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1、贵州省 XX 县 XX 镇 XX 煤矿采面支护改革可行性研究 第 1 页前 言我国是世界上采矿最早的国家之一。明代末年所出的天公开物中，已具体地记述了井下矿石开采、支护和充填的情况。随着开采业的不断发展以及采矿规模的不断扩大，经常出现顶板冒落、巷道堵塞或地表塌陷等事故，迫使人们不得不重视和研究矿山压力问题。建国以来，特别是进入 21 世纪以来，随着支护和防冒顶技术的深入发展，新技术、新材料、新工艺、新设备的不断使用，矿井支护技术取得了令人瞩目的成就，技术面貌发生了巨大的变化，获得了良好的技术经济效果。但是随着国家经济的发展以及对煤炭资源需求的增大，煤矿开采及建设速度的加快，也暴露出部分煤矿业主
2、只追求经济效益而忽视安全投入和技术投入的不足，从而带来了一系列安全事故。2005 年贵州省煤矿各类事故的同比和所占比例情况见表一，在煤矿各事故类的死亡人数中，顶板事故发生次数所占比例很大，约为 55.28%。顶板事故死亡人数仍为最多。顶板仍是煤矿安全生产的主要隐患。表一： 2005 年煤矿事故类别表事故类别 起数 同比 (%) 占起数 % 死亡人数 同比 (%) 占人数 %总 计 521 -9.90 837 -10.00顶 板 288 -12.2 55.28 332 -13.99 39.67瓦 斯 85 -24.11 16.31 311 -7.16 37.16机电运输 102 5.15 19.
3、58 103 -0.96 12.31水 害 21 10.53 4.03 65 -23.53 7.77其 它 25 13.64 4.80 26 30 3.11贵州省 XX 县煤炭资源丰富。随着国家的产业政策、资源保护和环保政策的日益严格以及西部大开发的战略实施，全县现有煤炭供需形式正在转变，省内外煤炭需求量也不断加大，市场较为广阔。本县煤矿建设发展较快，一批有证矿井实现了改扩建，同时新建矿井也不少。但是许多煤矿的采煤方法、回采工艺和支护的技术含量低，其采面多采用木柱和金属摩擦支柱为主，巷道、采面顶板事故时有发生。因此迫切需要进行工作面、采面支护改革，积极创造条件推广煤矿支护新技术，规范顶板安全管
4、理，以杜绝顶板事故的发生。XX 县 XX 煤矿矿井位于 XX 县草塘镇，距 XX 县直线距离 9km，业务隶属 XX 县煤炭工业局管辖。矿区井田面积约 km2。矿井年设计生产能力 6 万 t，设计主采煤层1 层（为 D 煤层） 。煤层倾角 1520，平均 18，煤种为肥煤。煤炭保有储量 万贵州省 XX 县 XX 镇 XX 煤矿采面支护改革可行性研究 第 2 页t，可采储量 52.9 万 t，服务年限约 年。XX 煤矿采用斜井开拓，现矿区+890m 标高以上已经由原有的系统回采完毕，矿区下部资源未开采，开采时需进行技术改造。2004 年 3 月贵州省煤炭管理局设计研究所编制的贵州省 XX 县 X
5、X 煤矿技术改造方案设计提出了采用斜井开拓，布置运输上山和回风上山，在运输上山、回风上山南侧施工 D110 回采工作面。XX 煤矿现有回采工作面采用木支护，支护方式较为落后，安全状况不好，迫切需要改变回采工作面支护方式。外注式液压支柱配合铰接顶梁支护具有：初撑力大，升阻快的特点，一般初撑力为 70100kN 以上，而木支柱仅为 520kN，而且液压支柱达到工作阻力的时间比木支柱快 25 倍；恒阻承载波动小，工作可靠，单体液压支柱一般为 510%，木支柱为 4070%，因此，相同地质条件下，液压支柱工作面的顶板下沉量比木支柱工作面减少 5080%，减少了顶板的下沉离层，工作面的端面顶板破碎度减小
