03第三章 礦井開拓與開采g.doc

紅柳林礦井初步設計安全專篇（修改） 第三章礦井開拓與開采第三章 礦井開拓與開采3.1 礦井開拓系統(tǒng)3.1.1 井筒礦井達產(chǎn)時共有主斜井、副斜井、回風斜井3個井筒，除回風斜井井口在風井場地外，其余井口均位于礦井工業(yè)場地內(nèi)。另外，為解決礦井建設期間臨時通風問題，在回風斜井附近開鑿1個通風措施立井。主斜井裝備帶式輸送機，擔負原煤提升任務兼作進風井筒及安全出口；副斜井擔負輔助運輸任務，兼作進風井筒及安全出口；回風斜井擔負回風任務，兼作安全出口。通風措施立井擔負礦井建設期間臨時回風任務。礦井工業(yè)場地位于井田的東部，為黃土梁峁溝谷地貌，地勢西高東低，一般標高+1200m左右；風井場地位于礦井工業(yè)場地西約2km的平緩地帶處，西高東低，自然標高一般1265.00m。礦井所在區(qū)內(nèi)地表徑流主要有窟野河，經(jīng)本礦井田邊界以東由北向南流淌，為常年性河流。流經(jīng)本礦井工業(yè)場地東側約5km處向南經(jīng)神木縣城至賀家川鄉(xiāng)沙峁頭注入黃河。根據(jù)實測地形圖窟野河該段河床標高+960.00m，而礦井工業(yè)場地一般標高為+1200.00m左右，高出河床240m，沒有洪水威脅。由于主、副斜井井口及工業(yè)場地位于東部5-2煤露頭自燃邊界之外，主、副斜井井筒落底前大部分亦處于東部5-2煤露頭自燃邊界之外，因此無需留設工廣煤柱及主、副斜井井筒保護煤柱。風井場地及回風斜井井筒保護煤柱按建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程留設。風井場地按I級保護級別維護，場地周圍圍護帶寬度取15m，下伏各煤層按表土層移動角=45，基巖層移動角75計算保護煤柱范圍。3.1.2 盤區(qū)劃分及開采順序根據(jù)大巷的位置、地質構造、煤層賦存情況、采煤方法、井下運輸方式等因素，井下共劃分5個盤區(qū)，即南一盤區(qū)、南二盤區(qū)、北一盤區(qū)、北二盤區(qū)和西一盤區(qū)。盤區(qū)接替原則：從井筒附近由淺而深、由近而遠依次開采，即先采南一盤區(qū)。北一盤區(qū)、南二、北二、西一盤區(qū)依次為接續(xù)盤區(qū)。盤區(qū)內(nèi)工作面采用后退式回采。煤層開采順序為先采上部煤層，后采下部煤層。礦井前20年工作面接續(xù)計劃見表3.1-1，礦井前20年工作面接續(xù)位置見圖3.1-1。3.1.3 主要巷道根據(jù)各可采煤層的自然分布情況、長壁綜采工作面的布置要求、煤層頂?shù)装宓膸r性及煤層硬度，結合井下主、輔運輸方式，確定分煤層布置大巷，各煤層大巷之間通過斜巷或煤倉聯(lián)系，集中運輸大巷布置在5-2煤層，井下涌水主要集中到5-2煤層大巷。投產(chǎn)時，首先布置5-2煤層大巷。根據(jù)礦井通風和運輸?shù)男枰?，初期布?條大巷，即1條輔助運輸大巷、1條膠帶輸送機大巷和1條回風大巷；后期在增加1條輔助運輸大巷。4-2、4-4煤主、輔運輸大巷分別通過煤倉、輔運斜巷與5-2煤集中大巷聯(lián)系，4-2、4-4煤回風大巷大巷直接與風井聯(lián)系。后期分別在3-1、2-2煤層布置大巷。3-1煤層主、輔運輸大巷分別用煤倉和輔助運輸斜巷與4-2煤主、輔運輸大巷聯(lián)系，回風大巷直接與風井聯(lián)系；2-2煤層主、輔運輸大巷分別用煤倉和輔助運輸斜巷與3-1煤主、輔運輸大巷聯(lián)系，回風大巷與3-1煤回風大巷聯(lián)系。3.2 采煤方法及采區(qū)巷道布置3.2.1 采煤方法的合理性分析井田有可采煤層6層，分別為2-2、3-1、4-2、4-3、4-4、5-2煤。其中：2-2煤厚度為3.208.68m，平均厚度4.31m；3-1煤厚度為0.203.25m，平均厚度2.71m；4-2煤厚度為0.104.65m，平均厚度3.07m；4-3煤厚度為0.101.66m，平均厚度0.79m；4-4煤厚度為0.141.13m，平均厚度0.85m；5-2煤厚度為1.159.30m，平均厚度5.87m。5-2、4-2煤層為主采煤層。井田內(nèi)地質構造簡單，地層傾角小于5，構造總體趨勢為傾向NWW的單斜構造，井田西部為簡單的單斜，東部相對平緩。地震測線上未見大于15m的斷點，亦未見巖漿巖。煤層瓦斯含量低，水文地質條件簡單。頂板巖性為細粒砂巖、砂質泥巖，底板巖性為砂巖、砂質泥巖，煤層頂?shù)装逡子诠芾?。根?jù)本井田的煤層及頂?shù)装鍡l件，結合神東礦區(qū)的開采經(jīng)驗，確定各煤層采煤方法為走向長壁與傾斜長壁相結合采煤法，全部跨落法管理頂板。根據(jù)井田勘探地質報告，5-2煤層區(qū)內(nèi)見煤點130點，均可采，煤層厚度1.159.30m，平均厚度5.87m。從煤層兩極厚度上看差異較大，對采煤工藝及設備的選型有一定影響。