薄煤层高产高效综采技术研究毕业论文.doc

薄煤层高产高效综采技术研究毕业论文目录1 课题的提出11.1 薄煤层综采现状11.2 研究的目的和意义21.3 研究的理论依据32 薄煤层开采工艺研究62.1 开采技术条件62.2 薄煤层综采适应性分析82.3 31503东工作面巷道布置及支护设计152.4 采煤方法202.5 主要生产系统213 综采工作面矿压显现规律233.1 矿压观测的目的和内容233.2 矿压观测分析243.3 矿压观测结论344 薄煤层综采工作面效益分析354.1 掘进及回采成本354.2 材料成本分析374.3 其他成本分析395 主要技术措施415.1 工作面顶板管理415.2 工作面防倒防滑措施415.3 工作面防火436 结论与建议443山东科技大学学士学位论文 1 课题的提出1.1 薄煤层综采现状我国薄煤层可采储量为61.5亿t，约占煤层总可采储量的19%，其中0.81.3m的缓倾斜薄煤层占73.4%。中硬以下的薄煤层层数占总层数的64.59%，总的来说，我国0.81.3m的中硬以下的薄煤层占大多数，这些煤层有条件实现机械化开采。据19851995年度煤矿机械化生产年度报告，1985年1.3m以下的薄煤层产量为3487万t，占该年度回采总产量的12.29%，1995年下降到9.32%。缓倾斜薄和极薄煤层开采已经成为全局性的问题。综观全国形势，薄煤层的开采越来越突出，已是一个急待解决的问题。 随着对薄煤层高产高效综采研究的深入，国内外学者在这一领域取得了突出成就。近年来，国外主要产煤国家十分重视薄煤层和极薄煤层开采技术的改进。这种情况一方面说明薄煤层的开拓储量大，另一方面也说明薄煤层的煤质好。出于技术上的需要，也是重视薄煤层开采的一个重要原因。例如，开采煤和瓦斯突出煤层时，薄煤层就是作为解放层被开采的。 目前，井工开采的薄煤层主要是厚度为0.91.2m缓倾斜煤层。 我国薄和极薄煤层开采技术研究主要集中在：(1)提高薄和极薄煤层开发的机械化。我国自行研制和仿制的采煤机有10多个机型，但相对比较落后，应该积极研制开发强力、高效、高能、可靠的第三代采煤机。此外，还要研制大功率的薄煤层输送机。(2)薄煤层矿压显现相对缓和，在液压支架有足够的初撑力和工作阻力，足够强度前提下，尽量减小顶梁，底座厚度，增加顶梁下人行道的尺寸，提高支架调高范围，发展支架远距离遥控操作，减小劳动强度。(3)提高我国的无人工作面采煤技术。无人工作面即工人不长时在工作面内跟机操作，而是在其他安全地点操纵和控制设备，完成工作面内回采工作。它是煤炭科学进步的方向之一，可以实现回采的安全，低耗，高效。 1.2研究的目的和意义我国薄煤层煤炭资源丰富且分布广泛，可采储量约6150Mt，占总可采储量的20%。近年来，由于薄煤层开采，工作面作业空间狭窄，工人劳动强度大，特别是煤层埋藏深，地质条件复杂，断层多，矿压大，造成薄煤层开采经济效益低。同时，我国薄煤层开采工艺和技术装备较为落后，致使大量薄煤层煤炭资源处于搁置状态，缩短了矿井服务期限。特别是各矿区在投产初期从提高经济效益出发，优先开采中厚煤层和厚煤层，造成生产接续和资源平衡的矛盾日益突出。如何实现薄煤层安全高效、综合机械化开采，提高煤炭资源的利用率，进行薄煤层综采配套设备的研究与应用势在必行。由于经济效益差，开采该类煤层的综采设备机械化水平普遍较低。配套设备主要分为下列2类：配套国产液压支架、刮板输送机，采用国产薄煤层滚筒采煤机开采，如平顶山、邢台、华蓥山等，工作面年产量一般在50多万t，条件好的工作面一般也不超过100万t；配套国产液压支架，采用进口刮板输送机和刨煤机开采，如铁法、西山、晋城等，工作面年产量一般也在150万t左右。国外开采同类煤层的综采设备的类型和国内相似，也大多采用滚筒采煤机和刨煤机，但由于其工作面设计合理，配套设备生产能力大，工作面年产量一般都超过200万t，有些甚至超过了300万t。目前，开采中厚偏薄煤层的综采设备的发展趋势主要有：简化生产系统，减少中间环节，加大工作面尺寸，提高设备的生产能力和可靠性，提高工作面的自动化水平。31503东工作面是XX煤矿315采区的首采工作面，综采工作面的推进速度明显快于普采工作面，采场顶板运动将呈现新的规律，对超前巷道的影响也将发生较大变化。