6、，有效地控制了顶板；操作简便，安全可靠的单体液压支柱的支柱和回柱效率比木支柱高二倍（木料基本不回收） ，回柱可远距离操作，工伤事故成倍减小。通过认真分析业主提供的地质资料和收集的生产技术信息，认为在 XX 煤矿回采工作面中采用 DZ18-30/100 型单体液压支柱，能够取得良好的技术经济效果和安全效益，其概算投资为 57.21 万元。第一章 项目建设的意义和必要性第一节 项目建设的意义贵州以“江南煤海”著称，全省煤炭资源远景储量 2410 亿吨，保有储量为 498 亿吨，是江南 12 个省区的总和，居全国第 5 位，具有储量大、煤种全、埋藏浅、分布聚、组合好的特点，煤层中还蕴藏着丰富的可供开
7、发煤层气。贵州磷、煤、铝、铁等矿产资源丰富，以电力为依托发展优势原材料产业具有得天独厚的优势。然而，随着新建火电机组大量投产，贵州煤炭产量的增长并未使省内电煤供应紧张局面得到缓解。大量电厂要么停机待料，要么把掺杂了大量矸石、粉煤灰甚至泥土等的电煤，也一古脑吞下去。去年电煤供应最紧张时，全省火力发电停机和减出力机组甚至超过 200 万千瓦，其中贵州金元集团公司因缺煤全年少发电达 47.3亿千瓦时。据贵州省经贸委提供的消息，今年贵州省电煤需求量约 4500 万吨。在全省煤炭产需衔接会上，有关部门对省内电厂发电 5500 小时（机组设计利用小时数）以内的电煤需求量 3597 万吨已下达了指导计划。此
8、外，5500 利用小时外的 800 多万吨发电用煤基本没有落实。预测贵州省煤炭消费情况见表 211。表 2-1-1 贵州省分行业煤炭消费现状及预测表 单位：万 t贵州省 XX 县 XX 镇 XX 煤矿采面支护改革可行性研究 第 3 页1999 年 2010 年 2015 年4429.16原煤 洗煤 焦炭煤炭消费量3812.14 120.56 193.958450 91501、电力行业 1034.79 5450 60502、建材行业 578.60 700 7503、冶金行业 203.14 27.69 132.53 550 6004、化工行业 227.11 92.41 55.88 650 7505
9、、城乡生活用煤 1040.89 0 0 400 3006、其他 685.61 0.46 5.54 700 7007、损失量 42与此同时，贵州省地方中小型煤矿仍在大量使用木支护进行工作面支护，严重制约了中小型煤矿的发展，安全状况亦不理想。我国煤矿自上世纪九十年代开始推广采煤工作面使用液压支柱支护采场。贵州省 XX 县煤炭资源丰富。随着国家的产业政策、资源保护和环保政策的日益严格以及西部大开发的战略实施，全县现有煤炭供需形式正在好转，省内外煤炭需求量也不断加大，市场较为广阔。但是，煤矿设计生产能力较小，回采工艺和回采工作面支护含量较低，制约了煤矿的发展。2005 年，全省煤矿发生的事故中，顶板事
10、故占55.28%，顶板事故死亡人数仍为最多。顶板仍是煤矿安全生产的主要隐患。因此迫切需要进行地护改革。第二节 项目建设的必要性XX 煤矿位于 XX 县正西方向，距 XX 县直线距离 9km；属 XX 县草塘镇，隶属XX 县煤炭工业局管辖。矿区由 个拐点坐标圈定。拐点 X Y1234贵州省 XX 县 XX 镇 XX 煤矿采面支护改革可行性研究 第 4 页XX 煤矿可采煤种为肥煤，已探明地质储量 万 t（121+333） ，保有储量 万t，可采储量 万 t。设计生产能力为 6 万 t/a，2004 年 3 月由贵州省煤炭管理局设计研究所编制的贵州省 XX 县 XX 煤矿技术改造方案设计 ，设计生产
11、能力 6 万 t/a。但矿井支护技术落后，回采工作面基本采用木支柱，安全状况不佳，严重制约矿井的生产能力的提高，迫切需要进行回采工作面支护的改革。一、支护改革的必要性 1、科学支护的需要根据回采工作面顶板破坏、运动规律和矿压显现规律，认为采场支架有两种特定的工作状态，即“给定载荷”工作状态和“给定变形”工作状态。“给定载荷”工作状态（如图 1 所示） ，假设开采煤层的直接顶容易跨落、且厚度大，跨落岩石足以充满采空区，并支撑住上覆岩层，此时，上履岩层由煤壁和采空区矸石支撑达到自身平衡，采场支架所受载荷仅仅是脱离了上覆岩层的直接顶重量Q。Q 值取决于直接顶厚度和在控顶区悬伸长度，这是一个定值，称为