5-2煤層全井田賦存，在114與外圍278號鉆孔連線一帶為薄煤區(qū)，在212與123號鉆孔連線一帶為中厚煤區(qū)，其余地段為厚煤區(qū)，東部零星出現(xiàn)特厚煤區(qū)。移交生產(chǎn)的南一盤區(qū)5-2煤厚度3.907.23m，平均厚度5.69m，南一盤區(qū)5-2煤層地質鉆孔統(tǒng)計分析詳見表3.21。根據(jù)國內(nèi)外厚煤層開采技術發(fā)展現(xiàn)狀，結合5-2煤層賦存特點，設計認為5-2煤層可供選擇的采煤方法主要有：分層綜采、放頂煤綜采、大采高一次采全厚綜采。1）分層開采自70年代在開灤礦務局唐山礦試驗成功厚煤層傾斜分層下行垮落金屬網(wǎng)假頂綜合機械化采煤法以后，分層開采的綜合機械化采煤工藝又有了進一步的發(fā)展，曾經(jīng)是我國厚及特厚煤層的主要采煤方法之一，在大中型礦井得到普遍采用，積累了較豐富的經(jīng)驗。但是，這種采煤方法采準巷道系統(tǒng)復雜，巷道掘進率高，巷道的掘進與維護費用高；上分層開采時要鋪設人工假頂，加大了工人的體力勞動強度，同時增加了工作面采煤作業(yè)循環(huán)時間和生產(chǎn)成本；對地質構造特別是斷層的適應性差；煤層厚度變化時容易丟煤；單產(chǎn)低、效率低、效益低。所以在新設計的大型礦井中，這種采煤方法使用得已越來越少。南一盤區(qū)5-2煤層地質鉆孔統(tǒng)計分析表表3.21序號鉆孔號煤層結構夾矸巖性計算煤厚(m)14106.20(0.35)0.25(0.40)0.60粉砂巖6.20 24116.30(0.30)0.35(0.30)0.54粉砂巖7.19 34120.70(0.55)6.15(0.25)0.40細粒砂巖7.25 43335.57(0.40)0.32(0.30)砂質泥巖5.57 5546.00(0.30)0.27(0.30)0.40粉砂巖6.00 63345.99(0.32)0.35(0.26)0.39泥巖、炭質泥巖6.73 7556.35(0.35)0.30(0.30)0.30(0.50)0.10(0.20)0.20粉砂巖6.35 8566.24(0.20)0.30泥巖6.54 9576.20(0.25)0.30(0.33)0.35泥巖6.50 10H5516.54(0.30)0.35泥巖6.89 11H5526.67(0.30)0.44泥巖7.11 12H5530.85(0.25)0.45(0.75)0.30泥巖、細粒砂巖1.30 13652.40(0.55)2.70(0.60)0.25(0.25)0.50細粒砂巖、泥巖、粉砂巖5.10 14665.80(0.45)0.35(0.25)0.40粉砂巖5.80 15675.64(0.30)0.40(0.20)0.45泥巖6.49 16685.50(0.30)0.35(0.25)0.40粉砂巖、泥巖6.25 17695.46(0.25)0.40(0.25)0.40粉砂巖6.26 186105.86(0.40)0.30(0.25)0.50泥巖、粉砂巖5.86 196116.00(0.20)0.30(0.30)0.30泥巖、粉砂巖6.60 206126.58(0.06)0.46泥巖7.04217-25.05(0.35)0.40(0.20)0.50粉砂巖5.95227-35.00(0.35)0.25(0.25)0.30(0.40)0.20(0.25)0.40泥巖、粉砂巖5.00 237-44.95(0.30)0.20(0.30)0.45粉砂巖、泥巖4.95 242165.33(0.29)0.24(0.29)0.47炭質泥巖5.33 257-50.40(0.30)4.25(0.28)0.95(0.22)0.27粉砂巖、泥巖5.87 267-65.30(0.20)0.30(0.25)0.40粉砂巖6.00 277-76.02(0.25)0.35泥巖6.37 282176.46(0.25)0.38炭質泥巖6.84 29786.30(0.20)0.39粉砂巖6.69 30H5716.68(0.20)0.30(0.70)0.20泥巖、粉砂巖6.98 31H5726.40(0.30)0.35(0.40)0.30泥巖、粉砂巖6.75 328-40.20(0.50)4.05(0.25)0.30粉砂巖4.35 338-54.35(0.20)0.20(0.25)0.30粉砂巖4.85 34863.90 35875.25(0.15)0.45泥巖5.70 36884.60(0.30)0.40粉砂巖5.00 37895.50(0.20)0.29泥巖5.79 389-54.00(0.30)0.40(0.20)0.35粉砂巖4.75 399-64.20(0.25)0.30(0.25)0.20粉砂巖4.50 40975.10(0.20)0.30泥巖5.40 41984.24(0.40)0.30(0.25)0.35粉砂巖、泥巖4.24 42994.75(0.22)0.35(0.20)0.40泥巖5.50 4310-13.00 442233.25(0.17)0.13炭質泥巖3.56 平均5.69 74 中煤國際工程集團北京華宇工程有限公司2）放頂煤開采我國自1982年開始試驗放頂煤開采方法以來，這種對開采厚煤層行之有效的技術日趨成熟，在我國厚煤層礦井中得到了普遍采用，并已開始向三軟、夾矸、硬煤等條件下的礦井進行延伸研究。