本篇论文主要通过研究该煤矿薄煤层综采技术，结合国外在薄煤层开采方面取得的成果，提出合理的薄煤层高产高效开采工艺技术，解决工作面主要设备配套问题，探讨薄煤层综采面矿压显现规律和巷道支护技术，对改善工作环境，减少工人劳动强度，提高薄煤层采出率，具有重要的指导意义。1.3研究的理论依据自采用长壁开采技术以来，回采工作面的顶板控制一直是采矿学科研究的核心问题之一。20世纪60年代至80年代初，出现了很多采场顶板结构的假说和理论，每种假说都以不同方式回答了上覆岩层结构的形式问题。在这其中有前苏联工程师.许普鲁特提出的压力拱假说；前苏联学者T.H.库茨涅佐夫提出的铰接岩块学说。我国有钱鸣高院士在铰接岩快学说和预成裂隙梁假说的基础上，提出的上覆岩层开采后呈砌体梁式平衡的结构力学模型，以及宋振骐院士提出的以岩层运动为中心的矿压理论。在进入20世纪90年代后，国内外学者对综放采场的岩层活动及矿山压力显现特点进行了研究，取得了一些较为一致的认识。即矿山压力的存在是客观的、绝对的，它存在于采动空间的周围岩体中。但矿山压力显现则是相对的、有条件的。压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置。就某一点而言，压力显现的变化幅度与该点压力大小的增减幅度是相关的、对应的，但不一定成正比。影响支承压力参数的因素很多，主要有与开采深度有关的原岩应力、采空区的形状和尺寸、采空区上覆岩层的性质及动态、煤柱的强度及其周围采动状况以及煤层的开采厚度等。这些因素的不同使支承压力参数的变化范围很大，支承压力参数主要由现场实测取得。研究证明，对应不同的开采深度和煤层强度条件，采场周围煤层上支撑压力分布可能有以下三种情况：(1)单一的弹性分布这种分布的特点是压力高峰在煤层边缘，随与煤壁距离增加按负指数曲线规律递减，在从煤壁开始的整个分布范围内，煤层都处于弹性压缩状态。此时，由于煤层边缘未遭破坏，覆盖岩层保持了较高的接触应力，很难沿层面剪切滑移，这就决定了采场上覆岩梁间的离层不可能深入到煤壁前方。因此，各岩梁的断裂只能在煤壁处发生，而且在岩梁断裂时，煤壁前方的巷道中除了可能观测到顶板反弹现象之外，将看不到顶底板移近等明显的压力显现。(2)塑性破坏区的分布该分布由塑性区及弹性区两个部分构成。其中弹性区煤层处于弹性变形状态，其压力分布是一个高峰在弹塑性交界处并向纵深发展逐渐下降至原始应力值的曲线，各部位压力与该处煤层的压缩成正比。相反，塑性区煤层已遭破坏。显然，进入该状态的煤层，如果没有水平应力的约束，其变形都将会继续发展。因此，足够的水平应力是该部位煤层在一定压力下能保持稳定的条件。正因为塑性区煤层承载能力大幅下降，而且处于极不稳定的状态，所以无法阻止上覆岩梁弯曲沉降及岩梁间接触应力消失。这种状态为各岩梁间的层面剪切破坏和深入煤壁前方断裂创造了条件。(3)内应力场的分布这种分布的主要特点是岩梁深入塑性区断裂，原来完整的应力场以岩梁断裂线为界，明显地分为两个部分。一部分是由运动着的岩梁重量所决定的内应力场，另一部分是与上覆岩层总体重量相联系的外应力场，包括新扩展的塑性区及弹性区两部分。42薄煤层开采工艺研究2.1开采技术条件2.1.1矿井概况XX煤矿位于莱芜煤田东部，属华北石炭二叠系含煤地层，包括中石炭系本溪组，上石炭系太原组，下二叠系山西组。煤系基盘为奥陶系石灰岩。含煤地层总厚度300m左右，共含煤19层，含煤总厚度12m左右。其中2、4、7、9、11、15、19层为可采煤层。矿井采用斜井综合开拓，走向长壁后退式采煤，冒落法管理顶板，共分3个水平，其中第一水平(0水平)，第二水平（-180m水平），现已结束。现开采水平为第三水平（-400m水平）最大采深达到810m，矿井采用炮采、炮掘和高档普采、综掘。目前生产能力60万t/a，2003年生产原煤58.6万t。2.1.2煤层赋存条件(1)煤层赋存条件工作面的整体构造形态为单斜，但其间有发育小规模的向斜和背斜。走向自西部的75到东部的115。倾向自西部的15到东部的25。每煤层倾角总体上呈西缓东陡之势，西部最小倾角15，东部最大倾角25，平均20。煤层的厚度变化范围为0.72m1.3m（逆断层重复及煤15与煤16合层除外），平均1.05m。煤层厚度的变化对对综采有一定影响。该段煤层可采指数为0.95，变异系数24.3%，属赋存较稳定、结构复杂的薄煤层。(2)地质构造情况本面位于F付1与F秦1之间，总体构造形态为单斜构造，局部有较宽缓的褶曲，构造比较复杂，现阶段共揭露落差大于0.5m的断层21条，具体见附表。