工作面顶板的压力强度按6～8倍采高的上覆岩层的重量近似计算，取8倍采高的上覆岩层的重量计算得 - 23 - 出1161（3）工作面顶板压力支护强度，结合支架的支护面积，可得出支架的工作阻力。 1. 支护强度 q=n×m×v=8×2.6×10×6.2=1.29 MPa 式中： q—支架的支护强度 n—支架载荷相当采高岩重的倍数，一般6-8，取值8 m—采高，这里取6.2m v—上覆岩层密度，这里取2.6t/m 2. 工作阻力 P=q×S=1.29×10×7.875=10158KN 式中： P—支架工作阻力； S—支护面积，支架的支护面积S=4.5×1.75=7.875m； 通过以上计算得出，选用最大支撑高度6.2m的支架，其工作阻力不得小于10158KN，圆整取10800KN 或12000KN。 2 6 3 3 - 24 - （三）支架架型 比较两柱掩护式支架与四柱支撑掩护式支架的优缺点，并结合谢桥矿13-1煤层赋存状况，建议选用两柱掩护式支架。 综合以上分析，建议选用最大支撑高度6.2m、工作阻力10800KN 或12000KN、配以电液控装臵的两柱掩护式液压支架。 三 其他设备的选型 （一）采煤机 选用进口或国内性能可靠的采煤机，装机功率1600～2200KW，安装破碎装臵。 （二）刮板输送机 选用SGZ1000/2×855型，交叉侧卸式或端卸式。 （三）转载机 选用SZZ1000/400型。 （四）顺槽胶带输送机 选用DSJ1200/3×315型或DSJ1200/2×355型。 - 25 - 第四部分 存在问题及解决办法 一 运输系统 问题：原-720m～-610m上运STJ1200/3×220皮带机输送能力为1200t/h，带宽为1200mm，输送长度为440m，带速为2.5m/s，不能满足下一步1161（3）工作面开采需要。 解决办法：向下延伸并进行提速改造，速度提升为3.15m/s，运输量不低于1500t/h。 二 安装打运系统 问题：拟选用的6.2m支架及配套设备尺寸、重量大，暗副斜井1.6m液压绞车提升能力只有13t，巷道高度局部只有2.5m，无法满足设备打运。 解决办法：对液压绞车进行改造，对巷道进行扩刷。 三 工作面煤壁管理 问题：谢桥矿13-1煤层为“三软”煤层，回采期间，顶板、煤壁管理难度较大，极有可能片帮、掉顶，尤其是煤壁容易片帮。另外，工作面需施工效检钻孔，增加了安全管理难度。 解决办法：建议选用三级护帮结构的护帮板、完全伸开后长度不小于3.2m，并辅以辅助千斤顶配合护帮板支撑煤壁。 - 26 - 四 两巷超前支护 问题：回采期间，工作面端头支架要和顺槽顶板一平，而顺槽设计高度只有3.0/3.4m，需要对顺槽超前卧底，卧底后， 3.5m单体的高度不能满足需要。 解决办法：配备4.0～4.5m的单体进行挑棚。 附件：谢桥矿副井单罐净尺寸及提升重量 副井单罐净尺寸为：长×宽×高=5.1m×1.6m×2.7m，最大允许下井重量为19T。 井下斜井打运最大允许重量为19T（2m绞车为19T,暗副斜井1.6m绞车为13T）。 参加调研单位及人员： 集团公司生产部：费维柱、李军 安装工程分公司：单付丰 谢桥矿：李群、陆军、金瑞举、刘怀义、靳否国 2009年7月15日 - 27 - 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容