12、“给定载荷” 。直接顶厚度按 计算，M 为煤层采高，KP 为直接顶岩层的碎胀系数。1KPh“给定变形量” （图 2 所示） ，直接顶跨落后不能充填满采空区时，老顶破坏后沉陷，压于直接顶之上，对于工作面有直接影响，但老顶的跨落又是有限的，前端在煤壁和支架上方，后端受冒落矸石的限制，并由前方未破坏老顶和后方已跨落老顶的水平挤压形成平衡。采场顶板下沉的基本状态，就是由与“给定变形”相适应的可缩性，否则将承受不必要的附加载荷。从现场的开采实践上分析，一次周期来压步距往往在 10m 以上，而工作面控顶距在 35m 左右，采场支架是无法阻止老顶的沉陷的，支柱的承载能力应该以能够防止顶板沿煤壁切落为准。无论
13、是采场支架“给定荷载”和“给定变形量”工作状态，它既要求支架有一定的支撑能力，既能承受直接顶离层岩石的“给定载荷” ，并防止顶板来压时工作面切顶；又要要求支架有一定的可缩性，适应老顶破坏沉陷时的“给定变形” ，木支柱、刚性支柱、金属磨擦支柱都不能完全满足这些要求，单体液压支柱则是实现了既有一定的承载能力，有能保证在一定承载能力下有一定可缩性的先进的支护方法。贵州省 XX 县 XX 镇 XX 煤矿采面支护改革可行性研究 第 5 页图 1 工 作 面 支 架 的 给 定 载 荷 状 态图 1 工 作 面 支 架 的 给 定 变 形 工 作 状 态根据 XX 煤矿老系统及各巷道布置的层位及围岩的稳定
14、状况，矿井应合理选择支架类型，利用合理的施工工艺，选用合理的断面形状。矿井回采工作面支护现以木支护为主。使用木支护，一般只能支护 56 个月就基本损坏，如遇水、损坏时间更短，需要更换维修，既浪费人力、物力和财力，影响环境，又造成安全隐患。随着矿井服务年限的延长，维修量逐年增加，且随着开采深度的增加，巷道围岩压力越来越大，木支护巷道断面越来越小，严重影响矿井通风和运输，制约了矿井产量，安全工作也受到制约与威胁。2、安全生产的需要使用木材进行采面支护为被动支护，只有当巷道围岩产生变形后，才能提供支撑力。但此时，巷道围岩已经遭到破坏。而木支架受自身强度限制，所能提供的支撑力有限，同时木支护不能防火，
15、容易腐朽，不能阻止和防止围岩风化，因此，木支护巷道顶板事故较为频繁，伤亡事故常有发生。2005 年贵州省煤矿各类事故种，顶板事故发生次数所占比例很大，约为 55.28%。顶板事故死亡人数仍为最多，占 39.67%。顶板仍是煤矿安全生产的主要隐患。单体液压支柱支护与传统的被动支护迥然不同，主动对采面进行支护，最大限度提高了围岩的自支撑能力，同时隐蔽工程少，可及时对变形采面进行维护，减少了事故的发生。为此，近年来在煤矿积极推广下，取得明显的支护效果。贵州省 XX 县 XX 镇 XX 煤矿采面支护改革可行性研究 第 6 页3、环境保护的需要根据贵州省六盘水市政府统计，采用木支护，煤矿每生产 1 万 t 煤炭将消耗 8090m3 坑木，2000 年2004 年消耗坑木 10 万 m3/a，说明坑木消耗量非常大。大量木材的消耗，伴随森林资源的过渡砍伐破坏，导致地表水土流失加剧，环境问题更趋于恶化。而且随着国家对森林资源的保护力度在不断加大，木材资源的长期稳定供应亦比较困难，客观上要求进行支护改革。第三节 项目建设的可行性一、矿井地理位置XX 煤矿位于 XX 县东北方向，距 XX 县直线距离 11km，距草塘镇约 8km，属XX 县草塘镇，业务隶属 XX 县煤炭工业局管辖。矿山有简易公路相通，交通较为方便（见交通位置示意图 1-3-1） 。矿区由 个拐点坐标圈定。拐点 X