2001年在煤層中硬、無夾矸、低瓦斯、煤厚79m、直接頂與老頂為厚層砂巖等條件下的兗礦集團已開始出現(xiàn)年產(chǎn)超5.00Mt的綜放工作面。實踐證明，在厚及特厚煤層中，綜采放頂煤較分層開采，簡化了巷道布置和回采工序，降低了回采巷道掘進率，減少了工作面搬家次數(shù)，節(jié)省了人工、材料和時間消耗，降低了成本；提高了工作面單產(chǎn)和工效；生產(chǎn)高度集中，有利于礦井的管理與控制，實現(xiàn)安全文明生產(chǎn)；對于地質條件比較復雜、斷層多、煤層厚度變化大的煤層適應性強。當然，放頂煤開采仍然存在著煤塵大，工作面回采率偏低，高瓦斯煤層有局部積聚危險和采空區(qū)浮煤易發(fā)火等固有問題尚待解決。同時煤層埋深、煤層厚度與強度、夾矸厚度、強度與層位、煤層裂隙發(fā)育程度等諸多地質因素也直接決定著放頂煤的效果。3）大采高綜采大采高綜采采煤方法是國外高產(chǎn)工作面采用的主要方法。我國從1978年起，開始試驗厚煤層大采高一次采全厚開采方法，至今已取得了長足進步。但由于我國的綜采設備制造技術尚不完備，使國產(chǎn)設備大采高技術未能在我國廣泛推行。國外高產(chǎn)高效綜采長壁工作面由于采用重型化、強力化、自動化和機電一體化的設備，走生產(chǎn)集中的途徑，工作面的單產(chǎn)和工效大幅度得到了提高。神東礦區(qū)自1985年開發(fā)建設以來，利用先進的管理思想和科技手段，將資源優(yōu)勢迅速轉變?yōu)樯a(chǎn)力優(yōu)勢，實現(xiàn)了高起點、快發(fā)展和高效率。2003年大柳塔、榆家梁、補連塔等礦井一井一面，其原煤產(chǎn)量均突破10.0Mt/a大關。4）大采高綜采與放頂煤綜采的分析比較（1）生產(chǎn)能力方面雖然輕型支架放頂煤技術在開采較薄厚煤層（3.56.0m）時取得了成功，但普遍工作面單產(chǎn)不高。兗礦集團綜放工作面近幾年的產(chǎn)量之所以能達到4.005.00Mt/a的全國最高生產(chǎn)水平，不僅與其有著得天獨厚的煤層和頂板條件以及高超的生產(chǎn)技術水平密不可分，也與其適當引進了后配套主、輔助運輸設備有關。在采用大采高綜采的工作面中，產(chǎn)量多在2.50Mt/a以上。其中全部使用國產(chǎn)設備的烏蘭木倫礦在煤層厚度適中、頂?shù)装鍡l件較好的情況下達到日產(chǎn)2萬t的好成績；使用引進設備的多數(shù)已突破5.00Mt/a，2002年11月投產(chǎn)的晉煤集團寺河礦設計采用引進設備，在試生產(chǎn)階段就達到了日產(chǎn)萬噸以上的水平，目前產(chǎn)量穩(wěn)定在6.00Mt/a左右。一方面表明國產(chǎn)設備還有待完善提高，同時表明大采高綜采的生產(chǎn)能力主要由設備的能力及其可靠性所決定。紅柳林井田煤層埋藏淺，5-2煤埋深56.72293.10m，平均145m。5-2煤頂板以細粒砂巖為主，巖石RQD值細粒砂巖為5587，平均73.14，巖石單軸飽和狀態(tài)下抗壓強度小于30MPa，屬軟弱巖石。煤層頂板礦壓強度低，煤質較硬，均不利于綜采放頂煤，放頂煤綜采工作面生產(chǎn)能力難以達到理想效果。設計認為紅柳林礦井地質及開采條件與神東礦區(qū)相似，采用引進大采高綜采設備年產(chǎn)量達到8.009.00Mt是有保障的。（2）生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)管理方面采煤方法的生產(chǎn)工藝特點決定了工作面生產(chǎn)管理的難易程度，放頂煤綜采回采工藝相對復雜，既有前方采煤機割煤，又有支架后方放煤。割煤與放煤兩道工序如不能有效協(xié)調(diào)將影響工作面效率，生產(chǎn)管理復雜。而大采高綜采由于回采工藝單一，管理簡單。（3）勞動衛(wèi)生方面放頂煤綜采工作面出煤點多，粉塵量高，據(jù)在成莊礦實測，放煤口10m范圍內(nèi)粉塵量均在1000mg/m3以上，回風巷粉塵量300500mg/m3以上，嚴重地危害工人的身心健康，同時，也不利于建設文明、高效的現(xiàn)代化礦井。（4）回采率方面放頂煤綜采工藝：據(jù)統(tǒng)計資料，工作面回采率平均為7080%，潞安、兗州、陽泉礦區(qū)最高達到85%，但需指出，漲煤率造成了回采率的統(tǒng)計誤差，此外，放頂煤造成了5%的灰分增加。按工作面平均回采率80%計算，盤區(qū)回采率為70%。大采高綜采工藝：紅柳林礦井南一盤區(qū)5-2煤平均煤厚5.69m，按最大采高6.0m計算，盤區(qū)回采率為80.3%，可滿足規(guī)范75%的要求。