《房柱式开采中顶板运动规律及煤柱合理采留比的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《房柱式开采中顶板运动规律及煤柱合理采留比的研究（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘里本文以黄陵-号并为基础， 建立了在煤柱回收过程中的力学模型， 并 用 里茨 法推出了 该模型的计算公式， 通过煤柱在回收过程中 的矿压显现， 得 出 了 在 煤 柱 回 收 过 程 中 W E的 运 动 规 律 和 煤 柱 的 合 理 采 留 比 ， 并 且 从弹性和塑性两方面来验证了它的正确 牲， 同时， 也对顶板、煤柱和 底板之间的相互作用关系进行了 分析、计 算，得出了 煤层底 板在煤柱作用下的应力分布。它们对以后的生产实践，具有一定的指导意义。关 如 悠 煤 “采 m trAbs t r a c tT h e p a p e r s e c u p a me c h a n i c
2、 s mo d e l o f d u i n g c o a l p il l a r swi t h d r a w i n g a n d g o t c a c a l c u l a t i n g f o r mu l a o f t h e mo d e l b yt h e o y，o n t h e b a s i s o f Hu a n g L i n g N O 1 mi n e e n g i n e e r i n g . Th ep a p e r a l s o g a i n e d t h e mo v i n g l a w o f s t r a t a
3、 r o o f a n d r a t i o n a l r a -t i o o f t h e mi n e d t o t h e l e f t ，a c c o r d i n g t o r o c k p r e s s u r e c h a n g e sd u r i n g c o a l p i l l a r s w i t h d r a w i n g ， i n a d d i t i o n ， p r o v e d t h e m b e i n gr i g h t ，f r o m e l a s t i c a n d p l a s t i c
4、 a n g l e . F i n a l l y，t h e p a p e r a n a l -y s e d a n d c a l c u l a t e d t h e i n t e r a c t i v e r e l a t i o n s h 如 a mo n g . r o o f c o a lp i l l a r s a n d fl o o r a l s o i t g o t t h e s t r e s s d i s t r a b u t i n g o f s e a m r o o fu n d e r t h e a c t i o n o
5、f c o a l p i l l a r s .Ke y w o r d:r o o f c o a l p i l l a r r a t i o o f t h e mi n e d t o t h e l e f t .一、问胭的提出及目前研究现状1 . 1 国 外房柱式米煤的发展状R在世界煤炭工业中， 就地下采 煤方法而言， 主要有长壁 式采煤方 法和房柱式采煤方法两 种体系。 这两种体 系的采煤方法都有其 悠久的历史。我国及欧洲和亚洲各主要产煤国多采用 长壁式采 煤方法，美洲、 大洋 洲和非洲各主要产煤国则多采用房柱式采 煤方法。 美国是世界上 采用房柱式采煤历史悠久和产 鱼最多的
