（矿业工程专业论文）综采面多通道快速回撤技术在神东矿区的应用.pdf

枷队1 _ 删悖史y 6 2 0 1 0 8 摘要 综采工作面设备开l 撤是一项 作量很大的工作，既要花费 很长的时间以及人力和物力，又要影响工作面的正常生产。如 何加快工作面搬迁速度，是提高工= 作面单产、发挥综采设备效 益的关键。论文应用矿l l j 压力理论、系统理论，结合神东矿区 岩层结构特点和煤层赋存条件，对神东矿区综采工作面矿山 压力显现特点、工作面搬迁工艺进行了系统的研究，同时采用 国际先进水平的井下无轨胶轮化运输方式，研究总结出了适合 本矿区特点的快速回撤方法一一辅巷多通道式回撤方式。为加 快设备回撤速度、降低材料消耗、提高设备利用效率、确保作 业安全，制定出一套适合本矿区特点的工作方法，实现了工作 面设备的快速搬迁。该方式较以往传统回撤工艺大大降低了工 作面变迁的成本，缩短了工作面搬迁时间，提高了矿区的经济 效益。 第l 页 原删工人学工程硕士学位论史 第l 章绪论 位于晋、陕、蒙交汇处的神府东胜矿区，煤阳总i f 【：积 3 l l7 2 k m2 ，探明储量2 2 3 6 亿t ，远景储量1 0 0 0 0 万亿t ，是我 国已探明储量最大的煤h = i ，被誉为世界七大煤田之一。 神府东胜矿区的开发建设者们，以“高起点、高技术、高 质量、高效率、高效益”的五高原则作为矿区总的经营方针， 积极采用世界最先进的采掘设备及辅助运输设备武装采掘队伍 及相关服务单位，在短短几年的生产实践中，综采工作面单产 成倍增长，生产、外运纪录不断被刷新。 1 1 问题的提出 根据神东公司不断发展的生产形势，近年来煤炭产量以每 年千万吨的规模逐年递增，而要顺利实现这一系列的千万吨级 产量大跨越，公司的生产、辅助、服务乃至全系统都将面临前 所未有的挑战。 2 0 0 2 年度，大柳塔井全年生产商品煤10 4 0 5 万t a ，最 高月产和最高日产分别达到1 0 6 0 0 9 4 万t 月和4 7 9 3 万t d ， 均创造了国内外先进水平，全年综采工作面四次搬家倒面。全 矿区七对综采矿井全年综采工作面搬家倒面l4 次。如何做到 “快速、安全、优质、低耗”的综采工作面设备回撤是保证生 产矿井完成全年任务的关键。 神府东胜煤田主要含煤地层为侏罗系中下统延安组可采 煤层共9 层。煤层人部分属单结构，偶尔含一层到数层夹研： 计石厚度0 0 5 0 6 2 m 。岩性为泥岩及砂质泥岩。煤层多属中 第2 页 a 燎胖rj 、学i 碗 学付绝史 厚及厚煤层。矿区内煤层埋藏浅，平均孔深2 3 0 m 左右。煤层与 煤层之舡j 闯距大致为17 0 m 。半均地面以f7 0 m 赶有酃可见到煤 层，在矿区西部边界埋藏深处，l 。煤层距地表也仅为l5 0 m 左 右。矿区肉沟谷较多，切割较深，各煤层均有出露。 神府东胜煤田工作面地质构造简单，煤层倾角0 3 。工作 面长度2 4 0m ，工作面推进长度为3 0 0 0 6 0 0 0 m 。主要可采煤层 的顶底板岩性多为细砂岩、砂质泥岩和粉砂岩，少量为泥岩及 中粗粒砂岩。 根据矿区特有的煤层和地质构造，如饲满足高产高效综采 工作面大生产的要求，这就需要研究快速回撤安装的工艺，只 有工艺先进，才能做到回撤安装时间短、省工时、费用低、不 损坏设备，确保高产高效的实现。神东矿区在自己特定的开采 条件下，研究利用无轨胶轮车作辅助运输，采用辅巷多通道回 撤方式，解决了现代化矿井综采工作面设备回撤时间长的这一 难题，满足高产高效综采工作面大生产的要求。 1 2 选题的目的和意义 在现代化矿井综采工作面设备回撒时，设备体积大、质量 重，装载、卸载难度大。若采用传统的回撤和运输方式，调车 繁忙，安全性差，效率低，搬家倒面时间长。有的矿井为了减 少1 ：作面回撤安装时间长，不得不备用一套综采设备，以此提 高人员效率，但是降低了设备利用效率，并造成投资高，效益 低。神府东胜矿区在自己特定的开采条件下，研究利用无轨皎 轮车作辅助运输，采用辅巷多通道式回撤方式，在生产实践中 取得其特有的优势。 蒴3 页 太原理工大学工程坝士学位论文 ( 1 ) 辅巷多通道回撇综采设备，可以多人员多工种多车辆 进行平行作业，大大缩短了回撒时间，正常情况下，回撤一个 工作面只需6 d 时间，比采用采煤机自开通道单头回撤节约近 2 0 d 时间，为原煤生产赢得了时间。 ( 2 ) 回撤空间较大，方便灵活，可以充分利用特种车辆进 行设备拆解、装运，减轻了工人的劳动强度。 ( 3 ) 利用无轨胶轮车拆装运设备，减少运输环节，有利于 回撤时运输安全管理，减少了人员投入，实现了高产高效。 ( 4 ) 综采设备的利用率高，设备快速回撤后，能及时搬迁 到新工作面安装生产，接续时间短，提高了综采设备的利用率。 1 3 国内外研究概况 2 0 世纪8 0 年代后期，美、澳、德、英、南非等先进采煤 国家在长壁工作面开采工艺和设备方面进行一系列卓有成效的 研究，形成生产能力大、自动化程度高、安全可靠的成套综采 技术，开机率达到9 0 以上，工作面单产和工效成倍提高。同 时，研制了无轨设备运输，主要采用气动装运机，柴油搬运车 和电动铲运车，这对综采工作面设备强撤、运输带来了极大的 方便，大大缩短了综采工作面设备回撤时间。