（5）塊煤率在采取適當技術措施后，大采高綜采塊煤率將介于放頂煤綜采與分層綜采之間，比放頂煤綜采低34%。5）采煤方法的確定本井田主采的5-2、4-2煤層均屬厚及中厚煤層，煤層賦存穩(wěn)定，傾角小，頂?shù)装宸€(wěn)定完整，開采條件優(yōu)越，利用綜采長壁開采最為合適，可充分發(fā)揮其潛力和取得更大經(jīng)濟效益。4-2、5-2煤層設計采用一次采全高為主的綜合機械化開采工藝。影響大采高一次采全厚綜采工作面回采率的因素主要是煤厚變化與綜采裝備的采高范圍不完全匹配，當煤厚大于最大采高時就會造成明顯的丟煤損失。經(jīng)測算，當最大采高為6m時，南一盤區(qū)回采率仍可達到80.3%，符合采區(qū)回采率大于75%的要求。根據(jù)國內(nèi)大采高綜采工作面比較成熟的經(jīng)驗，南一盤區(qū)5-2煤層設計采用大采高綜采一次采全厚，最大采高6.0m；對于東部零星出現(xiàn)的特厚煤區(qū)（北一盤區(qū)）今后可以進一步加大采高，目前類似條件下，我國最大設計采高已達7.3m； 5-2煤層的薄煤區(qū)及中厚煤區(qū)分布在后期開采的西部區(qū)域，適合薄及中厚煤層一次采全厚綜采工藝開采。2-2、3-1煤層分布在后期開采的西部區(qū)域，屬厚及中厚煤層，適合一次采全厚綜采工藝開采。由于薄煤層開采存在著政策、技術、裝備等諸多問題，多年來在各煤礦未得到應有的重視，特別是進入市場經(jīng)濟后，煤炭企業(yè)往往為了追求好的經(jīng)濟效益，使得很多礦區(qū)薄煤層開采處于停滯甚至倒退狀況。薄煤層開采的產(chǎn)量比重在20世紀70年代以前，保持在16%17之間，與薄煤層儲量比例相近。80年代以來，中厚煤層機械化采煤技術快速發(fā)展，但薄煤層開采技術發(fā)展緩慢，薄煤層產(chǎn)量比重逐步下降，到1988年已降至10.93，到1996年只占 7.32。隨著各大煤礦中厚煤層的不斷開采，薄煤層將逐漸增多，瓦斯突出問題越來越嚴重，有些礦已經(jīng)到了不開解放層已無主采煤層可采的狀況，如：兗礦集團目前薄煤層儲量已占40以上。薄煤層不能及時合理開采，必然造成煤炭資源浪費，縮短礦井服務年限，影響礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。德國DBT公司是世界上研制刨煤機最早、產(chǎn)量最大、技術水平最高的一家公司，曾研制成功多種拖鉤刨、滑行拖鉤刨、滑行刨等機型。目前刨煤機的技術水平已發(fā)展到了采高0.63 m，截深最大可達300 mm，可刨煤硬度f=4，刨速最高可達3m/s，刨鏈達42 mm，裝機功率最大可達 2800 kW，鋪設長度達300 m。遼寧鐵法煤業(yè)公司小青礦自2000年全國第一家引進全自動化刨煤機工作面開采工藝及裝備，先后創(chuàng)出了日產(chǎn)9188t和月產(chǎn)15.13萬t的好成績。全自動化刨煤機系統(tǒng)引進了德國DBT采礦技術公司刨煤機、運行軌道及電液控制系統(tǒng)的核心技術，為工作面生產(chǎn)配套的其他設備全部由國內(nèi)生產(chǎn)廠家制造。目前為止，全自動化刨煤機系統(tǒng)大同煤礦集團公司、山西焦煤集團公司都得到了較好的應用。為了充分開發(fā)利用煤炭資源，本井田4-3、4-4薄煤層采用全自動化刨煤機長壁綜合機械化開采工藝。移交生產(chǎn)的南一盤區(qū)4-4煤層可采范圍內(nèi)煤層厚度0.801.13m，平均厚度0.99m。工作面的最大采高為1.13m，最小采高0.8m。3.2.2 采掘設備的安全性紅柳林井田煤層賦存平緩，埋藏淺，頂板一般為粉砂巖，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定類型，底板為泥質粉砂巖、砂頁巖，也較穩(wěn)定。多年的生產(chǎn)實踐表明，高工作阻力的二柱掩護式支架能適應頂?shù)装鍖儆谥械确€(wěn)定的長壁工作面。結合國內(nèi)外高產(chǎn)高效工作面經(jīng)驗，工作面液壓支架采用掩護式。礦井投產(chǎn)時，生產(chǎn)能力10.0Mt/a。投產(chǎn)盤區(qū)為南一盤區(qū)，盤區(qū)內(nèi)布置1個5-2煤層大采高綜采工作面；達到礦井設計生產(chǎn)能力12.0Mt/a時，在南一盤區(qū)增加1個4-4煤層刨煤機綜采工作面。15-2煤層大采高綜采支架選型1）架型選擇根據(jù)神東礦區(qū)投產(chǎn)的大柳塔、補連塔及上灣礦高產(chǎn)高效工作面的經(jīng)驗，高工作阻力的二柱掩護式支架能適應頂?shù)装鍖儆谥械确€(wěn)定的長壁工作面。結合本井田煤層頂?shù)装鍘r性條件，設計選用掩護式液壓支架。