采区巷道方案设计1

1、模块一 采区巷道方案设计总目录下页1一、采区设计的内容（一）采区设计说明书（1）采区位置、境界、开采范围及与邻近采区的关系；可采煤层埋藏 的最大垂深，有无小煤窑和采空区积水；与邻近采区有无压茬关系（2）采区所采煤层的走向、倾斜、倾角及其变化规律、煤层厚度、层 数、层间距离、夹矸层厚度及其分布，顶底板的岩石性质及其厚度 等赋存情况及煤质。 瓦斯涌出情况及其变化规律，瓦斯涌出量及确定依据；煤尘爆炸性，煤层自然发火性及其发火期；地温情况等。 水文地质：井上、下水文地质条件；含水层、隔水层特征及发育情况变化规律；矿井突水情况、静止水位和含水层水位变化；断层导水性；现生产区域正常及最大涌水量，邻近采区周

2、围小煤窑涌水和积水情况等。 煤层及其顶底板的物理、力学性质等。下页上页2（3）确定采区生产能力，计算采区储量（工业储量、可采储量）和高级 储量所占的比 例，计算采区服务年限并确定同时生产的工作面数 目。（4）确定采区准备方式。区段和工作面划分、开采顺序，采掘工作面安 排及其生产系统（包括运煤、运料、通风、供电、排水、压气、充 填和灌浆等）的确定。当有几个不同的采区巷道准备方案可供选择 时，应该进行技术经济分析比较，择优选用。（5）选择采煤方法和采掘工作面的机械装备。（6）进行采区所需机电设备的选型计算，确定所需设备型号及数量，采 区信号、通讯与照明等。（7）洒水、掘进供水、压气和灌浆等管道的选

3、择及其布置。下页上页3（8）采区风量的计算与分配。（9）安全技术及组织措施：对预防水、火、瓦斯、煤尘、穿过较大断 层等地质复杂地区提出原则意见，指导编制采煤与掘进工作面作业 规程编制，并在施工中加以贯彻落实。（10）计算采区巷道掘进工程量。（11）编制采区设计的主要技术经济指标：采区走向长度和倾斜长度、 区段数目、可采煤层数目及煤层总厚度、煤层倾角、煤的容重、 采煤方法、主采煤层顶板管理方法、采区工业储量和可采储量、 机械化程度、采区生产能力、采区服务年限、采区采出率和掘进 率、巷道总工程量、投产前的工程量。 下页上页4（二）采区设计图纸 设计图纸一般包括：地质柱状图、采区井上下对照图、煤层底

4、板等高线图、储量计算图及剖面图等。其均应进行复制，作为采区设计的一部分。此外，还须有：（1）采区巷道布置平面及剖面图（比例：11 000或1：2 000）；（2）采区采掘机械配备平面图（比例：11 000或12 000）；（3）采煤工作面布置图（比例：150或1200）；（4）采区通风系统（最大、最小负压）示意图；（5）瓦斯抽放系统图（低瓦斯矿井不要）；（6）采区管线布置图（包括防尘、洒水、灌浆管路布置等）；下页上页5（7）采区轨道运输系统图（比例：11 000或12 000）；（8）采区供电系统图（比例：11 000或12 000）；（9）避灾路线图；（10）采区车场图（比例：1200或15

5、00）；（11）采区巷道断面图（比例：150或120）；（12）采区巷道交岔点图（比例：150或1100）；（13）采区硐室布置图（比例：1200）。 前9张图属方案设计附图，后4张图是施工图。具体设计时应根据情况适当增删 下页上页6二、采区设计的依据、程序和步骤 （一）采区设计的依据1. 已批准的采区地质报告 2. 批准的采区设计任务书 3. 国家有关煤炭工业技术政策、规程和规范等 （二）采区设计的程序 采区设计通常分为两个阶段进行，即确定采区主要技术特征的采区方案设计和根据批准的方案设计而进行的采区单位工程施工图设计。 下页上页7（三）采区设计的步骤（1）认真学习有关煤矿生产、建设的政策法