从目前世界煤炭 开采技术的发展来看，综采工作面向“工作面设备重型化、大 型化”的方向发展。 综采工作面设备回撤与安装作为矿井生产准备工作的重要 环节，一直是一个不断改进、不断发展的研究课题。80 年代， 综采工作面的回撤采用采煤机自开通道，轨道、绞车运输。人 们在综采工作面采到停采线时，投入大量人力、物力，使用调 第4 页 原理t 学1 氍硬 1 学位论立 度绞车和平板车、轨道运输车进行回撤，回撤时间长，设备利 用率低。9 o 年代，现代化矿井综采工作面设备回撤时，设备体 积大、质量重，装载、卸载工作量大；调车繁忙，安全性差， 效率低，传统的辅助运输方式已不适应高产高效的发展需求。 1 。4 本文所做的工作 ( 1 ) 针对神东矿区补连塔煤矿采场条件和顶板岩性，对补 连塔井田具有代表意义的3 1 3 0 2 工作面矿压进行分析。 ( 2 ) 根据矿压分析结果，确定回撤通道布置方式和相关技 术参数。 ( 3 ) 回撤通道顶板压力计算，确定回撤通道支护方式和施 工要求。 ( 4 ) 根据神府东胜矿区特定的开采条件，借鉴美国、英国、 澳大利亚、南非等产煤大国综采工作面回撤工艺，选用无轨胶 轮车作辅助运输。 ( 5 ) 综采工作面快速回撤施工工序的研究；为综采工作面 的回撤提供可靠的理论依据。 ( 6 ) 综采工作面快速回撤新工艺经济技术技术经济论证。 第5 页 原理工大学工程硕士学位论文 第2 章回撤通道的应用与支护设计 经过几年来的综采设备回撤实践，摸索出了一套适用本矿 区特点快速回撇方法一辅巷多通道式回撤方式，即通过在综采 工作面停采线位置处提前开掘与综采工作面平行的回撤通道与 回撤辅运通道，再通过3 4 个联巷将两通道相互沟通、联络的 辅巷多通道布置方式，以实现快速回撤的目的。采用多通道回 撤，如何确定合理的通道参数、支护强度及施工方式是关键。 2 1 神东矿区井田矿压分析 神东矿区提出了浅埋深、薄基岩、厚风积沙下采场矿压理 论和显现规律。以补连塔煤矿为例，由于它特殊的采场条件和 顶板岩性结构，其工作面矿压既有神东矿区的普遍规律，又有 不同于神东矿区其他矿井矿压的特殊性，下面以补连塔具有代 表意义的3 1 3 0 2 工作面对补连塔井田矿压进行分析。 ( 1 ) 3 13 0 2 综采工作面概况 3 1 3 0 2 工作面位于l 2 煤三采区，工作面地质构造简单，煤 层倾角o 一3 。，平均厚度5 3 0 m 。煤层埋藏深度8 0 一1 2 0 m ，一 般为1 0 0 m 左右。工作面长度2 4 2 m ，工作面推进度4 5 6 0 m 。 工作面上覆风积沙层厚度5 一l o m ，顶板基岩厚度为6 0 一 1 0 0 m ，上部岩性以粗粒砂岩、粗砂岩为主，中下部以中砂岩、 细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩为主，下部为7 m 左右细砂岩及砂质 泥岩。直接顶为细、粉砂岩，老顶主要为砂岩、粉砂岩，岩性 完整。祥见补连塔井田综合柱状图图2 1 。 第6 页 帐艘t 学_ 程硕士学位论文 挫塞= + p i 、连整簋金立己挞图 蕈 日 重 1 集壤 态 罗罗 i 下 白白 押 i 秉境 巾 直 1 生 1 桌 罗 罗 罐 蜿 罗 捌 三一一 - 一二 ；暑= ! 槲 下n 脯l # ：咎 陈 墨安 ；：盔：嚣： 罗 姐 统 图2 1 补连塔井用综合柱状图 第7 页 凡麒理工大学工程硕士学位论文 ( 2 ) 煤层顶底板特性 煤层顶底板特性见表2 1 。 表2 1煤层顶底板特性 煤层顶板特征 顶板岩石名称厚度( m )岩性特征备注 细砂岩以石英为主，泥质胶结，致密， 直接顶 7 1 6 砂质泥岩波状层理，上部发育裂隙。 中砂岩、灰色，白灰色，坚硬一半坚硬。 老顶 2 4 o 粉砂岩泥质胶结。 煤层底板特征 底扳岩石名称厚度( m )岩性特征备注 直接底细砂岩 0 4 3 - 0 9 黑灰色，以泥质为主，易软化。 细砂岩、深灰色。以泥质为主，半坚硬， 老底1 7 4 7 6 砂质泥岩水平层理富含植物化石碎片。 ( 3 ) 工作面设备及技术参数 工作面长2 4 0 m ，采用美国久益公司生产的6 l s 一0 5 型双滚 筒电牵引采煤机割煤，采高4 5 4 8 m ，循环进尺0 8 6 5 m 。采 用美国j o y 公司生产的j o y 8 6 7 0 2 5 5 0 型掩护式液压支架 支护顶板，支架初撑力5 0 4 8k n 架( 3 1 5 m p a ) ，工作阻力8 6 7 0 k n 架( 4 4 9 m p a ) 。工作面共布置1 4 3 台支架。 ( 4 ) 3 1 3 0 2 工作面矿山压力显现规律 初次来压及周期来压 a 、初次来压 在初采过程中，工作面推进l0 m 后顶煤开始冒落，推进2 0 n , 后采空区基本充满，推进2 8 m 后采空区除机头机尾5 槊范围其 第8 页 太瓢珲i 学t 程硕t 学位论空 余地方全部充满。 初次来压步距4 9 5 m ，来压时工作面中部5 0 1 1o “支架问 的顶板首先垮落，7 0 号支架淋水较大。然后，6 0 一12 0 ”支架问 梁端顶板破碎，顶板台阶下沉量为1 5 m m 左右。