6、国家. 自 本世纪2 0 年代就成功地 使用了 适合 于房柱式开采的截煤机、钻眼机、装 煤机和各种运特等设备. 采用这些机城开采的称为 “ 普通房柱式开采片 .自9 0 年 代中期， 连续 采煤机 开始用于井下， 它代替了背通房柱式采 煤中 的掏 摺、钻眼、爆破 和装煤 工序的多台单一 性能的机械。 随着采煤设 备的不断更新， 到6 0 年 代， 连续采煤 机及其 配套设备更加完普。因此， 在加拿大、澳大利亚、 英国、法国、印度 和南 非等国相继采用了连续采 煤机及其配套设备， 因 而导致了大大减少采 用普通 房柱式采煤机械的趋势.目 前， 美国是 世界上使用连续采煤 机最多的国家， 每年扩大
7、 生产约品3 6 0 台， 更新约品1 1 0 台。 其煤产且约占 井下总产摄的6 4 -6 8 写. 澳大利亚使用3 0 0 台 左右， 占 本国井工产量的s o y , ， 南非使用约1 0 0 台， 占本国井产量的7 5 写左右; 此外，印度 、日 本也有一些矿区使用。美国经过3 0 多年对 机械化采煤不 断改 进和配套， 己 形成一整 套适应房柱式采煤法的以连 续采 煤机为中 心的体系， 并已 取得了良 好的技术 经济效益. 1 9 8 5 年房柱 式采 煤的产量约占 井下总产且的7 5 %。 其中连续 采煤机房柱式 采煤法的 产量 约占井下 总产 量的6 8 %， 这个百分 数预计
8、在近期不会有多大的变化。如图1 一 1 ,在美国 房柱式采煤法的基础上， 澳大利亚、南非引 进了 美国连续采煤机， 并结合其具体条件 试验成功了 一种采煤方法，这种采 煤方法在 澳一1 一!|.月汀11|JJ 加助洲普通房柱式如期枷阴冒胶冲)训代驾袋9 68 707 7 4 7 6 7 8 8 0 8 1日 月色 耳困1 一 1 美国地下煤矿各种采煤方法的产量表大利亚称为 “ 汪格维里，采煤法，在南非称为 “ 西格玛，采煤法，均获得了良 好的技术经济 效果。8 0 年代， 世界各国纷 纷引进 长壁开采法， 但 在美国 采用房柱法 开采的煤仍占 井下煤产量的6 8 写， 就目 前而言， 房柱采煤
9、技 术仍 是世界上主要的煤炭开采技术，据统计，房柱采煤产量仍占 世界井工煤炭产量的3 5 写以上。1 . 2 我国岌展连续采煤机的可能性和合理性:连续采煤机房柱式 开采 的适 用条件:1 覆盖层厚度小于 5 0 0米;2 一2煤层厚度 ( 采高) :0 . 8 -4 1 0 米;3顶板: 中等稳定以上， 底板较平整，不太软，且保持干燥、无积水.5 . 煤层硬度: 中 硬及硬煤层， 无坚硬的夹研或 较多的黄 铁矿球 ( 硫磺蛋) ，6 . 煤层倾角:近水平煤 层，以5 “ 以 下最适合， 非近 距煤层 组.7 矿井沼气等级:低沼气矿井，工作面沼气合量小于 I %s8 . 煤的自然发火:无。以上
10、是最适合的连 续采 煤机房 柱式开采的条件， 能使连 续采 煤机房柱 式开采 达到最佳 经济 效果。 当 然， 也不是全部 其备上述条件才能使 用，应 在矿井设计或生产中， 根据具体条件， 综合分析， 决定 取舍.连续采煤机房柱式采煤法在美国、澳大利亚等国已显示出良好的技术 经济效益. 表I 一 1 是1 9 8 8 年一些主要产煤国 井工开采全员效率情况。表1 一 1 1 二， 年主 典产煤.家井工开果全员 效率 统计国别中国美国澳大利亚苏联西招英国并工开采全员效率井工开采职工人数0.89188. 7 10.202 1. 11 1 . 孟 合2.2228 13.: 9202:丛 表 1 一
11、I 可以看出以房柱式开采技术为主的美国 和澳大利亚的全员效率大大高于以 长壁技术为主的其它国家。 表1 一 2 是美国和南非连续采煤机平均班生产 ( 美国1 9 7 9 年矿井抽 样统计资料，南 非是1 9 8 3 年典型矿井水平， 每班都是工作8 小时) 由 此可见， 对于房柱式采煤法只有根据自己的国 情， 建立适合自 己的房柱式采煤法，才能取得良好的技术经济效益.我国煤层的赋存条件多种多样， 有些矿区具有与美国、澳大利亚相似的地 质条件， 有可能应用这种设备和工艺方法， 将连续采 煤机房柱式采 煤作为长壁综采的补充。一3 一表卜 ， 斑.、甫非连续果雄帆平均班产水平煤层厚度( m)美国(