6、规，收集有关 地质和开采技术资料，掌握上级管理部门对采区设计 的具体规定。（2）明确设计任务，掌握设计依据。（3）深入现场，调查研究。 （4）研究方案，编制设计。 （5）审批方案设计。 （6）进行施工图设计。 下页上页8三、采区设计方法（一）方案比较法（二）其他设计方法 1. 统计分析法 2. 标准定额法 3. 数学分析法 4. 经济数学规划法下页上页9模块 采区巷道方案设计 课题五 采区准备方式和参数确定 课题六 缓、倾斜煤层采区巷道方案设计 课题七 盘、带区巷道布置设计 下页上页总模块10课题五 采区准备方式和参数确定 任务一 采煤方法选择 任务二 采区准备方式的选择 任务三 采区参数的确

7、定下页上页模块首页11任务一 采煤方法选择知识点能力点1、采煤方法的基本概念和分类2、采煤方法的选择原则、影响因素3、采煤方法的发展方向 能根据具体的煤层地质条件初步确定采煤方法 下页上页课题首页12 一、采煤方法基本概念 二、采煤方法分类 三、采煤方法选择 四、采煤方法发展方向 下页上页任务首页相关知识13一、基本概念1、采场：是指在采区内，用来直接大量开采煤炭资源的场所。2、采煤工作面：是指在采场内进行采煤的煤层暴露面，又称 煤壁。在实际工作中，采煤工作面就是指采煤作业场地， 与采场是同义语。3、采煤工作：是指在采场内，为了开采煤炭资源所进行的一 系列工作。4、采煤工艺：是指在一定时间内，

8、按照一定的顺序完成采煤 工作各项工序的过程。下页上页任务首页145、采煤系统：是指采区内的巷道系统以及为了正常生产而 建立的采区内用于运输、通风、等目的的生产系统。6、采煤方法：是指采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间、 空间上的相互配合。不同采煤工艺与采区内相关巷道布置的组合，构成了不同的采煤方法。 下页上页任务首页15二、采煤方法的分类采煤方法早采水采壁式体系柱式体系柱式体系单一长壁放顶煤整层开采斜切分层水平分段放顶煤倾斜分层掩护支架分层开采整层开采整层开采房式房柱式倾斜短壁式走向短壁式走向长壁倾斜长壁走向长壁倾斜长壁下行垮落上行充填垮落刀柱水平分层下页上页任务首页16（一）壁式体系采煤法在

9、采煤工作面的两端各至少布置一条巷道，构成完整的生产系统。采煤工作面长度较长，一般在80250m。采煤工作面可分别采用把爆破、滚筒式采煤机或刨煤机破煤和装煤，用与工作面煤壁平行铺设的可弯曲刮板输送机运煤，用自移式液压支架或单体液压支柱与铰接顶梁组成的单体支架支护工作面空间，用全部跨落法或充填法处理采空区。随着采煤工作面前进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现较为强烈。下页上页任务首页17 1、按煤层倾角分 近水平煤层采煤法 缓倾斜煤层采煤法 倾斜煤层采煤法 急倾斜煤层采煤法 根据开采技术特点，煤层按倾角分为： 近水平煤层 45下页上页任务首页18 2、按煤层厚度分 薄及中厚煤层采煤法 厚煤层采煤法：

10、整层开采（放顶煤） 分层开采（倾斜、水平、斜切分层） 根据开采技术特点，煤层按厚度分为： 薄 煤 层 最小可采厚度3.5m下页上页任务首页19 3、按采煤工艺方式分 爆破采煤法 普通机械化采煤法 综合机械化采煤法 4、按采空区处理方法分 垮落采煤法 刀柱（煤柱支撑）法 充填采煤法 5、按采煤工作面推进方向分 走向长壁采煤法 倾斜长壁采煤法（俯斜，仰斜）下页上页任务首页20单一长壁垮落采煤法(a) 走向长壁，(b) 倾斜长壁（仰斜），(c) 倾斜长壁（俯斜）下页上页任务首页21刀柱（煤柱支撑）法下页上页任务首页22（b）（c）（a）倾斜分层采煤方法（c）放顶煤采煤方法（b）水平、斜切分层采煤法下