2）支架高度a支架最大結構高度（Hmax）Hmax=mmax+S1式中 mmax 煤層最大采高，取6.0m；S1偽頂或浮煤冒落厚度，取0.10.3m；對薄煤層或頂板穩(wěn)定，取下限；對厚煤層或頂板中等穩(wěn)定以下，取上限；對有易冒落偽頂時，應特殊考慮Hmax = mmax +S1=6.0+0.3=6.3m。b支架最低結構高度（Hmin）支架的最低結構高度為滿足頂板下沉量、與采煤機的配套以及整架運輸?shù)纫?，可以根?jù)具體情況，分別計算：（a）一般Hmin=mminSa，m式中 mmin煤層最小采高，m；S在控頂區(qū)范圍內(nèi)頂板的最大下沉量，m；a支架卸載前移時的可縮余量，一般取0.05m對于一般情況，支架的最小結構高度應比最小采高小0.20.35m左右，即Hmin mmin(0.20.35)，m（b）考慮整架運輸，支架最小高度應滿足Hmin H(h1+K2)，m式中 H巷道凈高或大巷架線高度，m；h1支架運輸車高度，m；K2安全間隙，K2=0.10.2m（c）為滿足配套要求，支架最小高度應滿足Hmin H0+h0+K5，m式中 H0采煤機機面高度，m；h0采煤機上方頂梁最大厚度，m；K5安全高度，K50.20.3m綜上所述，液壓支架的最大高度為6.3m，最小高度根據(jù)運輸要求取2.8m左右。3）支架支護強度的計算a我國經(jīng)驗公式P=Mn10-2/（K-1）b西德經(jīng)驗公式P=12M10-2c日本經(jīng)驗公式P=（2+3）M10-2式中 P支架單位面積上的載荷，Mpa；M煤層開采厚度，m；取6 m頂板巖石容重，t/m3；取2.7t/m3n支架受力不均衡系數(shù)；取2K頂板巖石破碎膨脹系數(shù)。取1.3計算結果為：P=0.721.08Mpa，即所選液壓支架支護強度應不低于P=0.721.08Mpa。國外長壁工作面的生產(chǎn)經(jīng)驗表明，液壓支架是工作面裝備中投資最多的設備，約占6070%，因此他們把支架的可靠性放在首位，不但要穩(wěn)定可靠、故障率低，而且使用壽命要長，近年來液壓支架有向重型化發(fā)展的趨勢，支架工作阻力逐年增加。例如：美國長壁工作面中支架工作阻力大部分在70008000kN，最大的兩柱掩護式支架工作阻力達到9800kN；澳大利亞百萬噸長壁工作面中，液壓支架的工作阻力都在630t以上，最高達800t。而上述兩國的煤層埋深都在500m以內(nèi)，一般不超過300m。根據(jù)支架支護強度的計算，結合高產(chǎn)高效工作面的特點，初步選擇ZY12000/28/63D型，高度2.86.3m，工作阻力12000kN，重約50t/架。24-4煤層刨煤機綜采支架選型1）架型選擇工作面液壓支架采用掩護式。2）支架高度a支架最大結構高度（Hmax）Hmax = mmax+S1式中 mmax 煤層最大采高，m；取1.13mS1偽頂或浮煤冒落厚度，m；取0.10.3m；對薄煤層或頂板穩(wěn)定，取下限；對厚煤層或頂板中等穩(wěn)定以下，取上限；對有易冒落偽頂時，應特殊考慮Hmax = mmax +S1=1.13+0.3=1.43m。b支架最低結構高度（Hmin）支架的最低結構高度為滿足頂板下沉量、與采煤機的配套以及整架運輸?shù)纫?，可以根?jù)具體情況，分別計算：（a）一般Hmin = mminSa，m式中 mmin煤層最小采高，m；取0.8mS在控頂區(qū)范圍內(nèi)頂板的最大下沉量，m；a支架卸載前移時的可縮余量，一般取0.05m對于一般情況，支架的最小結構高度應比最小采高小0.20.35m左右，即Hmin mmin(0.20.35)，m（b）考慮整架運輸，支架最小高度應滿足Hmin H(h1+K2)，m式中 H巷道凈高或大巷架線高度，m；h1支架運輸車高度，m；K2安全間隙，K2=0.10.2m（c）為滿足配套要求，支架最小高度應滿足Hmin H0+h0+K5，m式中 H0采煤機機面高度，m；h0采煤機上方頂梁最大厚度，m；K5安全高度，K5 0.20.3m綜上所述，液壓支架的最大高度為1.43m，最小高度根據(jù)運輸要求取0.6m左右。3）支架支護強度的計算a我國經(jīng)驗公式P=Mn10-2/（K-1）b西德經(jīng)驗公式P=12M10-2c日本經(jīng)驗公式P=（2+3）M10-2式中 P支架單位面積上的載荷，Mpa；M煤層開采厚度，m；取0.99 m頂板巖石容重，t/m3；取2.7t/m3n支架受力不均衡系數(shù)；取2K頂板巖石破碎膨脹系數(shù)。取1.3計算結果為：P=0.120.18MPa，即所選液壓支架支護強度應不低于P=0.120.18MPa。根據(jù)支架支護強度的計算，結合高產(chǎn)高效工作面的特點，對液壓支架的技術參數(shù)要求如下：架型為掩護式，支撐高度0.61.43m，支護強度不低于P=0.120.18MPa。初步選擇ZY36006/18型，支撐高度0.61.8m，寬度1.5m，工作阻力3600kN。3.2.3 盤區(qū)巷道布置盤區(qū)巷道布置的主要原則是簡化巷道系統(tǒng)和運輸環(huán)節(jié)并為無軌膠輪車運輸創(chuàng)造條件。