初次来压期问平 均推进速度8 m d ，平时的支架压力一般为4 5 0 0k n 架( 2 8 m p a ) ， 来压时的支架压力平均为7 0 0 0k n 架( 4 0 o m p a ) ，工作面中部 达到8 6 7 0k n 架( 4 4 9 m p a ) ，来压动载系数1 4 6 。平时的支架 平均载荷比较小( 4 5 0 0k n 架) ，分布也比较平缓。来压时增载 幅度比较明显( 平均为7 0 0 0k n 架) ，工作面中部压力明显大 于两侧。 b 、周期来压 在6 月1 6 日至6 月3 0 日的1 5 天内，出现1 0 次周期来压， 平均一天一次周期来压。周期来压步距为9 2 一1 4 4 m ，平均 l2 4 m 。 工作面平时支架压力为4 8 0 0 k n 架( 2 8 o m p a ) 左右，来压 期间工作面中部支架压力一般在8 l o o k n 架( 4 0 o m p a ) 以上，周 期来压期间动载系数为1 6 9 。 工作面3 0 1 1 0 号支架部分曾达到8 6 7 0 k n 架( 4 4 9 m p a ) ， 安全阀开启，工作面出现顶板沿煤壁切顶现象，切顶形成的台 阶下沉不大，一般在1 0 0 m m 以内，对工作面不构成明显威胁。 周期来压期间工作面压力分布特征与初次来压时类似，平 时压力在4 8 0 0 k n 架( 2 8 。o m p a ) 左右，分布平缓。来压时压力 般在7 0 0 0 k n 架( 4 2 o m p a ) ，中部一般都达到额定支护阻力， 体现了明显的板破断特征。 支架工作状况及推进速度的影响 第9 页 太原理工大学工程硕_ - 【_ _ 学位论文 a 、初撑力 工作面初撑力存在两种状况，当推进速度较馒( 少于每天 1 5 个循环) 时，初撑力一般在2 8 o 一3 1 5 m p a 之间，平均2 9 5 m p a ( 4 9 0 0k n 架) ，为额定初撑力的8 7 。 当工作面推进速度比较快时，由于泵站供液不能满足快速 推进的需求，支架一般采用3 s 自动升架，初撑力一般只能达到 2 2 o 一2 5 o m p a ，平均2 4 o m p a ( 3 6 0 0k n 架) ，为额定初撑力 的7 1 。 b 、工作阻力及最大瞬时载荷 通过对工作面支架连续记录的数据分析，发现工作面推进 不正常( 时停时进) 时工作阻力一般在2 8 0 4 2 o m p a 之间， 循环平均工作阻力为3 5 o m p a ( 5 4 5 3 k n 架) ，为额定工作阻力 的8 1 。来压时，工作面中部大部分支架达到额定工作阻力， 即接近8 6 7 0 k n 架，工作面出现微小台阶下沉。 当工作面连续推进速度达2 0 循环d 以上时，工作面压力 显现减缓。支架载荷一般在2 2 o 一4 0 o m p a ，循环平均载荷 3 2 o m p a ( 5 2 0 1 k n 架) ，为额定工作阻力的5 9 。支架最大载 荷一般在4 4 9 m p a ( 8 6 7 0 k n 架) 以内，最大载荷持续时间很 短。连续快速推进状态下，来压时工作面中部仍然有大量支架 安全阀开启，支架最大载荷达到7 1 0 0 k n 架，顶板存在l o o 一 2 0 0 m m 台阶下沉，说明所选取的支架支撑力并不富裕。 c 、推进速度的影响 在工作面推进过程中，周期来压步距存在大小周期，小周 期9 一l4 m ( 平均1 2 m ) 大周期17 2 4 m ( 平均2 0 m ) 。工作面连 续快速推进时周期来压步距增大，一般l4 m 左右。虽然高速推 第1 0 页 a 隙删i 大学t 棵酿l 学位皓空 进下支架初撑力仅为额定初撑力的6 5 ，周期来压步距增大， 但工作阻力并没有增加。快速推进还减缓了工作面台阶下沉量， 因此加快推进速度对顶板控制和实现高产高效有积极作用。 3 l3 0 2 工作面顶板原载荷层运动分析 工作面地表岩移观测报告指出：3 l3 0 2 工作面日推进度大 于1 0 m ，地表移动呈现出变形速度快、初始期短、活跃期短、 衰退期短、地表移动时间短的特点，顶板垮落能较快传递到地 表，使地表出现沿工作面推进方向的塌陷坑，其周边出现正台 阶裂缝，地表裂隙达2 0 0 3 0 0 m m ，局部出现条带下沉，其最大 深度约1 m ；并且每隔l o 一1 2 m 出现一条比较明显的裂隙，延伸 长度长，裂隙呈台阶状，说明工作面周期来压的步距可以直接 传到地表。在工作面周边出现弧形台阶，这跟工作面采空区顶 板弧形垮落规律是相一致的。这就是补连塔井田上覆岩层只有 冒落带和裂隙带而没有弯曲下沉带、而且工作面的顶板垮落规 律直接反映到地表的特点。 回采工作面两巷矿压显现特点 3 1 3 0 2 工作面顺槽矿压显现特点：3 1 3 0 2 工作面顺槽观测的 主要内容是顺槽顶底板和两帮移近量、锚杆载荷、围岩深部移 近量等。经过观测，主要结果及结论是： a 、工作面采动影响范围在工作面前方5 o 一5 0 o m 。 b 、在采动影响范围内顶底板平均移近速度2 5 m m d ，最大 移近量1 0 2 r a m 。 