12、t / 班)南非( t / 班)1 . 2 以 下2 舀 32 0 01 . 2 - 1 . b2 5 心8 0 01 . 82 . 02 9 78 oo2 . 0 确 a 5石 0 4， oo1 9 7 9 年以 来， 我国陆续引 进连续 采煤机组2 0 多套， 分别在大 同的四台沟、 大一牛 沟、 西 山矿务局的 杜儿坪矿、 西曲矿 、 鸡西局的 小恒山矿、 K ( 西黄巨一号井、神木矿区进行了试用。其中小恒山矿在工作面试验生产 三 年多， 一直坚持正常生产， 并经过不断改进， 在工艺操作，顶 板管理等方面都得到了 很大改 善. 达到了最高月 产2 1 4 7 5 t , 最高工效1 7
13、. 7 t / 工，回采率分别达到 r;万和 8 2 . 4 万.黄凌矿区一号井 9 4 年 8月 1 -2 8日( 2 7 日 验收) 曾 挖 ( 煤房) 1 4 0 2 . 4 m ， 出煤2 2 0 0 0 t , 平均每班挖2 6 , 9 7 m ,出煤 4 2 3 t ,实践证明， 连续采煤 机房柱式采煤法 生产系 统和设备 结构都较简单、可 靠. 设备操作、 保养、 维修、 检查都很方便。 生产过程中占 用人员少， 效率高. 机械化程度高，劳 动强度低。更重要的是 采掘合 一， 既可从根本上解决目 前昔遍存在的 采、 掘接续紧张的问题，又能节 省大 量采区准备费用，从而降低生产成本
14、。并且 . 其建井期短，投资少，出煤快.有 利于资金回收. 该设备 机动性强，开 采十分灵活，对于边 角煤， 不规则块段 和地质条件较复杂 的断层区，也 能顺利 开采. 此外， 这种设备的 应用，有利于薄煤层综合机械化的发展。因此，连续采煤机房柱式开采在我国的一些矿区推广应用是可行的，也是合理的.房柱式采煤法在国 内的主 要间 题是:由于我国 现在使用的连续采煤 机基本上都是从国外 购进的。 所以， 在连续采煤机使用 过程中. 出现的零配件损坏、磨损都将影 响生 产的正 常进行.在 使用过 程中出现的问题大致有以下几点， 1 )连续采煤机零 配件供应困难， 易损、易 耗件 不能 及时地更换.C
15、 2 ) 采煤机整个 机器价格不高， 但零配 件价格很高. 尤其是专用 件一4 一的价格.由于 在使用过程中， 零配件磨损快， 因而设备折旧 费也就相 应地高， 这样分摊在每米巷道上的价格就相应地高。这也是我国一些矿区 应用连续采 煤机经济效果不佳的原因之一。为了从根本上解决这个间 题， 必须 生产我国自 己的连续采煤机、特别是其零配件。只 有这样才能 从根本上解决机器设备费用高这一问题。1 . 3 房柱式未煤法:房柱式采 煤法的实质是在煤层内开掘一系列宽为5 - 7 米的巷道， 这称为 煤房， 煤房间用联络巷相连， 形成矩形或正方形的煤柱， 煤柱宽度 由 数米至十多米不等. 回采在煤房中进行
16、 煤柱可根据条件留下 不采或在 煤房 采完后， 再将煤柱按要求尽可 能采出，前者称为房式采 煤法。 后 者称 为房柱式采 煤法。 由于房式采煤法与 房柱式采煤法巷道布 置基本相似， 因此 将这两种方法统称为房柱式梁 煤法， 前者称这种采煤方法 的 “ 部分回采，方式:ri者在煤柱回收较彻底时，称为 “ 全部回采”方式。典 型的房柱式采煤法的基本特 点是采用短工作面推进， 将煤柱作为 暂时 或水久的支撑物， 开采时的矿山压力 显现及其规律与壁 式体系长 壁采 煤法相比存 在着差异.因此， 随 着工作面推进， 可只用 较简 单的古 架 ( 锚杆) 支撑顶板， 用于防止碎块岩石冒落。 由于采用锚杆支 护， 1大了 工 作面空间，又为机械仆采煤创造了 有不 J 余件。此外， 由于采 用同类 机诫 先后已采 煤房与煤柱， 采掘基本合 一，大大提高了采煤的 灵活性。当井田范m确定以后.开采系统的设计就是首先要考虑的一个主要 问 题， 房柱式 开采法的巷道层位是 全煤巷 布置， 主大巷、副大 巷、盘区