根據(jù)井田開拓部署，本著多做煤巷、少做巖巷的原則，移交生產(chǎn)時，5-2煤輔助運輸大巷、膠運大巷、回風大巷均布置在煤層中。南一盤區(qū)5-2煤層利用大巷直接布置工作面即條帶式開采。4-4煤層膠運大巷、輔助運輸大巷通過盤區(qū)煤倉和輔運斜巷與5-2煤層膠運大巷、輔運輸大巷聯(lián)通，4-4煤層回風大巷直接與回風斜井聯(lián)通，4-4煤層利用大巷直接布置工作面即條帶式開采。北一盤區(qū)4-2煤層膠運大巷、輔助運輸大巷通過盤區(qū)煤倉和輔運斜巷與5-2煤層膠運大巷、輔運輸大巷聯(lián)通，4-2煤層回風大巷直接與回風斜井聯(lián)通，4-2煤層利用大巷直接布置工作面即條帶式開采。盤區(qū)煤倉服務4-2煤層和4-4煤層，煤倉凈直徑為4.0m，高度為56m，煤倉容量為910t。南一盤區(qū)走向長約3.5km，傾斜寬約8.3km，面積29.2km2，可采儲量175.25Mt。南一盤區(qū)5-2煤層利用5-2煤大巷直接布置工作面開采，綜采工作面布置4條順槽，其中2條進風（為1條輔助運輸順槽和1條膠帶輸送機順槽），2條回風（接續(xù)工作面為1條回風），順槽中心距25m，順槽均直接（或通過風橋）與大巷相搭接。南一盤區(qū)5-2煤層巷道布置見圖3.21。南一盤區(qū)4-4煤層利用4-4煤大巷直接布置工作面開采，刨煤機綜采工作面布置4條順槽，其中2條進風（為1條輔助運輸順槽和1條膠帶輸送機順槽），2條回風（接續(xù)工作面為1條回風），順槽中心距25m，順槽均直接（或通過風橋）與大巷相搭接。南一盤區(qū)4-4煤層巷道布置見圖3.22。3.2.4 盤區(qū)運輸系統(tǒng)（1）煤炭運輸?shù)V井投產(chǎn)時，布置南一盤區(qū)5-2煤采掘工作面，5-2煤煤炭運輸系統(tǒng)為：5-2煤回采工作面5-2煤膠帶輸送機順槽5-2煤膠帶輸送機大巷主斜井地面。5-2煤掘進工作面出煤，經(jīng)其配套的膠帶輸送機轉載，匯入到5-2煤膠帶輸送機大巷主煤流系統(tǒng)。礦井達產(chǎn)時，增加南一盤區(qū)4-4煤采掘工作面， 4-4煤煤炭運輸系統(tǒng)為：4-4煤回采工作面4-4煤膠帶輸送機順槽4-4煤膠帶輸送機大巷盤區(qū)煤倉5-2煤膠帶輸送機大巷主斜井地面。4-4煤掘進工作面出煤，經(jīng)其配套的膠帶輸送機轉載，匯入到4-4煤膠帶輸送機大巷主煤流系統(tǒng)。（2）井下矸石正常生產(chǎn)期間，矸石盡可能由鏟車將其填入井下廢棄巷道，特殊情況下也可用無軌膠輪車運到地面排矸場地排棄。（3）材料設備運輸 井下所需材料設備，在地面裝車后，由無軌膠輪車通過副斜井下井，經(jīng)輔助運輸大巷，直接運送到各使用地點，無需轉載。工作面綜采支架搬家，由支架搬運車直接搬運至另一準備工作面，或由支架搬運車將地面檢修過的綜采支架直接通過副斜井搬運至工作面，也可把工作面的綜采支架由支架搬運車通過副斜井升至地面檢修。（4）人員運輸下井人員可乘坐客貨膠輪車從副斜井下井，經(jīng)輔助運輸大巷運送到各工作地點，或由各工作地點經(jīng)輔助運輸大巷從副斜井升井。井下運輸系統(tǒng)見圖3.23。3.3 頂板管理及沖擊地壓3.3.1 頂板災害防治及裝備3.3.1.1 影響礦山壓力顯現(xiàn)基本因素分析1主采煤層頂、底板巖性特征（1）4-2煤頂板以粉砂巖、細粒砂巖為主，巖石RQD值泥巖6776，平均71.30，細粒砂巖57.3072.80，一般65.05。巖石單軸飽和抗壓強度小于30Mpa，屬軟弱巖石，巖體完整性中等，屬不穩(wěn)定性頂板；煤層底板以泥巖為主，巖石RQD值2878，一般58.85，巖石單軸飽和抗壓強度小于30MPa，屬不穩(wěn)定性底板，泥巖遇水膨脹，易發(fā)生地鼓。（2）5-2煤頂板以細粒砂巖為主，巖石RQD值細粒砂巖為5587，平均73.14，巖石單軸飽和狀態(tài)下抗壓強度小于30Mpa，屬軟弱巖石，巖體完整性中等較完整，屬不穩(wěn)定性頂板；煤層底板為粉砂巖、細粒砂巖，巖石RQD值粉砂巖54.5084.20，一般為66.85，細粒砂巖59.4094.10，一般80.51。巖石單軸飽和狀態(tài)下抗壓強度小于30Mpa，屬軟弱巖石，巖體完整性中等較完整，底板穩(wěn)定性較好。而在24、92、62、93、612鉆孔中出現(xiàn)泥巖底板，易遇水膨脹，發(fā)生地鼓。2斷層與褶曲神北礦區(qū)位于陜北侏羅紀煤田東部，地層總體為NWW向緩傾斜、傾角不足1的單斜構造。歷次構造運動在礦區(qū)內(nèi)主要以垂向運動為主，形成了一系列平行不整合面，未形成較大的褶皺與斷裂，亦無巖漿活動，局部地段發(fā)育有緩波狀起伏。紅柳林井田位于神北礦區(qū)南部，井田內(nèi)地層平緩，5-2煤底板標高最高+1094m，最小+990m，傾角不足2，構造總體趨勢為傾向NWW的單斜構造，井田西部為簡單的單斜，東部相對平緩。