c 、顺槽超前双排柱( 支护长度5 0 m ，间距1 i n ) 和顺槽锚杆 支护强度( 5 0 k n 根) 可行。 工作丽在推进过程中的压力分布情况 在工作面初次来压过后，工作面推进5 0 m 范围内压力基本 第l l 页 太原理1 ：大学工程硕士学位论文 不大，上作面中部6 0 i ( ) 0 ”支架有片帮现象，工作而两顺槽超 前15 m 也有少许片帮，周期来压时约有2 0 3 0 的支架达到工 作阻力。 在工作面推进10 0 2 0 0 m 范围内，工作面压力急剧增大， 片帮范围从3 0 1 2 09 支架，片帮深度可达l m ，支架梁端经常 出现顶板破碎现象，工作诬支架经常达到开启压力，开启率达 3 0 4 0 ，没有明显的周期来压规律：工作面顺槽压力也明显增 大，超前5 0 m 范围内片帮非常严重，片帮深度达0 9 m ，联巷口 顶板有离层现象。这说明1 1 煤顶板具有多组关键层作用的特 点，初次来压只是第一一组关键层，对工作面的压力影响较小， 初次来压后，随着工作面的推进，上覆第二组关键层开始垮落， 再加上载荷层的作用，( 这从柱状图上也可以看出) 工作面压力 就会大大增加，同时将地表开始塌陷，直接波及到地面，这是 工作面压力增大的根本原因。 工作面推进2 0 0 m 后，随着两组关键层垮落的稳定，工作面 压力也趋于稳定，出现明显的周期来压，但是工作面压力仍然 比较大，超前压力在5 0 m 范围内很大，工作面片帮严重，周期 来压时支架安全阀开启率较高，正常情况下支架压力一般在 4 8 0 0 k n 架，周期来压时工作面中部支架压力为8 0 2 0 k n 架，动 载系数为1 6 7 ，以后的推进过程中，工作面即使在正常推进情 况下，工作面及超前范围内压力仍然比较大。工作面压力增高 区连续推进l3 0 0 m 。 t 作面推进从l5 0 0m 于l ：始，工作面压力丌始减小，即使在 工作面中部，煤壁片帮也非常小，工作面超前压力很小，顺槽 煤壁几乎没有片帮，正常情况下支架压力一般在4 8 0 0 k n 架， 第1 2 页 曛理工夫学工控坝士学位沦立 周期来压时工作面中部支架压力仅为7 l o o k n 架，动载系数为 l ，4 8 ，局部地方周期来压很不明显，如果不注意观察不容易发 现；这种情况对于顶板维护非常有利，但是对于工作面割煤却 非常不利，因为没有片帮煤的情况下采煤机截割阻力增大，大 块煤也比较多，影响采煤机的割煤速度。 工作面推进到2 1 8 0 m 后，工作面压力又开始增大，进入压 力增高区域，片帮严重，超前压力明显增加，但是总的来说压 力比第一个压力增高区域要小一些。 工作面推进到2 6 8 0 m 后，工作面压力又开始减小，又进入 压力减小区域。 工作面推进到3 4 6 0 m 后，工作面压力又开始增加，又进入 压力增高区域。 工作面推进到3 8 l o m 后，工作面压力又开始减小，又进入 压力减小区域，一直到工作面停采线，工作面压力分布见图2 2 。 经过对地表起伏情况观察，每当工作面推进到地表为沟谷 的地方，工作面就处于压力减小的区域，当工作面推到地表为 l u 梁的位置，工作面就处于压力增高的区域，比如工作面过王 家梁和苏家梁沟时工作面压力明显减小，而过沟后压力就开始 增大，而且工作面压力总体上说随着盖山厚度的变薄而逐渐减 小。 补连塔井田工作面地表沟谷深度一般多在2 0 一3 0m 之闷，由于 在沟谷形成时将部分基岩冲刷，从而将影响工作面压力的组关 键层取掉，而且减少了工作面上方部分载荷层：另外沟谷形成 时由于河水的侵蚀，改变了关键层的结构，减少了岩体的强度。 第1 3 页 慨= 撩 团恬求r出旧世h n l n 匠 鲁n 艇磔疆 誉 l | 菩 l i 甏 l i i 壬l r 蝌挂凼辫 霉疆旨凹 匝糟情恬求r旧旧u，jhn8磊 仪罐牮扑书晕舌；h扑kh则避挂 太原理丁火学r 牲瑚i 学位论史 这就是工作面通过地表沟谷压力减小的原因。 l “煤和2 _ 2 煤煤层问距3 0 m ，属于近距离煤层，所咀矿压 规律具有相似性。 ( 5 ) 主要结论 补连塔煤矿2 1 煤矿山压力显现规律结论如f ： 工作面开采后顶板跨落破断直接波及地表。工作面上覆 岩层不存在“三带”，基本上为冒落带和裂隙带，而没有弯曲下 沉带。 顶板载荷层运动有“迟滞”现象和“载荷传递”效应， 支架承受的只是上覆岩层重量的一部分，体现了支架与围岩共 同承载的特性。 来压过程表明，顶板有明显的板破断特征，工作面中部 载荷大、两端载荷小。但由于顶板载荷层厚度大，沿推进方向， 老顶岩块不易形成稳定的砌体梁结构。 使用现有的液压支架，保持较高的初撑力和工作阻力， 能够维持顶板稳定。 2 2 回搬通道技术参数及支护方式 所谓回撤通道，是指综采工作面停采后，为确保工作面设 备安全、顺利回撤而提前预留的回撤空间。其主要作用是确保 在回撤工作面液压支架及采煤机时有足够的回撤空间。 回撤通道的设计规格通常为3 6 m 5 o m ，要求回撤通道在 铺设砼底板及支设工字钢梁后的净高达到3 4 m 一3 6 m 。支护通 道所用单体液压支柱通常有3 8 m 和3 5 m 两种。回撤通道一般 铺设2 0 0i n m 厚的砼底板。 