采区煤柱

采区煤柱（共4篇）

采区煤柱 篇1

1工程概况

某煤矿位于内蒙古乌达境内, 井田地质构造北部简单;矿井现主要开采9#、10#和12#煤层, 各煤层平均厚度分别为2.82m、2.31m、5.47m, 煤层倾角20°-30°, 9#、10#煤层平均垂直距离3.85m, 10#、12#煤层平均垂直距离23.6m, 属近距离煤层群, 矿井绝对瓦斯涌出量为41.64m3/min, 为高瓦斯矿井, 煤层不易自燃。

2煤柱理论计算

2.1底层回采巷道布置方案的确定

依据弹性力学理论中半平面问题的模型求解, 结合矿山压力传递的规律, 求得平均分布荷载条件下开采层底板的应力分布情况, 煤柱造成的应力集中在煤层底板岩层的传递是由大到小的, 由近及远。

上煤层开采后留下的区段煤柱, 会形成下部煤岩体支承压力升高的状况, 且应力升高在底板有一定范围的传递, 但是应力随着距离的加大而衰减直到原岩应力, 通常就巷道的保持正常使用功能来说我们认为小于0.1p的应力对巷道无影响, 因此我们确定煤柱下方的应力集中影响范围等同于0.1p等压线所在处。

围岩传递的应力随远离煤柱而减小。因此, 1208运输巷道及1210回风巷道必须布置在0.1p等压线外即煤柱造成的压力集中影响范围之外, 这样就能最大程度上减少上部煤柱压力产生的影响。

我们由经验得出下层工作面巷道外错距离Ln为

式中:Ln-上煤层区段煤柱与下煤层区段巷道的最小间距, m;φ-应力传播影响角, 取30°;h1-上下煤层层间距, 取23.5m;h2-煤层巷道高度, 取3.5m。

经计算得Ln>15.58 m, 为安全, 考虑到10煤层煤柱尺寸 (内错布置) 起见, 五虎山矿12煤层1208运输巷道与0906回风巷道外错距Ln可考虑取为16m。

合理选择支承压力最大值离巷道边缘的距离, 是合理选择巷道布置位置的首要因素, 支承压力最大值离巷道边缘的距离x0可按以下经验公式估算:

x0=17.015-0.475f0-0.16Rc-0.19α+1.953M

式中:f0-煤层普氏系数;Rc-顶板岩石单向抗压强度MPa;α-煤层倾角 (°) ;M-煤层采高m;H-开采深度m。

针对该煤矿1208回风巷道与1206运输巷道实际条件, 根据式 (2) 并由煤岩物理力学试验的结果, f0=1.8、Rc=60MPa、α=6°、M=3.5 m、H=200m。得出:x0=11.275m。

按照煤巷两帮煤体应力和极限平衡理论, 计算工作面运输巷合理的最小护巷煤柱宽度B

式中:x0-上区段工作面开采在煤柱中产生应力升高区尺寸, x1-锚杆锚入煤柱的深度, x2-安全系数x2= (0.1~0.3) (x0+x1) 。

该矿011208工作面运输巷的煤柱尺寸确定如下:

将其代入式 (3) , 可得B=15.04m~17.78m。

根据以上计算结果, 将下部煤层煤柱尺寸定为15m, 1208回风巷道与1206运输巷道煤柱均布置在上部煤层工作面采空区下方。

3应用效果

为了验证巷道煤柱留设是否能满足顶板需求, 在1208巷道设立测站监测巷道表面位移量, 在1208运输巷与1208回风绕道交汇处选为1#测点, 然后依次相隔45m选出2#、3#测点, 采用十字布点法设置巷道观测断面, 对巷道变形量进行实时监测, 由观测结果可知, 2个月后, 巷道围岩变形基本稳定, 顶底板及两帮变形量都较小, 满足工程使用要求。

参考文献

[1]冯锦艳, 等.煤柱宽度对综放留巷稳定性影响的研究[J].矿山压力与顶板管理, 2005, 4:68-71.

[2]郭浩森.特厚煤层综放采场矿压显现特征及覆岩移动规律研究[D].河南理工大学, 2012.

[3]钱鸣高, 石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2010, 9:236-237.

[4]刘伟韬.深部巷道围岩控制及支护技术[J].煤矿支护, 2009, 6 (2) :28-31.