地震測線上未見大于15m的斷點，亦未見巖漿巖。3節(jié)理、裂隙常見的與局部冒頂有關的節(jié)理、裂隙有多種：如人字型裂隙、草帽裂隙、鍋底狀裂隙。人字形裂隙切割的三角巖塊，煤采出后易脫落發(fā)生局部冒頂。草帽裂隙的底面積較人字形裂隙大，其危害與人字形裂隙相同。這兩種裂隙的長軸處于沿工作面推進方向時，離層后易整體垮落，有時把支架推倒，發(fā)生大冒頂。鍋底狀裂隙的直徑有34m，厚度與裂隙面有關。鍋底狀裂隙邊緣頂板破碎，容易漏矸和局部冒頂。頂板被四周裂隙切割成長方形或菱形等的游離巖塊，特別是厚度1m左右的，最易脫落傷人。發(fā)育的直立裂隙有時切割全部直接頂，并可能向上延伸到老頂內(nèi)。煤層采出后，被裂隙切割一端的頂板下沉和水平移動，裂縫變寬，易發(fā)生掉碴漏粉現(xiàn)象，有時直立裂隙又是巖層水的通道，使工作面產(chǎn)生淋水。另一方面，直立裂隙不僅能改變直接頂?shù)目迓洳骄?，而且能改變老頂?shù)目迓洳骄唷Ｆ叫泄ぷ髅娴闹绷⒘严冻３Ｔ诨刂鶗r切斷工作面頂板，推倒工作面支架，發(fā)生大冒頂。傾向煤壁的斜裂隙使頂板在控頂距內(nèi)產(chǎn)生臺階錯動，在頂板具有含水層或老塘積水條件下，回采空間淋水增加，惡化工作條件，降低直接頂巖石強度，并使支架經(jīng)受側推力，容易造成冒頂。4開采深度開采深度較大會使工作面周圍的支承壓力峰值和影響范圍增加，在頂?shù)装鍘r石穩(wěn)定或堅硬、煤層具有沖擊傾向性的條件下，容易發(fā)生煤爆，在沼氣大的礦井容易引起煤及沼氣突出。本井田延安組下部的5-2煤埋深56.7293.1m，平均145.6m，開采深度相對較淺。5生產(chǎn)工序和工作面推進速度許多礦壓實測資料表明，對工作面頂?shù)装逡平俣扔绊懽畲蟮纳a(chǎn)工序，主要是落煤和放頂?？梢哉J為，加快工作面推進速度可以抑制礦山壓力的顯現(xiàn)，但不能從根本上改變落煤和放頂兩工序對頂?shù)装逡平康挠绊?。綜采液壓支架工作面推進速度對頂?shù)装逡平坑绊懞苄?，當工作面推進速度達到一定值后，頂?shù)装逡平繉⒉粫忻黠@變化。在組織生產(chǎn)時，不易將落煤和放頂兩工序同時進行，以避免頂板的劇烈活動，下沉速度增大。6采高和控頂距工作面頂板移近量是礦山壓力顯現(xiàn)的一個重要參數(shù)，它同采高和控頂距有密切的關系。采高與煤層的賦存條件和工作面所用的工藝方式有關。采高越大，頂板壓力越大，直接頂?shù)姆€(wěn)定性也越降低。為了減小頂板下沉量，利于頂板管理，在符合煤層條件及工藝方式的要求時，可以適當降低采高。最大控頂距與放頂寬度有關。放頂距小，頂板放不下來，會增加支架的壓力；放頂寬度太大，采空區(qū)跨落的面積太大將易撞到支架，引起冒頂。3.3.1.2 一般頂板冒落災害的防治措施及裝備1回采工作面頂板管理方式、液壓支架的選擇1）回采工作面頂板管理方式 （1）工作面支護 采煤工作面使用自移式液壓支架支護，可有效控制頂板下沉，給頂板一定的阻力，使頂板的下沉速度變慢，防止直接頂在采場范圍內(nèi)破碎下沉，保證采煤工作的正常生產(chǎn)。（2）頂板管理隨著回采工作面的向前推進，液壓支架前移，頂板隨著垮落，即全部垮落法管理頂板。如果回采工作面的控頂距離超過作業(yè)規(guī)程時，立即停止采煤，采取人工或其它有效措施管理。2）采煤工作面支架選型紅柳林井田煤層賦存平緩，埋藏淺，頂板一般為粉砂巖，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定類型，底板為泥質粉砂巖、砂頁巖，也較穩(wěn)定。多年的生產(chǎn)實踐表明，高工作阻力的二柱掩護式支架能適應頂?shù)装鍖儆谥械确€(wěn)定的長壁工作面。結合國內(nèi)外高產(chǎn)高效工作面經(jīng)驗，工作面液壓支架采用掩護式。根據(jù)支架支護強度的計算，結合高產(chǎn)高效工作面的特點，5-2煤層大采高綜采工作面初步選擇ZY12000/28/63D型，高度2.86.3m，工作阻力12000kN。4-4煤層刨煤機綜采工作面初步選擇ZY36006/18型，支撐高度0.61.8m，寬度1.5m，工作阻力3600kN。2巷道支護方式根據(jù)巷道布置，為方便工作面回采和節(jié)省工程費用，所有順槽和沿煤層頂板掘進的巷道以及橫貫一般均采用矩形斷面；其它沿煤層底板掘進的巷道、過構造帶和抬頭段等穿層巷道、硐室工程均采用半圓拱形斷面。巷道除局部必要的部位采用混凝土砌碹和支架支護外，均為樹脂錨桿錨梁網(wǎng)（噴）支護。對于服務年限較長的大巷等煤層巷道，均噴混凝土保護層，以防止煤層風化和氧化。掘進工作面應根據(jù)其支護方式不同采取相應技術措施；錨噴巷道噴厚一定要滿足設計要求，并測定其圍巖松動圈和錨桿的錨固力，確保其強度和支護效果。綜合機械化采煤要求巷道斷面大，加之煤巷數(shù)量多，需要考慮運輸，通風和礦壓等因素確定合理的斷面和支護形式。