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1、- 1 -大大倾倾角极薄煤角极薄煤层层保保护层护层高档普采高档普采 工工艺艺的的应应用用北票煤北票煤业业有限有限责责任公司任公司 田志田志刚刚内容提要：开采保护层是煤矿瓦斯治理的根本技术，对于在极薄煤层，煤层厚度 0.3m0.6m，平均 0.4m，倾角 3539，平均 37的煤层中使用高档普采，加快了工作面的推进速度，每月推进 45m 左右，是炮采推进速度的 2 倍，既减轻了劳动强度，又提高了生产效率，做到了安全生产。关键词：大大倾倾角角 极薄煤极薄煤层层 保保护层护层 机械化开采机械化开采一、矿井概况冠山煤矿隶属于北票煤业有限责任公司，2001 年 6 月随北票矿务局破产，同年 9 月份重组
2、为股份制企业，矿井设计能力 81 万吨，矿井开拓方式为竖井阶段集中底板运输巷分区石门开拓。煤田东西走向 9.2km，倾斜南北宽 1.35km，有 12 个可采煤层，总厚度 14.4m，煤层倾角 3045。冠山煤矿为煤与瓦斯突出矿井，相对瓦斯涌出量为 22.5m3/T，绝对瓦斯涌出量为 34.98m3/min，煤尘具有爆炸性，矿井水文地质简单，涌水量为 290m3/h。二、采区概况冠山煤矿-660m 水平西五石门至西七石门区走向长 800 米，倾斜 2100m，4 层和 5 层（5A、5B、5C）煤层均为煤与瓦斯突出煤层，4层煤层瓦斯含量为 25.8m3/T，5A 层瓦斯含量为 28.7m3/T
3、，5B 层瓦斯- 2 -含量为 26.4m3/T, 5C 层瓦斯含量为 26.2m3/T 。5 层煤层为低透气煤层，打钻预抽效果非常不理想。4 层半煤层平均煤厚为 0.4 米，倾角3539，平均 37。直接顶板为砂页岩，厚度 3.5m 以上，直接底板为泥岩，厚度为 2.5m，经辽宁工程技术大学岩石力学试验室鉴定，直接顶砂页岩抗压强度为 36.4Mpa，岩石普氏硬度系数 f=4.0，直接底板泥岩抗压强度为 33.1Mpa，岩石普氏硬度系数 f=3.4，层间距为 4 层至 4层半为 20 米，4 层半煤层至 5A 层为 9 米，因此开采 4 层半保护层对解放 4 层和 5 层煤非常必要，从根本上解
4、决瓦斯危协。表一表一 煤煤 层层 特特 征征瓦斯涌出量 煤层名称煤层厚度(m)煤层倾角(度)层间距(m)瓦斯含量 m3/T绝对 m3/min5C平均 1.237平均 926.24.125B平均 1.437平均 726.44.125A平均 2.037平均 928.74.565 层4 层半平均 0.437平均 200.30.214 层平均 2.33725.83.60详见采区巷道布置图 2a 和石门柱状图 2b、2c、2d。三、设备选型1、采煤机的选型由于 4 层半煤层平均厚度 0.4m，平均倾角 37，保持最小采高0.8m，必须割 0.4m 底板岩石。为减小采煤机割煤时的震动力，我们选取了 MG2
5、00/245-TPD 型单滚筒爬底板交流电牵引采煤机。- 3 -660西 五 石门西六 石门62000-646.68616001 9 8 5412.8】1 9 8 8 2.0】401 9 8 8 -496.8-504.0-528.0四 层 半 眼-540 四 层 半 风 巷4 层半煤 层 眼四 层 半 中 巷1015-645.4124层5A层4层半5A层4层半4层4层-646.463-602.991-601.608-597.439-596.067地质平面图-648.5-599.9-540 西 五 石 门50m瓦斯钻场4层半5A层 5B层5C层5A层4层半4层5B层 5C层四层采空区500m四层