第1 5 页 太娘理工大学工程硕士学住论文 回撤通道支护密度和支护强度的选择合理与否，直接关系 剑回撤工作的安全、速度和材料消耗。神东公司目前对圈搬通 道的支护普遍采用锚杆和菱形金属刚与工字钢棚子联合支护的 方式。 回撤通道支护设计见2 3 图。 ( 1 ) 金属网规格及支护方式 回撤通道顶板采用锚网支护，采用金属网规格为12 0 m m 1 0 0 0 m m ，网孔为4 0 m m 4 0 m m 的菱形，由8 # 铁丝编织。金属网 吊挂于锚杆托盘上，靠近工作面采通侧铺双层网，其余处铺单 层网。所有金属网错茬2 0 0m m 搭接，用1 4 # 铅丝连接，连接扣 间距不得超过2 0 0 m m ，每扣不得少于3 圈。 ( 2 ) 工字钢棚子规格及支护方式 棚梁均为1 1 。矿用工字钢，长4 5 m ，棚腿均为3 5 m 单体液 压支柱。 所架棚要保证贯通后每台工作面液压支架挑两根棚梁，所 以架棚前，必须放线，确定好棚距，回撤通道棚距为8 7 5 m m ( 每 台工作面液压支架宽l ，7 5 0 m ，挑两根工字工字钢梁) ，回撤通 道出口棚距为1 0 0 0 m m 。回撤通道内支柱排距为9 3 8 m ，距回撤辅 巷一侧煤帮距离为1 7 5 m m 距贯通一侧煤帮距离为1 0 7 5 m m ，联 巷内支柱距煤帮间距均为2 0 0 m m 。圄撤通道内垛式支架顶梁托 不上的钢梁下保证一粱六柱，在支有双排垛式支架处保证一梁 三柱在支有单排垛式支架处保证一梁五柱，排距为9 3 8 m m ， 靠贯通侧的钢粱下均打为对柱。回撤通道内，打靠贯通侧的 第1 6 页 慨譬涨 匝基魁$似冥赠爨回ln匝 “错掣扑州匿否h扑*h雕辔 坶胖1 人学￥砸j 学”略业 单体支柱时，必须使梁头目出5 0 0 m m 的长度，并且粱头距贳通 煤壁帮有5 0 0m m 的距离要，共用】45 0 根。 单体液压支柱技术参数： 型式：单伸缩加长朴式 外径：中l2 0m m ： 内径：中1 0 0 栅； 液压行程：8 0 0 栅； 工作阻力：1 9 2 k n ( p = 2 4 5 m p a ) ： 初撑力：17 8 k n ( p 。= 2 2 6 m p a ) ： ( 3 ) 垛式支架型号及支护方式 在回撤通道内辅巷侧从距回风顺槽正帮8 7 5 m 开始，靠辅 巷侧每隔5 2 5 0 m m 安一台垛式支架，共4 0 台。 为加强联巷1 ：3 处的支护强度，在靠贯通侧在每个联巷口处 安设五台垛式支架，同时考虑到工作面与回撤通道贯通后，简 化回撤工艺，快速回撤垛式支架，五台垛式支架紧连布置，以 4 个联巷计算，共计2 0 台垛式支架。 两排垛式支架共训6 0 台。 靠辅巷侧垛式支架纵向中心线与回撤通道中线的距离为 13 8 7 m m ，双排垛式支架纵向中心距为l7 6 2m i l l 。 垛式支架技术参数： 支架型式：四柱整体项梁式； 支护阻力：6 0 0 0 k n ( p - 3 6 2 m p a ) ： 初撑力：5 2 l6 k n ( p o ：3 1 4 m p a ) ： 支架高度：2 l 0 04 2 0 0m m 。 立柱技术参数： 第1 8 负 k 慊理j 。人学1 样坝l 学f ，o l e 卫 型式：誓伸缩加机械加长轩式； 缸径：m2 3 01 1 1 1 1 1 ： 柱径：中2 2 0i n n l ： 液压行程：l l0 0i n t o ： 机械行程：l0 2 3m l i l ； 数量：4 根： 工作阻力：l5 0 0 k n ( p = 3 6 2 m p a ) ： 初撑力：l2 7 6 k n ( p o = 3 1 4 m p a ) ： 支架外形：( 长x 宽x 高) 4 1 0 0 14 6 0 2 10 0 唧 ( 4 ) 回搬通道支护技术参数计算 在我国华北地区大部分矿区，对回撤通道顶板压力采用估 算法进行计算：即回撤通道支护主要承担相当于4 8 倍采高岩 枉的重量，计算公式如下： p = ( 4 8 ) mr ，k n m 2 式中p 一支护强度，k n m 2 ； m 一采高，按3 5 m 计： r 一容重。 p = ( 4 8 ) mr = 8 3 5 2 3 = 6 4 4 ，k n m 2 回撤通道支撑力： t = i4 5 0 x1 9 3 + 6 0 6 0 0 0 = 6 3 9 8 5 0 ，k n 回撤通道支护强度： p = t l b = 6 3 9 8 5 0 2 5 0 x5 = 5 12 ，k n m 2 式- l ， l 一阀撤通道长度，m ： b 一撤通道宽度，m 。 第1 9 页 太雎理 平【程硕l 学“咄文 根据以f i 计算，回撤通道支护强度能够满足设计要求。 2 3 回撤辅运通道及联巷设计 凹撤辅运通道是为了能够实现多点平行作业、快速撒工 作面设备而专门设置的辅助运输通道。神东矿区的各生产矿井 根据自身条件的不同，有的设置两条回撤辅运通道，有的设置 一条回撤辅运通道，辅运通道与回撤通道间以同样断面的联络 巷来相互连接。 回撤辅运通道及联络巷通常也采用3 6 m 5 o m 的断面，在 掘进时一次掘进到位。辅运通道和联巷亦铺设2 0 0m m 厚的砼底 板，辅运通道顶板采用锚杆支护，联络巷采用锚杆及单层金属 网联合支护，金属网规格同回撤通道相同。 