采区煤柱 篇2

百善煤矿自1977年建井投产以来已开采了35 a, 矿井剩余可采块段基本为综采残留煤柱及断层、采准巷道、大巷、工广保护煤柱等。据计算, 该矿采区及大巷保护煤柱储量约218.4万t, 占剩余地质储量的27.5%, 但受地质构造、已有巷道等条件限制, 此类工作面回采巷道布置、回采工艺及方法选择面窄, 工作面推进连续性、推进度大受影响, 早年为采区准备巷道系统留设的保护煤柱是近几年回收开采的重点, 采区上山与采区车场巷道关系、综采面收作位置、地质构造、矿压显现等因素都致使工作面设计及采掘作业复杂化, 64北部采区煤柱工作面为百善煤矿首个回收采区系统的工作面, 本着对煤炭资源能采尽采、精采细采的回收原则, 通过老资料收集分析、优化设计, 积极应对采掘中遇到的关键问题, 完成了64北部采区煤柱的回收, 也为矿井其他类似条件工作面的回收提供了技术及施工现场的经验。

2 64北部采区煤柱工作面地质概况

百善煤矿64北部采区煤柱工作面位于六煤四采区北部, 浅部位于防水煤柱内。东南部为6415工作面以及6414、6413、6412采空区;西北部以64北部皮带机巷为界, 临近6410采空区。工作面地质综合柱状如图1所示。工作面范围内煤层赋存总体稳定, 煤层底板赋存标高-105.4～-196.2 m。百善矿主体向斜从工作面中部穿过。煤层厚度大部分在2.6～3.3 m, 一般煤厚3.0 m。煤层倾角5°～13°, 可采面积39 780 m2。地质储量11.9万t, 可采储量11.46万t。该工作面内F649-3、F6410-2、F6410-1三条正断层预计将从机巷揭露贯穿整个工作面, 对回采影响较大, 如表1所示。

工作面范围内松散层一、二含水层因有分布稳定、隔水性能良好, 而“三含”普遍发育, 据附近水文孔抽水试验确定为一中等含水层, 但其下部有分布稳定在5.0～13.1 m的“三隔”阻隔, 只要在工作面回采中冒落裂隙带的发育高度不破坏“三隔”, 就不会对工作面造成威胁。

3 工作面设计说明

3.1 巷道布置

3.1.1 总体思路及机巷、切眼的选取

该工作面浅部 (东北部) 处于防水煤柱内, 设计回采上限煤层顶板标高-103.0 m, 工作面范围受20 m基岩等厚线控制, 东南部为6411、6412、6413、6414、6415采空区, 西南部为北大巷保护煤柱范围, 西北部为6410综采面采空区, 64北部采区为双煤层上山单翼准备方式。根据以上周围环境条件限制, 本着少掘新联巷集约布置的原则, 将工作面内划分为4个小块段, 北大巷及6412采空区毗邻的块段为块段I, 6413、6414、6415采空区西北侧依次为块段II、块段III、块段IV;利用64北部采区运输上山作为工作面机巷, 机巷为所有小块段服务;原采区上部车场 (即6415风联) 为开切眼, 但块段I范围内存在F6410-2断层落差达到3.5 m, 受炮采工艺限制和考虑到煤质效益及顶板管理的安全, 决定在此断层下盘侧跟6煤顶板新掘切眼I, 后期由此跳压开采。

3.1.2 风巷布置

由于东南部各老空区收作位置不规则, 风巷分为4段布置 (编号为风巷I～风巷IV) 。最里侧的风巷IV利用采区收尾面6415沿空留巷, 省去200 m掘进量;掘进首先施工风巷Ⅲ, 从6414机巷拨门施工贯通6415机巷;风巷Ⅱ从6414机巷拨门施工贯通6413机巷;最后施工最外段风巷Ⅰ, 从6413机巷施工贯通6412风巷。所有风巷均为跟6煤层直接顶沿空 (留设1 m窄煤柱) 掘进, 方位选取均依据各块段收作线位置计算得出。工作面巷道布置如图2所示。

3.2 支护形式选取

据该矿一水平开采实际资料6煤层直接顶板为泥岩, 粉砂岩为不稳定～中等稳定顶板 (即Ⅰ类Ⅰ级或Ⅱ类Ⅰ级) , 结合临近工作面经验, 选择巷道支护形式为矿用11#工字钢架梯形断面;回采方面, 工作面作为孤岛煤柱受集中支承压力影响, 再根据煤层顶和底板岩性及煤层厚度选用ZH2600/22/32Z型整体顶梁组合悬移液压支架, 采用经验公式计算工作面支护强度0.31 MPa, 悬移液压支架配备4根支柱时支护强度为0.73 MPa, 远大于工作面最大来压强度, 所以支架支护强度满足要求;由于工作面形状不规则, 在工作面机头段和机尾段及最后回采的块段I (受跳压开采及构造影响) , 这些区域内选用传统的DZ-28型单体液压支柱配合HDJA-1200型金属铰接顶梁支护, 排距1.2 m, 柱距0.5 m。