11、页上页任务首页23（二）柱式体系采煤法 房式采煤法 房柱式采煤法 特点：煤房比较窄 57m采掘合一煤柱支撑顶板 下页上页任务首页24三、采煤方法的选择（一）选择采煤方法的原则 根据煤层赋存条件、矿井开采技术水平等因素，选用技术选进、经济合理、安全生产条件好、资源回收率高的采煤方法。 选择采煤方法必需满足安全、经济、煤炭采出率高的基本原则，努力实现高产高效安全生产。选择采煤方法应当遵循的三个基本原则，是密切联系又相互制约的，在选择时应当综合考虑。下页上页任务首页25（二）影响采煤方法选择的因素 1、地质因素 1）煤层倾角：2）煤层厚度： 3）煤层特征及顶底板稳定性： 4）煤层地质构造：5）煤层含

12、水性： 6）煤层瓦斯含量：7）煤层自然发火倾向： 2、技术发展及装备水平 3、矿井管理水平 4、矿井经济效益下页上页任务首页26四、采煤方法发展方向1、改进采煤工艺，因地制宜地发展先进的机械化采煤技术2、扩大走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法的应用范围3、缓、倾斜厚煤层推行倾斜分层下行跨落法和放顶煤采法4、大力推广无煤柱护巷技术5、急斜煤层开采要进一步探索采煤机械化的发展途径 6、柱式体系采煤法应用范围将不断扩大 7.、采煤方法是一个发展着的系统工程 下页上页任务首页27任务二 采区准备方式的选择 知识点能力点1、采（盘、带）区准备方式的分类2、准备方式选择的原则3、采（盘、带）区准备方式的发展方

13、向能根据采区煤层地质条件和工艺方式，合理地确定准备方式下页上页课题首页28相关知识一、采区准备方式的分类 二、选择采区准备方式应遵循的原则 三、准备方式的发展方向 下页上页任务首页29一、准备方式的分类 采区（或盘区）的准备巷道布置方式称为采区（或盘区）准备方式。采（盘）区准备方式的种类很多，按照采区（或盘区）开采方式、上（下）山位置和煤层间的联系方式，对采区（或盘区）准备方式作如下分类。下页上页任务首页30（一）按开采方式分为上（下）山采（盘）区准备 在煤层倾角小于160的情况下，可利用水平大巷分别开采上山采区和下山采区。上山采区是指位于开采水平标高以上的采区。下山采区是指位于开采水平标高以

14、下的采区，。 在煤层倾角大于160时，下山采区在采煤、掘进、运输、通风、排水等方面就有一定的困难。因此，一个开采水平往往只开采上山采区。下页上页任务首页31（二）按上、下山的布置位置分单、双翼和跨多上、下山采区1、双翼采区特点：采区上（下）山布置在采区走向的中央，采区上（下）山的两翼分 别布置采煤工作面进行开采。与 单翼采区相比较，双翼采区相对减 少了采区上（下）山、车场、硐室等巷道的掘进工程量，减少了采 区运输等设备数量，采区生产能力大，生产比较集中。下页上页任务首页322、单翼采区特点：将采区上（下）山布置在采区一侧的边界，形成单翼开采。上（下） 山布置在采区靠近井田边界一侧的，为前上（下

15、）山单翼采区；上 （下）山布置在采区靠近井筒一侧的，为后上（下）山单翼采区。前 上（下）山开采时，煤炭运输有折返现象，增加了运输工作量，但 采区商（下）山是在未采动的煤体中，上（下）山维护条件好。下页上页任务首页333、跨多上（下）山采区特点：沿煤层走向每隔一段距离（一台带式输送机长度），在煤层底板 岩层中布置一组上（下）山，采煤工作面跨几组上（下）山连续 推进，相当于由多个单翼采区组成的大采区的准备方式，减少了 工作面搬迁次数。一般应用于地质构造简单的综采或综放工艺条 件。下页上页任务首页34三、按煤层群开采时的联系方式，分为单层和联合准备准备方式带区式下山采区上山采区上山盘区下山盘区石门盘