回撤通道与回撤辅运通道之间四个联巷及两顺槽口，共计 6 个口，要求用抬棚支护，抬棚棚粱长均为9 or a ，棚梁均为用 两根1 14 矿用工字钢并排焊接而成，两梁头用单体作棚腿，要 求一梁六柱。 回撤通道与回撤辅运通道之间四个联巷及两顺槽全部为架 棚支护，各架棚1 0 架，棚距为1 0 0 0 m m ，支柱排距为2 3 0 0 m m ， 距煤壁2 0 0 m m ，靠工作面前五架为一粱五柱，其余为一梁三柱。 从使用过程来看，布置两条回撤辅运通道可以减少回撤过 程的调车时间，有利于快速回撤；而布置一条回撤辅运通道则 可以减少一次性投入( 约可节约2 0 万元左右) ，虽调车时间相 对略长，但仍然可以通过施【：调车硐室来保证支架搬运车的正 常运输，是值得推广的一种巷道布置方法。 第2 0 页 a 原壬单t 大学1 栏硎i ，。# 仲论史 第3 章施工工艺组织管理 3 1 施工组织 综采工作面搬家倒面是多工种大兵团作业的方式。整体工 作需综采支架工3 6 名，综采煤机司机6 名，综采三机维修钳工 3 0 名，综采电钳工2 0 名，胶轮车司机2 4 名，共需1 1 6 名。多 工种交叉三、八制作业。要求各工种的专业人员业务技能高、 协调配合能力强。神东公司在2 0 0 2 年组建了生产服务中心，人 员组成主要从各矿抽调有经验的专业人员和全国招聘技师8 0 多人，组建了安装队。安装队分四班，其中个电钳工班( 电 钳工2 0 人) ，三个生产班( 司机8 人，三机维修钳工1 0 人，支 架工1 2 人，煤机司机2 人) 。在施工组织过程中应做到以下几 点： ( 1 ) 在工作面回撤期间，应成立临时指挥机构，由主管领 导统一指挥和调度，及时协调、解决出现的问题。 ( 2 ) 为了保证按期快速完成回撤任务，责任到人，在回 撤时，要做到：“三定、四包”，三定指定任务、定人员、定时 间，四包指包任务完成、保质量合格，包设备完好、包安全生 产。 ( 3 ) 根据“三定、四包”的内容，将每班实际进度填入进 度表内与计划对照，发现实际进度与计划进度有变化时，要及 时协调平衡，确保回撤能按时顺利完成。 ( 4 ) 在施工期间，采用“三八”制作业，每班工作八小时， 每班作! 人员3 6 人。 ( 5 ) 在施工期间要加强现场组织管理，每班必须有队领导 第2 l 页 棘理t 学j 程瑚1 学位论史 跟班指挥作业。 3 2 设备回撤中无轨胶轮车使用 在现代化矿井综采工作面设备回撤时，设各大、质量重， 装载、卸载工作量大，且繁重：调车繁忙，安全性差，效率低， 采用传统的运输方式搬家倒面时间长，有的矿井为了减少工作面 回撤安装时间长，不得不备用一套综采设备，以提高人员效率， 但是降低了设备利用效率，并造成投资高，效益低。如果不改变 传统的辅助运输方式，就不可能真正实现矿井的高产高效。利用 无轨胶轮车运输，则可以大大缩短工作面回撤安装时问。无轨胶 轮车运输在美国、英国、澳大利亚、南非等产煤大国普遍使用。 ( 1 ) 无轨胶轮车运输的特点 无轨胶轮车运输由于无轨道限制，实现了辅助运输的连 续化。一次装载后可从地面直到采区工作面，不经转载的直达 运输。运速快，连续、高效，运输能力大，可节省大量的辅助 运输人员，提高劳动生产率。 无轨胶轮车具有适应性强，机动灵活，车型多，应用范 围j 3 + ，可实现一机多用，并可集铲装、运输和卸载功能于一体。 爬坡能力强，最大载重下可爬坡14 。，不受大巷和近水 平煤层上下坡度的限制，完全可以满足在水平煤层与近水平煤 层中使用。因此为矿井多打煤巷，甚至全部沿煤层掘进巷道创 造了条件。 载重能力大，重型车可整体运送液压支架等大型设备， 最大运输能力可达4 0 t ；轻型车可运输材料人员，一一车最多可 运2 5 4 0 人：可载运矸石1 4 2 0 t ，在2 0 s 内完成自卸r 作。 第2 2 页 a 昧理】人乍r 牲岫i f ，论史 ( 2 ) 无轨胶轮车运输的适用条件 无轨胶轮车的外形尺寸的长、宽较大，自重、载重量大， 车轮对底板的比压较高。因此要求井f 行走无轨胶轮车的巷道 宽度及底板的抗压强度必须满足其正常的运行条件。 行走无轨胶轮车的巷道一般路面底板硬度f 4 ，采用混凝 上铺设底板，纵向坡度最好6 。，横向坡度3 5 6。 巷道最小宽度应满足多功能车和支架搬运车的宽度，一般 每侧还要留有不小于3 0 0 帆的安全闻隙；巷道转弯半径外半径 7 8 m 。 巷道最d 、高度应以运送液压支架搬运车的高度为准，并距 离顶板不小于2 5 0 衄。 ( 3 ) 无轨胶轮车主要用途与技术参数 由美国郎艾道公司生产的v c t 一6 3 0 支架搬运车( 电瓶式 电机驱动) 主要用于工作面支架回撤和安装，大型设备的运输，v t c 一6 3 0 支架搬运车主要参数： 最大载重：3 0 t ； 车辆自重：2 9 5 t ： 重车最大行车速度：5 8 k m h ； 重车理想行车速度：4 8 k m h ： 离地高度：3 4 3 m m ； 外形尺寸：( 妖宽高) 9 3 6 6 2 6 4 2 l 5 6 2 i i i f i i 。 出约翰芬雷公司生产的l s c 一3 5 0 p 型框架式支架搬运车 主要崩j i 支架运输( 由地面到：【作而、由工作面剑地面) 。