3.3 回采工艺及主要生产系统

工作面正常情况下跟直接顶回采, 采高控制在2.4～3.0 m范围内, 循环进度0.8 m。根据现场顶底板、煤质等实际情况, 炮眼深度为0.9～1.0 m, 落煤方式为爆破与手镐、风镐落煤相结合, 采空区采用全部跨落法处理。工作面原煤经切眼刮板输送机直接流入64北部采区运输上山, 再进入采区煤仓;辅助运输仍选用64北部采区轨道上山绞车运输;通风系统采用U型通风、各块段风巷进风、采区运输上山回风。

4 工作面回采中的关键问题探讨

4.1 工作面过采区车场及绕道联巷

回采工作面过前方煤层巷道安全技术措施比较成熟, 在此主要分析半煤岩老巷的通过方法。以6415回风绕道为例:6415回风绕道为工作面开切眼前方一底板联巷 (半煤岩) , 因为工作面回采必须坚持跟直接顶, 这就造成工作面下部存在“底空”, 无法使用支护物、设备和行人, 所以在此绕道内部提前采取变更支护措施:巷道全岩段装设木垛 (十字压花型) , 将巷道顶底板接实;半煤岩段先按正常套棚程序使用单体支柱和木料将原工字钢棚替掉, 够一个木垛宽度后沿煤层底板装设木垛, 再使用木腿将单体支柱替掉, 最上一层木料不得高于煤层底板, 以免造成回采面刮板机无法通过。所有木垛首尾相接, 并用耙钉连接牢固, 木垛顶层木料顺巷道方向架设, 顶层用木料铺严密, 内部用碎煤、矸将木垛内填满充实。全煤段用DZ-28液压单体配合HDJA-1200型铰接顶梁正常架设, 回风绕道支护形式如图3所示。

工作面“过河”时, 为降低底板比压, 确保支柱初撑力, 应在此段底板下底梁 (底梁为2.0 m长方木料) , 顺工作面方向设置, 此段所有单体支设时, 应确保支柱支设在底梁上, 保证支护质量, 抵车时, 注意观察煤帮底梁, 如若妨碍抵车, 应适当提防止底梁损坏刮板机溜槽;若木垛妨碍推进时, 可将揭露的木垛拆除;“过河”期间支护上要做到“四及时”:放炮后及时挂梁、及时打临时支柱、及时背帮、 (局部漏顶后) 及时封堵。

4.2 工作面调向开采

由于采区内前期各综采块段收作位置受某些原因影响未能形成一条直线, 所以煤柱的风巷形成“锯齿”状, 这造成工作面不能一直沿原设计推进方向回采, 而是要在合理的时间点进行“调向”, 即先回采风巷侧, 采至与下一小块段风巷交接后再“调”回原推进方向继续开采。以工作面回采至块段II调向为例:设计将风巷ⅡC6点后30 m、运输上山P11点前15 m连线位置作为原工作面停采位置, 首先提前对风巷ⅡC6点至点后30 m范围内巷道进行支护安装作为新切眼;当原工作面推至设计停采位置后沿空留巷作为新工作面的机巷 (已存在刮板机) , 而风巷II剩余沿空段作为新的开切眼朝采区上山推进, 推至距采区轨道上山10 m处停采, 调向开采完毕, 调向开采如图4所示。

4.3 其他相关问题

采区煤柱 篇3

为了最大限度地解放建筑物下压煤, 提高煤炭资源采出率, 煤矿企业往往需要回收煤柱, 而煤柱开采以后地表建筑物将受到何种程度的影响是决定煤柱能否开采的关键因素。因此, 正确计算煤柱开采引起的地表移动和变形值, 进而科学分析和评价地表建筑物的采动影响程度, 合理解决建筑物下压煤开采问题, 对煤矿具有重要意义[1,2]。

1研究区概况

1.1矿井概况

平煤股份高庄矿位于平顶山市西部石龙区境内, 平顶山煤田西部韩梁矿区中部。矿井井田走向长5 km, 宽2.5 km, 面积约12.5 km2。1968年12月底投产, 1972年达产, 设计生产能力45万t/a。开拓方式为立井与斜井联合开拓。

