目錄
1．問題的提出
2．礦井及采區概況
3．工業實驗
3.1工作麵布置
3.2頂板動態觀測
3.2.1礦壓觀測的目的
3.2.2礦壓觀測的主要內容
3.2.3測區布置:
3.2.4頂板動態儀
3.3回采工藝
3.4頂板管理
3.5堅硬頂板控製技術
3.5.1頂板極限跨距理論計算
3.5.2頂板極限跨距計算機模擬
3.5.3刀柱留寬理論計算
3.5.4刀柱留寬計算機模擬
4．經濟效益分析
1．問題的提出
一五一礦煤礦II號煤層頂板含有含礫輝綠岩，岩石堅硬，經開采實踐，采用Π鋼放頂煤回采工藝，回采工作麵推進30米時，采空區頂板不冒落，嚴重威脅回采工作麵的安全。
按照2006年版《煤礦安全規程》，一五一礦煤礦II號煤層平均厚度小於4米，不應采用放頂煤開采。如果采用機械化一次采全高開采，設備投資大，不適宜地方煤礦的開采規模和特點，且工作麵強製放頂工藝複雜，頂板堅硬難於施工。
如果采用分層開采，除工作麵強製放頂工藝複雜，頂板堅硬難於施工外，還存在底網下采煤工藝難度大、機械化程度要求高、再生假頂生成難、上下巷掘進維護困難、成本高等問題。
因此，本項目提出一種創新型的長壁台階錨杆支護空場采煤法，詳情後述。
2．井田概況
一五一礦煤田在嫩江縣多寶同鎮境內，距嫩江縣151公裏。工業場地地勢較高，海拔420米左右，本區溪流屬嫩江水係，夏季地表徑流通暢，冬季冰封斷流，主要河灣為泥鰍河，總體流向為南西。本區冬季嚴寒幹燥，夏季涼爽多雨。
本井田煤係地層的基底由一套古生界的變質岩及中生界上侏羅係龍江組地層組成，與煤係地層高角度不整合接觸，煤係地層上覆岩層為第四係的腐殖土、亞粘土及碎石組成的鬆散的堆積物。整體為一傾斜向南的單斜構造，地層總體走向為東西，並伴有一條斷層，地層傾角15度。本區所采煤層為一五一煤礦的II號煤層，煤層傾角9～15度，頂板為深灰色泥岩、粉砂質泥岩和灰黑色炭質泥岩，底板為灰、灰白色細砂岩、粗砂岩等。
本礦井充水水源主要為大氣降水補給，為低瓦斯礦井，煤塵有爆炸性危險，煤炭不易自燃。
由鑽孔資料可知，該區頂板致密，透水性差，所以注水軟化達不到預期效果，由於采高大，放頂充填時需放落頂板高度大，施工工藝複雜，經過分析比較，選用留刀柱方法對采空頂板進行支護。
3．工業實驗
3.1工作麵布置
工作麵位置由一五一煤礦選擇確定。工作麵長度初定80米。采用後退式回采，U型通風。上區段回采工作麵下巷和下區段回采工作麵上巷同時掘出，兩者之間煤柱10米，下區段回采工作麵上巷向上區段回采工作麵空場後下角供風，空場風流彙入回采工作麵上巷。
3.2頂板動態觀測
3.2.1礦壓觀測的目的
通過在回采巷道和回采工作麵內安設頂板動態儀，獲取回采巷道、采煤工作麵礦山壓力、礦山壓力顯現和礦山壓力分布規律之間的因果關係。通過記錄頂板下沉量、下沉速度繪製出巷道頂底板移近速度與時間、推進距離的關係曲線，供以後分析使用。
3.2.2礦壓觀測的主要內容
本次礦壓觀測的主要內容是巷道圍岩表麵位移觀測。
▲——動態儀
3.2.3測區布置:
在超前工作麵巷道中布置5台頂板動態儀,間距5m,依次為1、2、3、4、5。工作麵向前推進至儀器2m左右時回撤，再依次向前排設。
(井下每隔2小時記錄一次讀數。)
3.2.4頂板動態儀
KY—82型機械式頂板動態儀特點：用於測量頂底板移近量、移近速度，進行采場來壓預報，檢測支承壓力高峰位置等，是采場礦壓觀測的基本工具。
頂板動態儀參數：量程：0～200mm 高度：1000～ mm 分辨率：0.01（0.04）mm 重量：6.5kg（加接長杆）
精度：粗讀數誤差 ＜1% 微讀數誤差＜2.5%
使用環境： 溫度0～40℃ 濕度≤95%RH
電話： 0538－6227816
傳真： 0538－6221124
聯係人：時永桂 13953866778
技術服務：馬俊傑 13954881551
地址： 山東省泰安市岱宗大街223號山東科技大學院內
通信地址：山東省泰安市科大東門路北首
郵編：271000
信箱：unit-union@163.com
井下巷道頂板動態觀測記錄表