局部发育煤层变薄带。断层附近的顶板破碎，对回采有一定影响。经巷道实际揭露，未发现岩浆岩侵入体、陷落柱等。因此，从总体上来看，该面的地质条件属于较复杂型。具体见表2.1。表2.1 断层产状要素表断层名称走向()倾向()倾角()落差(m)性 质影响程度F165335601.2正断层顶板破碎F255325601.0正断层顶板破碎F380350601正断层顶板破碎F478348700.8正断层顶板破碎F550320651.5正断层顶板破碎F6165255401.5正断层顶板破碎F714050500.7正断层顶板破碎F830300500.9正断层顶板破碎F914555400.7正断层顶板破碎F10145235450.8逆断层顶板破碎F1118090703正断层需补切眼F1295185500.5正断层顶板破碎F1317080600.5正断层顶板破碎F1420290400.7正断层顶板破碎F1555325500.7正断层顶板破碎F1650320400.9逆断层顶板破碎2正断层顶板破碎6正断层顶板破碎F19150240500.6正断层顶板破碎F20145235700.6正断层顶板破碎F21182272704.5正断层顶板破碎(3)水文地质情况该区水文地质条件简单，直接充水含水层为煤15基本顶中砂岩，富水性弱，在断层破碎带及采空区冒落带出现一定量淋水，根据同煤层工作面开采情况分析，不会影响正常生产。工作面附近无其它水害威胁。 (4)储量情况31503工作面储量计算范围：东至31503东切眼；西到315上山保护煤柱线；上至31503东上巷；下到31503东下巷。走向长840m，倾斜宽160m，煤厚1.2m，平均倾角20，容重1.33t/m3，工业储量22万t，可采储量21.56万t。2.1.3瓦斯、煤尘和煤的自燃XX煤矿自1985年以来瓦斯相对涌出量最高为3.5m3/td（87年），CO2相对涌出量最高为8.58m3/td（93年），均不大于10m3/td，应属低瓦斯矿井。矿井第二次延深勘探对第2、7、15煤层进行了煤尘爆炸试验，各煤层均有煤尘爆炸危险性。矿井为自燃矿井，但无自燃发火史。2.1.4地温常温带一般在孔深4060m，温度16左右。地温梯度煤系地层为1.9/100m，煤系上覆地层为1.2/100m，均小于3/100m，为地温正常区。原始岩温为31的点属地温正常背景下的一级高温区。2.2薄煤层综采适应性分析2.2.1采煤方法改革的必要性(1)当前采煤方法存在的问题15煤层厚度0.721.35m，平均厚度1.05m，中部夹矸厚度0.15m，采高1.20m，倾角1025，煤层硬度f =1.5。煤层属赋存稳定，结构复杂的薄煤层。目前该煤层均采用走向长壁后退式采煤方法。机采落煤，采高1.20m，采用单体液压支柱和铰接顶梁支护。最大控顶距4.5m，最小控顶距3.5m，见四回一，见附图2.1。 1200 1500 1000 1000 1000 4500图2.1高档普采工作面最大控顶支护图工作面长度一般在120150m之间。工作面循环作业方式均采用三班生产，边采边准，没有专门的检修班，设备检修在生产班中利用支柱、回柱放顶时间进行。循环进尺1.0m，日进3.0m，工作面出勤人数150人左右，月产1.8万t，直接工效4t/工左右，产量低、用人多、效率低。目前综采已成为我国实现高产高效的重要途径，综采工作面年产量大多在80万t以上。XX煤矿15层煤的采煤方法虽然由原来的炮采改进为机采并且在巷道布置、两巷支护、工作面布置方式等方面做了一些改进，但存在着以下严重问题：工作面材料消耗大，工人劳动强度高，生产效率低，生产成本高，矿井经济效益较差。工作面推进速度慢，工作面支护难度大，工作面及上、下平巷受压力影响范围大，上下平巷维护量大。工作面底板为软底，支柱初撑力低，支柱钻底量大，造成顶板下沉量大，而且回柱困难，严重危胁采煤工作面的安全。矿井全员效率低，生产成本高，安全条件差等一系列问题日益突出。在目前随矿井的开采，15层煤将作为主采煤层的情况下，由于采煤方法限制，矿井无法实现减员提效、集中生产、提高产量降低生产成本的目标，在市场经济条件下矿井缺乏竞争力。因此，为确保XX煤矿实现安全高效开采，急需对XX煤矿15层煤采煤方法进行改革。(2)XX煤矿15煤层合理采煤方法目前国内在中厚煤层中实现高产高效的开采方法主要是大采高综采。