6、半回采工作面四层采空区四层采空区5B层 5C层5B层 5C层-660米水平西岩巷-540 西六 石 门-540 西七 石 门61800614003100030800图2-a- 4 -540西六石门煤层综合柱状图地层名称层 厚（ m）柱 状6.0北票组2.014.00.42.20.314.00.51.32.318.01.21.02.08.0柱 状煤岩层名 称岩石特性描述4层半煤层5A层煤层灰白色，钙质胶结，块状结构， 较硬。破碎砂 岩软灰黑色、层理发育，泥质胶结。砂岩4层煤砂页岩砂页岩砂岩砂岩砂页岩黑灰色层理发育，泥质胶结。黑色，底部松软，上部较硬。灰白色，钙质胶结，层理发育。较硬坚硬局部破碎局
7、部破碎4层顶煤黑色节理发育，块状。黑色、块状、色泽光亮、较硬。黑灰色层理发育，泥质胶结。 灰白色，钙质胶结，块状结构， 较硬。灰白色，钙质胶结，层理发育。黑色软，色泽暗淡易染手。破碎破碎5B层煤层5C层煤层黑色软，色泽暗淡易染手。黑色软，色泽暗淡易染手。 软软破碎灰黑色、层理发育，泥质胶结。砂页岩破碎泥 岩黑色层理发育，泥质胶结。图2-b- 5 -540西七石门煤层综合柱状图地层名称层 厚（ m）柱 状6.0北票组2.05.90.42.20.315.00.51.32.310.01.21.02.08.0柱 状煤岩层名 称岩石特性描述4层半煤层5A层煤层灰白色，钙质胶结，块状结构， 较硬。砂 岩软
8、砂岩4层煤砂页岩砂页岩砂岩砂岩黑灰色层理发育，泥质胶结。黑色，底部松软，上部较硬。灰白色，钙质胶结，层理发育。较硬坚硬局部破碎局部破碎4层顶煤黑色节理发育，块状。黑色、块状、色泽光亮、较硬。黑灰色层理发育，泥质胶结。灰白色，钙质胶结，块状结构， 较硬。灰白色，钙质胶结，层理发育。黑色软，色泽暗淡易染手。破碎破碎5B层煤层5C层煤层黑色软，色泽暗淡易染手。黑色软，色泽暗淡易染手。 软软破碎灰黑色、层理发育，泥质胶结。砂页岩破碎泥 岩黑色层理发育，泥质胶结。图2-c1.4 1.58.0砂页岩黑灰色层理发育，泥质胶结。 破碎破碎泥 岩黑色层理发育，泥质胶结。破碎泥 岩黑色层理发育，泥质胶结。砂页岩黑
9、灰色层理发育，泥质胶结。 破碎- 6 - 7 -采煤机主要技术参数为：装机总功率：245KW牵引方式：交流低压四象限变频调速行走方式：爬底板锚链牵引牵引速度：06.5m/min牵引链规格：2692D 级滚筒直径：750mm 截深：700mm2、运输机的选型由于工作面采高低，作业空间小，运输能力低选用SGD420/30（22），刮板输送机，完全能满足运输能力要求。3、单体液压支柱的选型根据煤层赋存及顶底板情况，考虑支柱支撑力与顶板压力相适应，支撑高度与工作面实际采高相适应，经计算选用单体液压支柱，配合金属铰接顶梁支护顶板。4、其它设备的选型见表一序号设备名称型号数量额定功率用途1同步牵引液压绞车
10、THYZ013115kw采煤机稳车2刮板输送机SGD420-30/（22）130kw工作面运煤3刮板输送机SGD420-30/（22）130kw机巷运煤4胶带输送机SGD650/30144kw机巷运煤5采煤机MG200/245TPD1245KW工作面割煤- 8 -6气动钻机ZQS-22/2.02工作面上下缺口四、回采工艺的实际应用采煤方法为倾斜长壁后退式开采，顶板管理方法为缓慢下沉法。（一）工作面劳动组织及割煤、充填、支护和特殊支护技术1、采用“三.八”作业，两个半班采煤，半班检修，每小班割一刀，循环截深 0.7 米，原班割煤两刀半。2、工作面上下超前缺口采用爆破法落煤，缺口进刀方式采用从上、
11、下缺口直接推移机组进刀，上下往返割二刀，工作面装煤采用采煤机滚筒旋转自装为主，人工收浮煤为辅的方法。上缺口不小于 5 米，下缺口不小于 3.5 米，均超前工作面煤壁 1.4 米。3、采煤过程中要保持采煤机滚筒位置的相对稳定，保持割出的顶底板平整，保证工作面支柱处于良好的工作状态和刮板输送机的平稳。割煤、推溜、支柱必须做到“三直一平”。4、采煤工艺为：准备（做超前缺口）割煤攉机道浮煤移溜支柱挂梁回柱放顶。工作面顶板支护方式为：单体液压支柱（型号 DZ08-30/100）配合金属铰接顶梁（型号 HDJC-700），沿走向正悬壁支护顶板。经过计算确定支柱的排距为 0.7m，柱距为 0.8m，切顶线处