16、区下山带区上山带区跨多石门盘区单翼盘区双翼采区单翼采区跨多上（下）山采区双翼盘区多分带带区相邻分带带区联合布置准备单层布置准备盘区式采区式下页上页任务首页35二、选择准备方式应遵循的原则（1）有利于合理集中生产，保证采（盘）区有合理的生产能 力和增产潜力；（2）安全生产条件好，符合煤矿安全规程的有关规定；（3）保证有完整的生产系统，有利于充分发挥机电设备的效 能，为采用新技术、发展综合机械化和自动化创造条件（4）力求技术先进、经济合理，尽量简化巷道系统，减少巷 道掘进和维护工作量，减少设备占用率和生产成本费 用，便于采（盘）区和工作面的正常接替；（5）煤炭损失少，有利于提高资源采出率。下页上页

17、任务首页36三、准备方式的发展方向 1. 准备方式多样化2. 采区大型化3. 单层化和全煤巷化下页上页任务首页37知识链接采煤工作面矿山压力基本规律 下页上页任务首页38（一）矿山压力的概念 由于井下采掘工作破坏了岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新分布，我们把存在于采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力称为矿山压力。（二）矿山压力的来源 采动前，原始岩体中已经存在的应力是矿山压力产生的根源。井下深部原岩处于复杂的受力状态。承受着上覆岩层重量引起的自重应力，地质构造引起的构造应力，遇水膨胀和温度变化引起的应力等。一、矿山压力基本概念下页上页任务首页391、自重应力 第一种假说：把岩石视为均质各

18、向同性的弹性体 1=H 2=3=1 /(1- ) max(1-2)/2式中 单元体岩层的泊松比； 侧压系数。 第二种假说：随着开采深度的增加或由于岩性等方面原因，使得=0.5时，即 1= 2=3= H 形成所谓的静水压力状态，即岩体深部的原岩垂直应力与其上覆岩层重量成正比，侧向应力大致与垂直应力相等。下页上页任务首页402、构造应力 构造应力具有以下特点： （1）一般情况下地壳运动以水平运动为主，因此构造应力以水平应力为主；而且以水平压应力为主。 （2）在构造应力场中，主应力的大小和方向可能有很大的变化；两个方向的水平应力值（ 2=3）通常不相等。 （3）测定表明，水平应力大于垂直应力，即 H

19、max Hmin V （4）构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍。软岩强度低，易变形，其中储存的变形能随之释放；硬岩则相反。下页上页任务首页41（三）矿山压力显现 1、矿山压力显现 在矿山压力作用下，围岩和支架所表现出来的力学宏观现象，称为矿山压力显现。 矿压显现的形式主要有：工作面顶板下沉、支架变与形折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓起膨胀等。下页上页任务首页42 2、矿山压力控制 把所有人为的调节、改变和利用矿山压力的各种技术措施。（矿山压力的显现会给井下采掘工作造成不同程度的危害，为了维护采掘空间，就必须采取各种技术和措施加以控制。其中包括对采掘空间的支护、对软弱

20、岩体的加固、强制放顶等，也包括合理利用矿山压力为采煤工作服务。）下页上页任务首页43二、采煤工作面围岩移动特征 采煤工作面上方的岩层称顶板，下方的岩层称底板。根据顶板岩层和煤层的相对位置、及其垮落的难易程度，把采煤工作面顶板分为伪顶、直接顶和基本顶。 1基本顶2直接顶3伪 顶4煤 层5底板岩层下页上页任务首页44煤层顶底板岩层1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层下页上页任务首页45（一）直接顶的初次跨落 采煤工作面自开切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度，就要对采空区顶板进行初次放顶，使直接顶跨落下来，这一过程称作直接顶的初次跨落。直接顶初次跨落的跨距称为初次跨落步距