而在薄煤层工作面实施综采尚属首次。薄煤层综采可以有效地保证安全生产，加快工作面推进速度，提高单产，与高档普采相比，综采具有以下技术优势：顶板控制问题减少，综采初撑力高，移架方便，能快速有效地支护机道顶板，减少空顶时间，减少冒顶事故。综采支护回撤采用快速移架方式，减少了高档普采工作面人工回撤柱梁鞋工序，有力地保证了安全生产。降低吨煤成本，提高工作面生产效益，由于综采实行全封闭支护，免去了塑料网护顶费用；综采支架底座面积大，减少了因支柱钻底穿鞋费用；减少了底板特别松软处铺大木鞋以及顶板冒顶穿顶造成的坑木消耗；生产吨煤成本大幅度降低。促进我矿“双高”矿井建设。薄煤层综采工作面年产可以达到37.8万t以上，实际用人控制在100人以下，直接工效11.7t/工，促进我矿向高产高效类矿井发展。推进速度快，可减小矿压对底板的破坏，避免了支柱钻底造成支护材料的丢失浪费，增加了矿井效益。有利于设备的维护与保养，延长设备使用寿命，综采可以实现集中时间生产和集中时间检修。2.2.2 15煤层综采适应性分析(1)煤层赋存煤层厚0.721.35m，平均1.05m，含夹石02层，夹石厚度0.10.2m，平均0.15m，为复杂煤层，一般由夹石将煤层分为上下两个分层，上分层厚0.25m左右，下分层厚0.8m左右。煤层平均倾角20，断层多地质构造复杂。(2)顶底板分级分类情况直接顶为灰色到深灰色粉砂岩或粉细砂岩互层，厚度平均6m，断口较粗糙，层理节理较发育，稳定性较差，含植物化石及层状黄铁矿，其中煤层上方伪顶厚度0.2m左右，随采随冒，15层煤直接顶初次跨落步距为8.3m，直接顶类别b，f =4，单向抗压强度为27MPa.。基本顶为浅灰色中砂岩，厚度平均16m，钙质胶结，坚硬不易冒落，f=5，基本顶初次来压步距为21m，属于级来压不明显顶板。直接底板为1m左右粉砂岩，深灰色，易碎，含有大量的植物化石，底板比压15.6MPa，f =3，属a类软底。其底部为煤16，厚度0.5m左右，f1.5。(3)综采安全性分析影响综采安全的主要因素a.瓦斯、煤尘具有爆炸性，是影响综采安全的主要因素之一。b.煤层倾角大。XX煤矿15煤层倾角1525(个别受断层影响的块段最大达到30)，在大倾角工作面，设备在重力作用下，存在下滑和失稳现象，影响工作面的正常生产和顶板支护，甚至出现倒架、冒顶等危险。c.煤层采高只有1.20m，操作空间小，不利于人员安全操作和躲避灾害。综采工作面瓦斯治理技术综采工作面的实际需风量主要根据工作面瓦斯涌出量，并兼顾工作面气温、风速和同时工作人数等工作面环境条件进行计算。经风量计算、风速验算后，31503东工作面风量取335m3/min。当工作面供风量达到335m3/min时，不仅可满足防瓦斯要求，而且可保证工作面气温对风速的要求。另外，还需在综采工作面设置瓦斯自动报警断电仪和安全监测系统，对综采工作面的瓦斯进行监测并及时分析。断电范围：工作面及其回风巷内全部非本质安全型电器设备。综采工作面防灭火技术a.选择工作面适宜的供风量及合理稳定的通风系统对于低瓦斯矿井，在确保人员呼吸、设备冷却及创造较好生产环境的前提下，风量计算中各参数取下限以减少工作面两端风压差。合理稳定的通风系统是保证工作面定量供风的前提条件，选择通风构筑物的位置要合理有效；所有影响到综采面通风系统稳定的风门都要安设闭锁装置，确保2扇风门不得同时敞开。b.保持工作面快速推进采煤工作面的快速推进不仅是一个效益问题，而且是一项极其重要的防火措施，是保持工作面采空区较低自燃几率的根本问题。为确保实现安全生产，需采取以下措施：保证综采工作面日推进度4.0m以上；工作面开采结束后及时封闭采空区；浮煤清理干净，防止采空区浮煤自燃。综采工作面煤尘治理技术煤矿粉尘的危害是众所周知的，粉尘不仅使长期处于该环境下工作的工人患职业（矽）肺病，还会发生爆炸，对工人及矿井的安全造成极大的威胁。必须对综采工作面采用综合防尘措施：建立综采工作面独立的防尘（降尘）系统，降低综采工作面开采过程中煤尘浓度；对综采工作面超前高压注水；采煤机司机、移架工佩戴防尘口罩，搞好个体防尘；工作面进、回风巷每天用水冲刷一次，保证无煤尘沉积。防治水安全措施突水前安全措施：工作面上下两巷水沟保持畅通，无淤泥、积水及脏杂物堆积；下巷有积水时，必须安泵排干；该面水文地质条件简单，虽不会影响生产，但随工作面推进，老空水流入该面下巷，因此面下巷应有一台备用排水泵；要保持工作面下部超前开采5m，实现仰采，出现淋水后，可尽量减少进入工作面的水量；工作面开采过程中，必须坚持有疑必探的原则。