設計通過類比、計算，結合礦井的具體情況，對各類巷道的斷面及支護形式確定如下：（1）紅柳林礦井主、副及回風斜井巷道凈斷面分別為15.8m2、20.2m2、20.2m2，表土段采用混凝土砌碹支護，基巖段采用錨噴支護，普通法施工。（2）高產(chǎn)高效工作面裝備及內(nèi)燃無軌運輸設備的采用均要求加大巷道斷面，根據(jù)上述條件和要求，確定本礦井所有煤巷斷面為矩形，寬度5.06.0m，高度一般為2.73.6m，采用樹脂錨桿錨梁網(wǎng)（噴）支護。（3）開切眼采用錨桿支護，因斷面較大，必要時增加錨索。在工作面前25m的順槽內(nèi)，采用單體液壓支柱加強支護，以承受因工作面采動而增加的移動支撐壓力。各種巷道斷面尺寸及支護方式見表3.31。巷道斷面一覽表表3.31序號斷面及編號支護材料凈斷面（m2）設計掘進斷面（m2）1主斜井表土段混凝土15.827.1主斜井基巖段錨噴15.818.12副斜井表土段混凝土20.230.3副斜井基巖段錨噴20.223.73回風斜井表土段混凝土21.328.2回風斜井基巖段錨噴21.322.945-2煤層輔助運輸大巷錨梁網(wǎng)噴20.222.855-2煤層回風大巷錨梁網(wǎng)噴20.221.665-2煤層膠帶輸送機大巷錨梁網(wǎng)噴18.019.875-2煤層大巷橫貫錨梁網(wǎng)18.019.885-2煤層膠帶輸送機順槽錨梁網(wǎng)18.019.395-2煤層輔助運輸順槽錨梁網(wǎng)16.317.5105-2煤層回風順槽錨梁網(wǎng)16.317.5115-2煤層順槽橫貫錨梁網(wǎng)16.317.5125-2煤層工作面開切眼錨梁網(wǎng)27.228.7135-2煤層工作面尾巷錨梁網(wǎng)16.317.5144-2煤層輔助運輸斜巷錨網(wǎng)噴20.223.0154-2煤層通風聯(lián)絡錨梁網(wǎng)噴20.222.7164-4煤層輔助運輸大巷錨梁網(wǎng)噴15.117.5174-4煤層回風大巷錨梁網(wǎng)噴15.116.3184-4煤層膠帶輸送機大巷錨梁網(wǎng)噴13.515.1194-4煤層膠帶輸送機順槽錨梁網(wǎng)14.315.4204-4煤層輔助運輸順槽錨梁網(wǎng)13.014.0214-4煤層回風順槽錨梁網(wǎng)13.014.0224-4煤層順槽橫貫錨梁網(wǎng)13.014.0234-4煤層工作面開切眼錨梁網(wǎng)16.217.4244-4煤層工作面尾巷錨梁網(wǎng)13.014.03主要大巷、交岔點及大硐室支護的選擇論證高產(chǎn)高效工作面裝備及內(nèi)燃無軌運輸設備的采用均要求加大巷道斷面，設計本礦井所有煤巷斷面為矩形，寬度4.85.6m，高度一般為3.6m，采用樹脂錨桿錨梁網(wǎng)（噴）支護，必要時增加錨索。這種支護方式在我國已得到普遍推廣使用（如神東礦區(qū)的大柳塔、補連塔及上灣礦已有成功經(jīng)驗），其原因有以下幾個方面：（1）使用連采機掘進，巷道頂壁規(guī)整，對圍巖的震動破壞作用??；（2）安裝錨桿后能緊貼頂板，并產(chǎn)生較大的初撐力；（3）作為早期承載支護（主動支護），錨固后的錨桿產(chǎn)生向上而作用于直接頂上的力，可減少巖層分離的可能性。作為后期承載支護（被動支護），當頂板下沉和巖層分離時，錨桿相當于立柱支撐作用。（4）施工機具配套，支護及時，頂板尚未變形時錨桿就起到支護作用。本井田煤層埋藏淺，圍巖條件好，巷道變形量及變形速度小，故采用錨梁網(wǎng)（噴）是合適的。大硐室支護設計暫考慮采用混凝土砌碹支護，施工和生產(chǎn)過程可中根據(jù)實際揭露圍巖情況，對巷道和硐室支護進行適當調(diào)整，以保證支護既能起到應有的安全作用又不過分增加支護費用。3.3.1.3 堅硬頂板跨落災害的防治措施本井田各煤層頂板屬不穩(wěn)定較穩(wěn)定類型。結合鄰近礦區(qū)礦井的生產(chǎn)實際情況，所開采的煤層無堅硬頂板，一般開采均能正?？缏?。3.3.2 沖擊地壓影響沖擊地壓發(fā)生的因素主要有：1地質因素（1）采深：由于煤體內(nèi)的應力幾乎與采深成正比，因此，采深越大，煤體的應力越高，煤體變形和積聚的彈性潛能也越大。（2）地質構造：構造應力的作用可以使發(fā)生沖擊地壓的臨界深度明顯減小，在構造應力集中的構造地帶，構造應力能促使發(fā)生沖擊地壓。（3）煤巖結構和物理力學特性：煤層較硬，易發(fā)生脆性破壞，則煤層具有強傾向性；煤層頂板堅硬并有大面積懸頂時，會使煤體承受較高的支承壓力，容易發(fā)生沖擊地壓；煤層底板強度較高，會由于頂?shù)装鍖γ簩拥膴A制作用，使煤體承受較高的壓力作用，易于積聚能量。2開采因素（1）煤柱：留煤柱開采或所留煤柱偏小所形成的應力集中是發(fā)生沖擊地壓的條件之一，因此應盡可能不留煤柱或在需要的情況下，留設較大的煤柱，防止應力集中。（2）巷道布置：同一區(qū)