集中运输巷和回风巷的保护煤柱服务于煤柱1#—4#条带开采复采面, 设计开采宽度为40 m, 待4#条带开采复采面开采结束以后回采。该区域煤层厚4.35 m, 埋深320～330 m。根据开采设计, 该部分煤柱分为2段:南半部分已开采过一分层, 下一步拟开采煤层厚约2.5 m, 属于复采面;北半部分为实体煤, 拟开采煤厚为2.5 m或者一次采全高。

1.2地表建筑物

开采区域位于工业场地保护煤柱以内, 地面建筑复杂, 主要建筑物包括:办公大楼, 调度大楼, 主、副井绞车房, 主要通风机房, 机修车间, 劳动公司, 水厂, 碳化硅厂以及职工宿舍楼等。根据现场调查:集中运输巷和回风巷之间的煤柱区域附近地表主要是职工宿舍楼等建筑物, 有4～7层的高层楼房, 也有结构简单的平房, 楼房主要为砖混结构。向北有村庄, 分布有1～2层的民房。目前上述建筑物大部分未发现明显的变形裂缝, 个别建筑物出现明显裂缝。

2地表移动和变形预计

2.1预计方法

为了分析高庄矿集中运输巷与回风巷之间的煤柱开采所引起的地表移动和变形, 以及地表建 (构) 筑物受到何种程度的影响, 对地表移动变形进行预计是非常必要的。采用概率积分法对集中运输巷与回风巷之间的煤柱进行回收以后的地表移动和变形进行预计。该煤柱是一个非充分采动的小工作面, 首先根据充分采动程度调整预计参数, 然后采用概率积分法进行预计, 通过对煤柱1#—4#复采面、工业场地2#、9#、14#采面等条带开采区域引起的地表移动变形进行叠加, 得出上述所有区域开采以后的地表移动和变形值[3,4,5]。

2.2预计参数的确定

集中运输巷与回风巷之间是一个非充分采动的小工作面。在《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定, 开采尺寸较小时需要根据充分采动程度修正地表移动和变形预计参数, 再采用概率积分法进行预计。

集中运输巷与回风巷之间的煤柱开采工作面条件如下:设计开采宽度为40 m, 埋深为320～330 m, 宽深比约为0.125。下沉修正系数如图1所示, 其他修正系数见文献[6]。因为Lθ/H0≤0.5, 且考虑到重复采动影响, 上覆岩层按照软弱岩层取值。

首先根据高庄矿提供的钻孔柱状图计算出覆岩综合评价系数P与岩性影响系数D, 然后根据文献[6]计算出充分采动条件下的预计参数, 确定修正系数之后便可得到该非充分采动小工作面的预计参数。考虑重复采动影响, 综合分析取参数见表1。

2.3工作面开采条件

根据地质采矿资料及工程图纸, 高庄矿工业场地内回收煤柱工作面的煤层平均倾角7°, 煤层厚2.5～5.0 m (南部2.5 m, 北部5.0 m) , 平均采深326 m、采宽40 m。

2.4预计结果

煤柱1#—4#复采面, 工业场地2#、9#、14#采面条带开采以后, 开采集中运输巷和回风巷之间的保护煤柱, 设计开采宽度为40 m。根据开采设计, 有开采厚度2.5～5.0 m (北部5.0 m, 南部2.5 m) 和2.5 m (全部) 2种情况。对上述开采叠加后的地表任意点的移动和变形值进行了计算, 经过计算并将预计结果采用MATLAB进行可视化, 可分别得到地表下沉等值线图、地表倾斜等值线图、地表水平移动等值线图、地表水平变形等值线图。

(1) 情况一:

采厚为2.5～5.0 m (北部5.0 m, 南部2.5 m) 时地表下沉等值线如图2所示;沿走向倾斜等值线如图3所示。

(2) 情况二:

采厚全部为2.5 m时, 沿走向水平移动等值线如图4所示;沿走向水平变形等值线如图5所示。

预计地表移动变形最大值见表2。

3地表建筑物采动影响分析及评价

在文献[6]中规定, 对于长度小于20 m的一般砖石结构建筑物, 当地表变形在倾斜值i=3 mm/m、曲率k=0.2 mm/m2、水平变形ε=2 mm/m以内时, 将产生Ⅰ级破坏;当地表变形在倾斜值i=6 mm/m、曲率k=0.4 mm/m2、水平变形ε=4 mm/m以内时, 将产生Ⅱ级破坏。

根据地表移动和变形预计结果:情况一的最大倾斜值大于Ⅰ级损害地表变形值, 最大值所在区域主要位于工业场地14#采面地表及陈庄村内, 这些区域的民房会出现大于Ⅱ级损害的情况。情况二的地表移动变形最大值均小于Ⅰ级损害地表变形值, 最大值所在区域主要位于工业场地14#采面地表及陈庄村内, 这些区域的民房损害程度为I级。