2.2.3综采设备选型(1)工作面割煤高度、采煤机截深及日循环数按照工作面实现高产高效的原则，XX矿15层煤综采工作面采煤机截深愈大愈有利，但由于煤层倾角大，工作面设备下滑及支架歪斜在实际生产中不可避免。为了调整支架，支架重量不可太大，在支护强度满足的情况下，支架移架步距选择较小为宜；另外受矿井配采限制，综采工作面生产能力不宜大于40万t。因此，选择采煤机截深为0.63m，月产3万t左右。由于XX矿的综采首采工作面已经限定平均长度160m左右，因此，只能按工作面的日最小循环数验证工作面长度是否满足要求。工作面日循环数可按下式计算： (2.1)对于首采31503东综采工作面，要求工作面日完成7个循环，即采煤机割煤7刀。(2)设备选型采煤机采煤机应根据煤层厚度、煤的力学性质以及煤层倾角、顶底板性质对采煤机的影响来选择，如前所述，31503东工作面煤层厚度为0.721.30m，平均厚度为1.05m，煤层含有夹矸0.15m，属硬煤；煤层倾角平均为20；直接顶为灰色到深灰色粉砂岩或粉细砂岩互层，厚度6m，断口较粗糙，层理节理较发育，稳定性较差，含植物化石及层状黄铁矿，其中煤层上方伪顶厚度0.2m左右，随采随冒，f=34。基本顶为浅灰色中砂岩，厚度为16m，矽质胶结，坚硬不易冒落，f =5，弱含水；直接底板为深灰色1m左右粉砂岩，易碎，含有大量的植物化石，f =3，属a类软底。其底部为煤16，厚度0.5m左右f1.5。根据上述条件，采煤机可选用MG132/300-WB型双滚筒无链液压牵引采煤机，其主要技术特征如下表2.2。表2.2 采煤机技术特征表名称采高(mm)滚筒直径(mm)截深(mm)装机总功率(kW)滚筒转速(r/min)供电电压(V)牵引速度(m/min)MG132/300-WB采煤机8501800110063030475114006刮板输送机按照输送机应满足的生产能力和采煤机型号，可选用西北奔牛机械有限公司的SGZ-630/264-W型中单链刮板输送机。具体技术特征见表2.3。表2.3 刮班输送机技术特征表名称型号电机功率(kW)电压(V)输送量(t/h)长度(m)单链刮板输送机SGZ-630/264-W2641140450160液压支架综采工作面支架架型是否与工作面煤层地质条件相适应，是综采工作面安全生产的关键。主要考虑以下几方面：a.15层煤倾角大，支架必须有防倒防滑机构；b.采深大，煤层节理裂隙较发育，存在片帮、冒顶的可能性，需进行及时支护；c.初期投资小，支架重量不易太重，考虑采用轻型支架。根据综采支架选型原则，采用掩护式轻型支架，支架适应高度1.11.5m。所以选用ZY2600/09/20型液压支架。(4)其他设备选型其他设备选型见表2.4。表2.4 其他设备选型序号名称数量电压(V)功率(kW)备注1BRW-200/31.5乳化液泵211401252接面SZD-630/110型转载机16601103接面SD-80型皮带机16601104下巷皮带机SD-8016601105入仓刮板机SGW-40T166055合计5102.3 31503东工作面巷道布置及支护设计2.3.1工作面位置与毗邻关系进行综采的首采面31503东工作面为扩大区三采区、15层煤东翼第三阶段工作面，西部邻近315运输上山及315轨道上山，东部到边界切眼，南部未开拓。综采工作面走向长760900m，平均840m。平均倾斜宽160m。工作面下巷标高为-371.6-359.4m，上巷顶板标高-302.7m318.4m，工作面距地表垂深512.7m581.6m。2.3.2工作面巷道布置及支护设计(1)工作面切眼工作面由东向西推采，开切眼位置在东边界。由于东部边界煤层受断层影响，煤层变薄，因此，自断层向西120m，由下平巷导26号点向上正倾斜布置切眼，切眼规格：5.52m2，矩形断面，坡度20，长度160m。切眼采用树脂加长锚杆配锚带网锚固，并进行锚索补强；工作面切眼按3部分先后掘进，首先掘区，然后再由下向上分别掘进区和区。距西帮3m，沿倾斜方向每隔1m支设1棵戴帽单体液压支柱，支柱时穿铁鞋。工作面切眼支护断面如图2.2所示。 图2.2 工作面切眼支护断面图顶板支护区：顶板采用锚带网、锚索支护。锚索间距1.8m，排距3m，钢带长2.4m，锚杆间排距850700mm。