21、。开切眼直接顶初次跨落步距下页上页任务首页46 初次跨落步距的大小取决于直接顶岩层的强度、分层厚度和直接顶内节理裂隙的发育程度等，一般为612m。由于岩层破碎后体积将产生碎胀，直接顶跨落后堆积高度要大于原来的厚度。开切眼直接顶初次跨落步距下页上页任务首页47 若跨落岩层原来的体积为V，破碎后的体积位V ，则两者之比值称为碎胀系数，以KP表示，即 KP =V/V 岩石随胀后，在其上部岩层压力作用下，逐渐压实，使碎胀系数变小，岩块压实后的体积与破碎前原始体积之比称为残余碎胀系数以KP表示。开切眼直接顶初次跨落步距下页上页任务首页48 若直接顶岩层的总厚度为h，则它冒落后堆积的高度为Kph。它与基本

22、顶之间可能留下的空隙： = h+m Kph=m h(Kp 1) 当m= h(Kp 1)时，则=0，即冒落得直接顶充满采空区。若不计基本顶下沉，形成充满采空区所需直接顶的厚度为： h=m/(Kp 1) 减小直接顶跨落后岩堆与基本顶之间的空隙，有利于控制基本顶的活动。开切眼直接顶初次跨落步距下页上页任务首页49（二）基本顶的初次跨落 1、基本顶初次跨落前的岩层结构 若0时，随直接顶初次跨落，采煤工作面不断推进，基本顶在一定范围内呈悬露状态，此时可将基本顶视为一边由采煤工作面煤壁支撑，另外三边由煤柱支撑的一个“板”的结构。但是由于基本顶在采煤工作面方向上的长度远大于沿工作面推进方向的跨距，因此、可将

23、基本顶视为一端由采煤工作面煤壁支撑，另一端由煤柱支撑的两端固定的梁的结构。下页上页任务首页50基本顶初次来压步距 2、基本顶的初次跨落与初次来压（1）基本顶初次跨落 随着采煤工作面继续推进，直接顶不断跨落，基本顶悬露跨度逐渐增大并产生弯曲，当达到极限跨度时，基本顶将出现断裂，进而发生跨落。基本顶的第一次跨落称为基本顶初次跨落。下页上页任务首页51 （2）基本顶初次来压 基本顶由开始破坏直至跨落一般要持续一定时间，上方有时在基本顶跨落前的二三天，即出现顶板断裂的声响等来压预兆。在跨落前的12h采空区上方可能有隆隆巨响，通常煤壁片帮严重，顶板产生裂缝或掉渣，顶板下沉量和下沉速度明显增加，支架载荷迅

24、速增高，这种现象称为基本顶的初次来压。 基本顶初次来压时，其最大悬露跨度L初称为基本顶初次跨落步距。其值得大小取决于基本顶的强度、厚度、岩性等因素。下页上页任务首页52（三）基本顶的周期来压1、基本顶周期来压前状态 基本顶初次跨落后，随着采煤工作面继续推进，工作面上方的基本顶岩层由两端固定梁状态转变为悬臂梁状态。此时上覆岩层的重量将由基本顶的悬臂直接传递给煤壁，部分上覆岩层及已跨断的基本顶重量，将直接作用在已跨落得矸石上，采煤工作面空间处于基本顶悬臂的保护之下。下页上页任务首页532、基本顶周期来压及矿压显现特征（1）基本顶周期来压 当采煤工作面继续推进，基本顶悬臂跨度达到极限跨度时，基本顶在其自重及上覆岩层载荷的作用下，将沿工作面煤壁甚至煤壁之内发生折断和跨落。随着采煤工作面的推进，基本顶这种“稳定失稳再稳定”现象，将周而复始的出现，使采煤工作面矿山压力周期性明显增大。这种基本顶的周期性破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现，称为基本顶的周期来压。下页上页任务首页54（2）矿压显现特征 基本顶周期来压的主要表现形式：顶板下沉速度急剧增大，