讀數時間
h,min 1號表 2號表 3號表 4號表 5號表 工作麵至
開切眼距離
S1 h0 h1 S2 h0 h2 S3 h0 h3 S4 h0 h4 S5 h0 h5
注：si——各測點至煤壁距離，i＝1、2、3…，m；
h0——各測點動態儀初讀數，mm；
hi——某一觀測時刻動態儀的讀數，i＝1、2、3…，mm；
3.3回采工藝
采用長壁後退式采煤法，回采工作麵煤壁設計成台階狀，把煤層人為分成上、下兩層，上、下分層厚度比一般1∶1，但上分層厚度一般不小於2.0米，上分層超前下分層回采，使回采工作麵形成台階。上分層超前下分層間距：最遠時3.5m，最近時2.3m。采用炮采工藝，上、下層分期爆破。煤壁鑽眼工具采用ZQS-50風煤鑽，耗氣量2.8 m3/min，三台使用，一台備用。每遍炮進深1.2m。上、下分層均采用雙排眼，炮眼排距1.2m，間距1.0m；上分層上排眼距煤層頂板0.3m，下排眼距下分層0.5m，下分層下排眼距煤層底板0.3m，上排眼距上分層0.5m。必須保證超前距離，防止把台階“采死”。刮板運輸機放在台階坡腳、煤層底板上。
回采工作麵支護方式采用錨杆支護，錨杆長度根據頂板岩石情況取0.8m～1.6m，錨杆直徑φ16mm，鋼筋錨杆，樹脂藥卷錨固。鑽眼工具采用MQT-85J-A型風動式錨杆打眼安裝機，耗氣量≤3.4m3/min，適用於岩石硬度≤f8，整機收縮高度1118.5±50 mm，整機伸長高度2449.5±50mm，江陰恒安機械有限公司生產，4台使用，兩台備用。
循環作業方式是：上分層分段拋擲爆破後，從回采工作麵上、下端頭向回采工作麵中部邊清理浮煤邊打頂板錨杆支護頂板，同時開動刮板運輸機裝煤出貨，之後下分層集中打眼，分段爆破，然後下分層出貨同時上分層打眼，然後進入下一循環的上分層分段拋擲爆破。
3.4頂板管理
回采工作麵采用錨杆支護；回采工作麵後方空間引用金屬礦山空場采礦法的頂板管理方式，利用煤層頂板堅硬的條件，不支護，回采期間不跨落；經計算機模擬，在回采空間不支護的情況下，能使煤層頂板不至於跨落的回采工作麵推進距離是46m（後附專項說明）。推薦礦方當回采工作麵推進30m時停采，在煤壁後方3米處布置深孔鑽機，向空場方向打鑽孔，終孔垂高5米，鑽孔傾角30～45度，孔深8～10米，孔間距3米，對空場進行強製放頂，避免頂板大麵積垮落，形成颶風。平行於采止線留出10m寬的煤條帶，重新送開切眼，在開切眼的後方煤條帶的上、下巷處施工密閉，密閉底腳設U形排水溝。密閉巷道出口設柵欄，並附“禁止入內”的鮮明警示牌。柵欄與密閉之間巷道內設瓦斯警報斷電儀，既監測瓦斯濃度，在瓦斯超限時切斷回采工作麵電源，又可監測密閉內空場頂板自然跨落時間。
深孔鑽機提出兩種型號供礦方選擇。
鎮江安達機械有限責任公司（鎮江煤礦專用設備廠）：
井下多功能液壓鑽機
(四支柱） ZDY-470、ZDY-548A、
ZDY-800型 ZDY-340型
型 號
項 目 ZDY-900
(MYZ-300) ZDY-800
(MYZ-200) ZDY-548A
(MYZ-150) ZDY-470
( MYZ-100) ZDY-340
(MYZ-75)
鑽進深度
(M) 200-300 200 150 100 75
回轉速度
(r/min) 10-300 100,200 76.5,119,
230 60,97,
225 88,175
全機重量
(kg) 1250 1200 1100 1060 480可解體，
最大件240
電機功率
(kw) 37/22 22/18 18/15 11 7.5
鑽杆直徑
(mm) φ63/φ50 φ50/φ42 φ50/φ42 φ42 φ42
開孔直徑
(mm) φ150，φ115，φ87 φ115、φ87
鑽孔方位角 360。一次錨固後可調±30。
終孔直徑
(mm) φ75，φ65
鑽孔傾角 0~±90。
轉動形式 液壓、機械傳動
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