锚杆支护形式和规格：202000 mm等强度全螺纹钢锚杆。区和区：锚带网支护，锚杆间排距850700mm。锚杆支护形式和规格：202000 mm等强度全螺纹钢锚杆。锚固方式：树脂加长锚固，采用两支MSK2850树脂锚固剂，钻孔直径32mm，锚固长度1000mm。锚杆角度：靠近巷帮的顶板锚杆安设角度为与铅垂线呈30。锚索：单根钢绞线15.24mm，长度6m，加长锚固，采用4支MSK2850树脂锚固剂。两帮支护锚杆形式和规格：181800 mm等强度螺纹钢锚杆。锚固方式：树脂端部锚固，采用一支锚固剂。锚杆角度：靠近顶板的巷帮锚杆安设角度为与水平线呈20，靠近底板的巷帮锚杆安设角度为30。锚杆布置：锚杆间排距1200700mm，两帮各布置2条锚杆。(2)工作面上平巷沿煤层顶板布置。按中线掘进，单轨布置。巷道断面规格：净宽高（下帮）3.02.4m2。采用树脂加长锚固，锚带网支护。如回采期间有一定的底鼓量，可进行起底。上平巷为回风、行人及辅助运输，布置梭车。见图2.3。顶板支护锚杆形式和规格：202000mm全螺纹钢等强锚杆。锚固方式：树脂加长锚固，采用两支树脂锚固剂，钻孔直径32mm，锚固长度1000mm。锚杆角度：靠近巷帮的顶板锚杆安设角度为与铅垂线呈30。锚杆布置：锚杆间排距8501100mm，每排长钢带之间布置锚杆安装2m短钢带。巷帮支护锚杆形式和规格：181800mm等强度螺纹钢锚杆。锚固方式：树脂端部锚固，采用1支MSK2850树脂锚固剂，钻孔直径32mm。 锚杆角度：靠近顶板的巷帮锚杆安设角度为与水平线呈20，靠近底板的锚杆呈30。锚杆布置：锚杆间排距10001100mm。图2.3 工作面上平巷支护及设备布置图(3)工作面下平巷沿煤层顶板布置，按中线掘进。巷道断面规格：梯形断面，净宽高(下帮)30002400mm2。采用锚带网支护，用于煤炭运输与进风。见图2.4。图2.4 工作面下平巷支护及设备布置图顶板支护锚杆形式和规格：202000mm等强度螺纹钢锚杆。锚固方式：树脂加长锚固，采用两支锚固剂，钻孔直径32mm，锚固长度1000mm。锚杆角度：靠近巷帮的顶板锚杆安设角度为与铅垂线呈30。锚杆布置：锚杆间排距8501100mm，每排长钢带之间布置锚杆安装2m短钢带。巷帮支护锚杆形式和规格：181800mm等强度螺纹钢锚杆。锚固方式：树脂端部锚固，采用1支锚固剂，钻孔直径32mm。 锚杆角度：靠近顶板的巷帮锚杆安设角度为与水平线呈20，靠近底板的锚杆呈30。锚杆布置：锚杆间排距10001100mm。2.4采煤方法2.4.1采煤方法工作面采用走向长壁后退式开采法开采。煤层平均采高1.2m，最大1.35m；循环进度0.6m。2.4.2采煤工艺采煤机采用斜切进刀方式，双向割煤，由上往下割煤，上行扫浮煤，液压支架及时支护顶板。工作面采用端部斜切进刀双向割煤，工艺过程为：采煤机上端头斜切进刀正常下行割煤移架推移斜切进刀段输送机采煤机下头反刀上行扫浮煤跟机移架推输送机上端头斜切进刀。具体进刀方式见图2.5。(1)落煤方式采用MG132/300-WB型双滚筒采煤机落煤，上下缺口机组无法割煤时，采用电煤钻打眼，放炮落煤，人工攉煤。(2)装煤、运煤方式工作面采用SGZ630/264-W输送机运煤，通过运输巷SZD630/110转载机和SD-80皮带输送机接力运输至煤仓。(3)移架工作面随采煤机运行顺序带压移架，邻架操作。移架过程中应使用好支架防倒防滑机构，防止移架过程期间倒架、滑架和咬架、挤架，要保持支架垂直煤壁及输送机。图2.5采煤机进刀示意图2.5主要生产系统2.5.1通风系统通风路线见工作面平面图2.6。图2.6 31503工作面示意图新风：-180m矸石井（管子井、皮带井）-400m矸石井（管子井）-400m车场-400m东大巷-400m北区石门三采石门315轨道上山工作面上平巷31503东工作面。乏风：31503东工作面工作面下平巷315运输上山北区风井第一段北区风井第二段北区风井。2.5.2排水系统排水系统：下巷积水顺水沟外流（由水泵外排）至315运输上山水沟400m东石门-400m北区石门-400m立排水仓地面。2.5.3供电系统 根据位置为止的确定原则和31503面的具体情况，向综采工作面上巷供电的移变站设在工作面上巷以里500m处，向下巷转载机、运输机等供电的移变站设在煤仓以下偏口处，工作面其他设备如绞车、综保等由三采变电所内变压器供电；掘进配电点设在距掘进头90m处，供掘进的变压器设在三采变电所处。