主要 参数： 第2 3 页 肌删i ：人7 1 f 。碗 学f 宅直 最大载重量：3 5 t ； 车辆自重：1 2 t 满载理想行车速度：5 0k m h ； 满载爬坡行车速度：4 4k m h ； 离地高度：2 7 2 m m ； 发动机：卡特彼勒3 3 0 6 p c 型4 冲程、直列6 缸防爆柴油 机； 外形尺寸：( 长宽高) 9 1 8 l 3 4 5 0 1 6 7 0 m m 。 由艾姆克公司生产的e i m c o9 l2 x 型支架搬运车 主要用于中型部件的搬运、垛式支架的运输。主要参数： 最大载重：2 5 t ： 自重：2 5 t ： 空车最大行驶速度：1 5k m h ： 重车最大行驶速度：4 5k m h ； 重车理想行车速度：3k m h ； 发动机：卡特彼勒3 3 0 6 p c 型4 冲程、直列6 缸防爆柴油机， 功率：1 1 0 k w ( 15 0 马力) ； 外形尺寸：( 长宽高) 9 5 0 0 2 13 0 1 9 0 0 m m 。 由澳大利亚多米诺公司生产的d o m i n o l o a d e r 装载车， 带铲斗和料叉。 用于工作面安装刮板机中部槽和清理矸石。装卸刮板机中 部槽，小型部件的装车。主要参数： 装载能力： 铲斗：3 0 0 0 k g ( 1 7 5 m3 ) ； 料叉：3 0 0 0 k g ； 第2 4 页 螈理i 大学丁艘硕i ；：性诡土 自重：1 1 2 4 5 t ( 带铲斗) 、1 0 ，j 8 5l ( 带料又) ： 空车速度：l8k m h ( 水平路面) ： 重车速度：l 7k m h ( 水平路面) ； 离地高度：3 7 0 m m ： 发动机：m w md 9 1 6 6 型四冲程、鱼列6 缸防爆柴油机、 功率：7 4 k w ( 1 0 0 马力) ； 外形尺寸：( 长宽x 高) 7 7 1 5 x2 3 2 0 x17 5 0 m m 。 由澳大利亚多米诺公司生产的t r u c k 4 型矿用装货车，最 大载重6 t ，主要运输长材料和电器等。 主要参数： 载重：6 t ； 自重：8 t ； 载人：1 9 人( 17 人+ 司机+ 驾驶室1 人) ； 空车速度：3 2k m h ( 水平路面) ； 重车速度：3 lk m h ( 水平路面) ： 发动机：m w m1 3 9 1 6 6 型四冲程、直列6 缸防爆柴油机； 功率：7 4 k w ( 1 0 0 马力) ； 外形尺寸：( 长x 宽x 高) 8 7 8 2 x2 3 0 0x1 7 0 0 m m 。 3 3 回撤通道支护技术 支护回撤通道利用金属网、钢梁、单体、垛式支架联合支 扩t 。 ( 1 ) 回撤通道施工顺序： 钠网一架棚一安支架一补打支杜。 铺网施工顺序 第2 5 页 胤理，人学t 程埘学n 瞧上 铡网从回风顺槽向运输顺横铺设。 架棚及安支架顺序 架棚从回风顺槽侧第一架棚起，依次后退向运输顺槽方向 架殴，架棚时先架一梁二柱棚子，全部架完后按设计位置安设 垛式支架，然后按设计补打其余单体支柱，在联巷内架棚时山 单向外依次架设。 ( 2 ) 铺网施工方法及质量要求 铺网的施工方法 人员站在工作平台或车辆上，从回风顺槽侧起展开网片， 人工托起网片贴至项板，在顶板原有锚杆的外露部分加托盘螺 母，网片长边沿通道中心铺设。 铺网质量要求 a 、铺网时，网边搭接宽度为2 0 0 m m ，联网用1 4 “铁丝扭结， 连接点间距为2 0 0 m m 。 b 、通道内靠贯通侧铺宽为1 2 m 的双层网。 c 、双层网中间连接点为“五花”布置，连接点间距5 0 0 m m 。 d 、两顺槽向工作面方向1 2 m ，提前铺顶网。 e 、各联抹角处必须挂网，根据抹角的尺寸加工棚梁，确保 钢粱距抹角煤壁不超过l o o m m 。 ( 3 ) 架棚旌工方法及质量要求 架棚方法 人 将棚梁放置在d o m i l 3 0l o a d e r 装载车的铲斗l ：铲斗 升起将棚梁按设计位置托至巷道顶板，两端按设计要求补扣单 体支柱，用背板刹好顶，将支柱升紧，再安好支架后补打其余 支柱。 第2 6 页 原理二= 学_ t 牲碰f 。学似论文 架棚质鼙要求 a 、架棚，安支架必须严格按照回撤通道支护砹汁要 求进行施h b 、第一架棚位置以地测给点为准，即以贯通后一作面端 头第台液压支架的实测位置为准确定第一架棚位置。 c 、架棚时，必须放线，确定好棚距，回撤通道棚距为8 7 5 m m ， 回撤通道内支柱排距为9 3 8 m m ，距回撤辅巷一侧煤帮距离为 17 5 m m ，距贯通一侧煤帮距离为1 0 7 5 m m ；联巷内支柱距煤帮间 距均为2 0 0 m m 。回撤通道内垛式支架顶梁托不上的钢梁下保证 一梁六柱，在支有单排垛式支架处保证一粱五柱，靠贯通侧的 钢梁下均打为对柱。 d 、棚距和支柱排距必须符合设计要求，支柱与顶底板垂 直，每排支柱成直线，其偏差不超过5 0 m m 。 e 、回撤通道内，打靠贯通一侧的单体支柱时，必须使梁 头留出5 0 0 m m 的长度，并且梁头距贯通煤壁留有5 0 0 m m 的距离。 