12、柱距为 0.4m，采用“四.五”排控顶，循环进度 0.7m，最大控顶距 4.0m（五排柱）最小控顶距 3.3m（四排距）（二）计算过程1、支护强度的估算- 9 -为保证安全，取 8 倍采高的岩石重量作为支护强度的估算依据（1）工作面煤层最小倾角时为P估小=8mcos小=82.50.8cos35=13.11t/m2（2）工作面煤层最大倾角时为：P估大=8mcos大=82.50.8cos39=12.43t/m2式中：P估小、P估大煤层倾角最小、最大时的支护强度 t/m2顶板岩石容重 2.5 t/m3m采高小、大煤层最小、最大倾角根据以上计算，为确保该工作面支护的可靠性，取 P估=13.11 t/m
13、2作为采面支护密度的估算及验算的依据。2、支护密度的计算：用以上支护强度的理论 P估估算所需支护密度：G估=P估（q）=13.11（0.8530）=0.514 根/ m2式中：G估估算支护密度P估估算支护强度单体液压支柱的实际利用系数，取 0.85qDZ 系列液压支柱的额定工作阻力取 30T/根3、支护排柱距的确定（1）排距的确定- 10 -结合该工作面的回采工艺,确定机道为 1.05m，溜子道 0.7m，人行道 0.7m，材料道为 0.7m，即排距为 0.7m。（2）柱距的确定根据工作面排距的确定，估算工作面最大、最小控顶距时的支护柱距：q估大=（Lb大）(LG估S大)=（1005）（100
14、0.544.0）=2.43mq估小=（Lb小）(LG估S小)=（1004）（1000.543.3）=2.35式中：q估大、q估小最大、最小控顶距时的估算支护柱距L工作面平均长度b大、b小最大、最小控顶距时的支柱排数S大、S小最大、最小控顶距G估估算支护密度结合工作面的回采工艺，为确保工作面安全，确定该面的支护柱距为 0.8 米。（3）工作面实际支护密度（G）及支护强度（P）最大控顶距时G大=（La）b大(LS大)=（1000.8）5（1004）=1.56 根/ m2P大= G大q=1.560.8530=39.78t/m2最小控顶距时- 11 - 12 -70070070015010505003
15、300最小控顶距B-B7007007001050500最大控顶距A-A7001504000图4-b- 13 -34003000图4-C2200风巷断面及支护图机巷断面及支护图130013002300锚索锚杆锚杆锚索5500160055001600- 14 -G小=（La）b小(LS小)=（1000.8）4（1003.3）=1.52 根/ m2P小= G小q=1.560.8530=39.78t/ m2式中：G大、G小最大、最小控顶时的实际支护密度L工作面长度 ma实际支护柱距b大、b小最大、最小控顶距时的支柱排数S大、S小最大、最小控顶距P大、P小最大、最小控顶距时的实际支护强度单体液压支柱的实
16、际利用系数 0.85qDZ 系列单体液压支柱的额定工作阻力 30T/根安全系数：G大/G=1.560.514=3.031.5P大/P=39.7812.43=3.21.5G小/G=1.520.514=2.961.5P小/P=39.7812.43=3.21.5根据以上验算，工作面最大最小控顶距时的实际支护密度及支护强度，均比工作面顶板所需达到的支护密度及支护强度大，故所确定柱排距符合规定要求。五、工作面过断层及顶板破碎时的顶板控制1、过断层之前，必须先摸清工作面与断层走向的交角，交角越小，工作面越危险，冒顶的可能性越大，必要时可以调整工作面的方向。- 15 -对落差小的断层，可以采用直接割顶底板的办法硬过，对断层落差大