移动变电站6kV电源来自三采变电所，采煤机、接面溜子、乳化液泵站由移变站供电。173综采工作面矿压显现规律3.1矿压观测的目的和内容3.1.1矿压观测的目的(1)掌握工作面顶板在工作面正常回采过程中的运移、垮落规律；(2)了解巷道受采动影响情况，评价巷道支护效果；(3)评估工作面工艺及工作面设备配套合理性，为以后综采工作面设备配套提供依据；(4)掌握工作面顶板来压规律。3.1.2矿压观测的内容与方法(1)巷道矿压观测巷道表面位移采用十字布点法安设表面位移观测断面，对顶底板移近量及两巷移近量进行观测。每条巷道安设3个测区，每个测区布置1个观测断面，同时进行顶板离层观测，在工作面上、下平巷离机窝20m、40m、60m内分别支设一台顶板动态仪，进行顶板离层观测.测量频度为：距工作面30m以内，每小班观测1次，其它时间每天观测1次。顶板离层采用LBY-3型顶板离层指示仪监测顶板岩层锚固范围内外离层情况。每个表面位移观测断面设一台离层仪。深部基点位于顶板粉砂岩中，浅部基点位于顶板中部。观测频度与表面位移相同。(2)工作面观测在工作面上、中、下部布置3条测线，每条测线布置2台圆图自记仪，观测数据用于分析工作面支架阻力变化规律及顶板来压规律，评价支架的适应性，为以后综采工作面支架参数确定提供依据。测工序影响时，设点在工序影响上方15m，下方18m。选点测底板比压时，沿工作面均匀布置9个点，计算时各测点值在基本顶一次周期来压过后，进行底板比压测量。基本顶三次周期来压过后进行工序影响测量。3.2矿压观测分析3.2.1顶板来压及顶底板分类情况自开切眼5m开始设点进行观测，先后经历了直接顶初次跨落、基本顶初次来压、六次周期来压。观测数据如下表3.1。表3.1 矿压观测数据表名称来压步距支架载荷(kN)活柱缩量(mm)顶底移近量 (mm)顶底移近速度 (mm/h)平均 最大平均最大平均最大平均最大直接顶初次跨落71528.61620.01.52.02.02.51.01.5基本顶初次来压211731.42031.43.04.03.96.03.03.51次周期来压101980.32094.33.54.84.26.82.83.92次周期来压111890.21925.52.94.54.05.82.93.33次周期来压121799.31826.53.04.23.85.92.63.44次周期来压111850.21910.52.84.53.55.52.53.05次周期来压131698.41824.63.54.03.84.52.93.56次周期来压101926.82036.03.04.43.04.83.03.3直接顶经常是处于破断状态，且无水平力的挤压作用，因而它难于形成结构，它的重量应全部由工作面支架来承担。从岩体形成结构的观点分析，对于基本顶形成的大结构，支架是通过直接顶对其起支撑作用。(1)直接顶类别的确定根据31503东面直接顶初次垮落步距Lr，按下式计算其综合弱化常量(Cz)，并进而按ME554-1996直接顶分类指标及参考要素表，确定直接顶类别： (3.1) 式中 Lr直接顶的初次垮落步距，6.0m；Cz综合弱化常量；Rc直接顶单向抗压强度，据XX煤矿15层煤直接顶的测式结果为Rc30.5MPa；ho工作面的直接顶分层厚度，经实际现场观测，取0.35m。通过计算得 Cz=0.33。由现场实际观测，工作面直接顶的初次垮落步距为6.0m，由于8Lr15，Cz=0.33，所以工作面直接顶属于3类中等稳定顶板。(2)基本顶级别的确定基本顶级别由基本顶分级指标初次来压当量(Pe)的平均值Pe对照MT554-1996基本顶分级指标表划定的范围确定。初次来压当量(Pe)值由基本顶初次来压步距(Lf)，直接顶充填系数(N)和煤层采高(hm)按式确定。Pe=241.3Ln(Lf)-15.5N+52.6hm (3.2)式中 Pe基本顶初次来压当量，kN/m2；Lf基本顶初次来压步距，21m； N基本顶充填系数，N=hi/hm=2.5/1.2=2.08； Hi直接顶厚度，m； hm煤层采高，1.2m。通过计算得 Pe=975kN/m2。