f 、在回撤通道内辅巷侧从距运输顺槽中心线17 o o m 开始， 每隔5 2 5 0 m m 安一台垛式支架。 g 、回撤通道中间四个联巷架棚支护，各架棚10 架，棚距 前五架为6 0 0 m m ，后五架为1 0 0 0 m m 。支柱排距为2 3 0 0 m m ，距煤 壁2 0 0 m m 。 h 、回撇通道与其出口交岔处的每一架抬棚均为梁十二 柱。 1 、运输通道与回撤通道的联巷的拐角处各打6 根戴帽点 柱。 1 、棚梁必须与巷道中线垂直，单体支丰= i = 的顺盖于j 在棚梁 第2 7 页 ( d ：一婵ij 、学。瑚l 学论业 限位块内，并且要打直、打q ! 。 k 、棚梁上背刹板要前i 置均匀，必须刹紧背实。 1 。、单体支柱支设牢靠，达到初撑力。 m 、贯通前辅巷内备用一定数量的单体支柱和坑木。 ( 4 ) 垛式支架的安装方法及安装质量要求 垛式支架的安装方法 用9 12 x 支架搬运车把垛式支架运至确定位置后，支架车放 下铲板，松开绑绳，解除卡具，退车抽铲，将支架卸下，再用 支架车铲板顶或拉支架底座调整好支架的位置，给支架接通高 压供液，使支架顶梁顶紧棚梁达到支架初撑力，靠辅巷邦的垛 式支架顶梁下支设三根侧推单体，平衡工作面贯通后因顶板下 沉量不均造成的水平推力，便完成了支架的安装。 垛式支架安装质量要求 a 、支架沿通道排成直线，与顶板接触严密，空隙处用背 板刹紧，背实，支架达到初撑力。 b 、支架必须完好，阀组的动作和压力符合要求。 c 、支架无窜液、漏液、升降灵活可靠。 3 4 末采阶段的挂网 为了液压支架回撤期f h 对采空区顶板矸石的管理，要求在 贯通后，液压支架顶梁要用金属网包住，以起到挡矸作用。所 以在贯通前l2 m 处开始挂设菱形金属网( 规格为l2 1 2 m ：8 。 铅丝制作成5 0 x5 0 菱形网孔) 在采通前6 m 铺设中15 5 钢丝绳 5 根，间距l m 。 ( 1 ) 挂网准备 第2 8 页 麒删工人学工程硕士学伸略史 工作面距停采线2 0 0 m 时，必须在两巷正帮每2 0 m 作好标 记，每天向调度室汇报距1 2 m 铺网线的距离，山验收员负责落 实。 工作面距停采线2 0 0 m 时，每班支架工必须如实填写矿压 观察记录，由各班工长负责落实。 铺网前，在回撤通道内的调节巷中用白漆作好标记( 距 离底板2 5 m ，标记底滚筒上切线时以水泥地板为基准) 。 ( 2 ) 工作面挂网方法与质量要求 工作面挂网方法 当工作面回采到停采线1 2 m 时，工作面开始挂网，一直挂 到工作面停采线( 回撤通道一侧的煤壁线) 。上第一遍网前， 在液压支架项梁前端沿工作面全长每隔5 m 打一个眼，共计4 8 个眼。为了方便打眼，最后一刀煤只割顶煤、不割底煤：割完 顶煤后支架前移。工作面接3 台煤电钻综保。用z m l 2 d ( a ) 型强力煤电钻、由5 0 m m 1 5 0 0m m 麻花钻汀眼。眼深6 0 0 m m 。 先装药卷后装锚杆，锚杆采用书1 6 6 0 0 m m 的标准反麻花头锚 杆。 在锚杆螺纹端上一个4 0 t 链接头( 马蹄环) ，然后将由1 2 5 钢丝绳穿过每个链接头( 马蹄环) ，用螺母将马蹄环上紧。如机 头靠近负帮处锚杆上安装5 t 滑轮，采用反滑轮形式连在煤机 e ，牵引煤机拉紧钢丝绳，使用1 m 的短钢丝绳以及4 个巾i2 5 m m 的绳卡将短钢丝绳跨接一个4 0 t 开口环，每边用两个绳卡卡死， 然后牵引煤机松钢丝绳，完成铡丝绳的张紧工作。 将第一茬网用14 。铅丝与钢丝绳每隔2 0 0 m m 连住。网的长 边沿工作丽方向，短边朝推进方向铺设，一直铺设到7 l 作面两 第2 9 页 原理r 大学_ r 岸碗i 学托沦文 端头顺槽的负帮。 工作面挂网质量要求 a 、每茬网必须铺设在上茬网的上部( 相对铺完结束后) 。 网片压茬长度为2 0 0 m m ，双层网时上下铺茬7 0 0 m m 。刚扣间距为 2 0 0 m m ，采用双连锁式连接，每扣扭3 圈。要求网边对j e ，压茬 整齐，前、后接茬错开。 b 、工作面前4 m 铺设单层网，后8 m 铺设双层网( 即从第5 片网开始铺双层网) 。网在液压支架顶梁前端的下垂长度不得小 于2 m ，小于2 m 应及时补网。 c 、铺网后割煤前，将支架顶梁前端下垂网用网丝固定在支 架护帮板上，收支架护帮板将网子吊起。割煤后移架前，再解 开网丝，放开网。 d 、当工作面推进到距停采线3 2 m 时，从液压支架顶梁前 端算起，在金属网下，每隔1 珈铺设一根巾1 5 5 钢丝绳( 共5 根) ，用网丝每隔3 0 0 m m 与金属网连住。 ( 3 ) 工作面与回撤通道的贯通 在相同开采条件下，周期来压的步距是一定的。而周期来 压的位置和强度将直接决定着回撒条件的优劣。能否通过人为 的调节手段有效地控制周期来压的位置及强度，是能否实现快 速安全回撤的关键因素，工作面与回撤通道的贯通质量直接影 响到工作面设备回撤的速度与质量，所以是快速回撤的充分条 件，是整个回撤工艺之中的重中之重。 当工作面推进到停采线2 0 m 时，工作面采高调到3 5 f n ，保 证贯通时工作面顶、底板与回撤通道顶、底板持平。 当工作面推进到与回撤通道调节巷贯通后，煤机