由于8952000数量7294878831061频率0.461.9232.1958.367.010.07 图3.3 工作面支架阻力频率分布图从以上图表可知，支架初撑力主要分布在9001500kN范围，占统计循环数的83.15%，其中大于支架额定初撑力80%以上的占62.66%，时间加权工作阻力主要分布在8001600kN，占统计循环数的90.55%，其中大于支架额定工作阻力80%以上的占7.04%，超过2000kN的占0.07%，末阻力主要分布在12002000kN范围，占统计循环数的81.9%，其中大于支架额定工作阻力80%以上的占33.39%，超过2000kN的占1.59%。(2)工作面支架的增阻特征支架增阻量的多少反映了支架的支护质量、工作状态及顶板的活动程度。统计结果表明支架处于增阻工作状态，如表3.5，图3.4所示。表3.5 支架增阻量频率分布表阻力区间kN0100100200200300300400 400500500数量50132701528984频率3.38.7246.3334.916.480.26 图3.4工作面支架增阻量频率分布图工作面支架循环阻力增阻比例为89.98%。支架呈降阻的比例占10.02%，反映了支架的位态、直接顶的破碎状况或立柱自身质量的影响。工作面支架增阻量有95.24%的比例分布在0500kN范围，还有4.76%多的支架基本没有增阻量。这一方面说明顶板的活动程度缓和，支架增阻幅度较小，另一方面也说明了工作面矿压显现不明显。(3)支架初撑力与工作阻力的相关性一般情况下，支架工作阻力随其初撑力的增大而增大。实测分析表明，工作面支架初撑力与工作阻力具有很强的线性关系，提高工作面支架初撑力不仅可以对顶板进行及时支护，还可以使支架阻力得到提高，对顶板的控制非常有利。(4)支架工作阻力与活柱缩量、顶板下沉量的关系通过现场观测还发现，工作面掩护支架在生产使用过程中，有以下三种情况。活柱随支护阻力增大而下缩，此类型占87.2%。活柱不随支护阻力增大而下缩，此类型占10.4%。顶底板的相对移近一般由顶梁与顶板之间的空隙S1、底座与底板之间的空隙S2、底座下底煤的压缩量S3和活柱缩量组成。支架承载后，即顶板压力首先使S1、S2、S3压实，随后顶板压力增大，活柱才随之下缩。顶板下沉过程中，活柱没有下缩，显然这个压力消亡到S1、S2和S3的减少上去了，出现此种情况也是正常的。活柱随支护阻力减小而下缩，此类型占2.4%。显然这是供液系统漏液的结果，虽是少数，但应杜绝。总之，掩护支架在ZY2600/09/20工作面反映出的工作特性基本是好的。(5)平衡千斤顶作用分析关于平衡千斤顶作用的分析见表3.6，图3.5。表3.6 平衡千斤顶工作阻力频率分布表阻力区间kN05050100100150150200200250250数量01630352514频率013.32529.320.811.7图3.5 工作阻力频率分布图分析结果表明，平衡千斤顶的工作阻力，都小于额定工作阻力。这说明本工作面矿压较小，同时也说明平衡千斤顶的设计阻力范围是适合的，能适应工作面顶板压力的变化。由于平衡千斤顶的压力变化受上部围岩的运动与支架位态的影响，因此，平衡千斤顶的工作状态在来压期间与非来压期间是不同的。经分析比较，平衡千斤顶的增阻有如下特点：增阻范围比较集中，大致呈正态分布。无论是总增阻还是来压期间与非来压期间的增阻，其增阻值范围基本都集中在50120kN之间，增阻与降阻幅度均不大。来压期间与非来压期间都是增阻比例大于降阻比例，相差约13.5%。上述分析表明，该面顶板的运动比较平衡；平衡千斤顶能根据顶板的运动情况调节顶梁的受力中心，使之能较好地发挥对顶板的支撑作用。3.2.3工作面底板比压分析(1)仪器采用DZD40-A型底板比压仪，油缸直径100mm，压模型号：D40，D60，D80，D100。(2)测定方法：沿采煤工作面倾斜方向在控顶区内布点，共设10个测点，测试时清理好底板，选择底板条件完好处，当仪器与顶底板接触时，记下活柱与压力表的初读数，然后逐渐加压，每隔1MPa记录一次数，当发现压力表读数突然下降，活柱迅速伸长时，即为第一层破坏点，该点的比压值为底板的分层底板比压。31503东面底板比压及底板刚度测试汇总结果表3.7。表3.7 底板比压及刚度测试汇总表项目底 板岩性12345678910全面平 均底板比压值pi（MPa）岩石18.812.512.518.818.818.86.2518.818.812.515.6底板容许比压值（MPa）7.868.379.338.8110.3711.51