根据上述分析结果可知:开采集中运输巷和回风巷之间的煤柱以后 (采厚为2.5 m时) 地表建筑物承受的地表变形值小于文献[6]规定的Ⅰ级采动损害程度临界变形值;采厚为2.5～5.0 m时, 局部地表建筑物承受的地表变形值大于Ⅰ级临界变形值, 不会超过Ⅱ级[6]。

4结语

开采集中运输巷和回风巷之间的煤柱 (采厚为2.5 m) 以后, 地表建筑物承受的地表变形值均小于文献[6]规定的Ⅰ级采动损害程度临界变形值, 职工宿舍楼等建筑物区域的地表变形值均小于Ⅰ级损害地表变形值;当采厚北部为5.0 m、南部为2.5 m时, 局部地表建筑物承受的地表变形值大于Ⅰ级临界变形值, 但不会超过Ⅱ级损害程度临界变形值。在正常情况下, 如果可以接受上述建筑物的采动损害程度, 则可以开采集中运输巷和回风巷之间的煤柱。

参考文献

[1]郭文兵, 邓喀中, 邹友峰.我国条带开采的研究现状与主要问题[J].煤炭科学技术, 2004, 32 (8) :6-11.

[2]胡炳南, 孙希奎.村庄建筑物下压煤高效开采研究[J].煤炭科学技术, 2001 (9) :37-39.

[3]郭文兵, 柴华彬.煤矿开采损害与保护 (普通高等教育地矿、安全类“十一五”规划教材) [M].北京:煤炭工业出版社, 2008.

[4]邹友峰, 胡友键, 郭增长.采动损害与防护[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1996.

[5]何国清, 杨伦, 凌赓娣, 等.矿山开采沉陷学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1994.

采区煤柱 篇4

二三采区煤柱工作面开采的是古生界二迭系山西组的二1煤层, 位于我矿二水平一采区和三采区之间, 面积约27456m2。北起二三采区运料下山, 西到F9-1-10断层保护煤柱, 南至2303、2305工作面停采线, 东止-270运输大巷。工作面走向长73m, 倾斜长360m, 走向10°~25°, 倾向100°~115°, 倾角16°~22°平均倾角19°, 煤层平均厚度为7.39米, 储量利用厚度为7.14m, 煤层直接顶板为砂质泥岩, 厚度约7.04m, 煤层直接底板为砂质泥岩, 厚度为5.94m, 老底为灰色中粒砂岩 (S9) 厚9.76m。

工作面运输、回风顺槽沿倾向布置, 回风顺槽由原二三采区运料上山扩修而成, 水平布设工作面切眼, 应该沿斜向俯斜开采, 爆破落煤, 通过单体柱配合π型钢梁两梁六柱对棚支护, 全部垮落法对采空区做处理, 工作面煤的运输工作由SGW-40T刮板输送机来完成。

2 影响工作面安全开采因素及对策

2.1 出煤速度慢、护顶不及时、工人劳动强度大。由于工作面是俯斜开采, 工作面坡度大等特点, 工作面煤壁在放炮后煤炭自装率极低, 工人劳动强度大, 出煤速度慢, 超前护顶不及时, 工作面控顶不到位, 即使运用的是俯斜开采时顶板岩块平行层理的分力指向煤壁侧, 顶板岩块之间出现挤压力使顶板裂隙闭合, 能够稳定、连续的工作;同时, 对节理裂隙角发育的顶板, 煤壁周围的顶板比较容易发生冒落, 可通过如下措施解决: (1) 减少工作面顶板悬露时间, 科学的安排劳动组合, 使一次落煤长度缩短, 放炮后快速窜梁、护顶, 出煤时分组进行, 设置顶板支护要及时有效。 (2) 减小顶梁端面距, 为避免煤壁处的顶板冒落, 开采时不应留出顶梁端面距, 这就要求我们在回采放炮过程中, 对循环进度严加管理, 不允许超挖, 且在裂隙发育地段一定要通过手镐掏梁窝提前进行窜梁护顶。

2.2 老塘的矸石下滑易推倒切顶支柱

采空区冒落的矸石会因为自身的重力, 而可能直接窜入工作面空间, 从而埋下安全隐患。如果倾角过大, 冒落的矸石向下山方向的侧向压力, 极易将支柱推到, 应通过相应的措施严加防范: (1) 使用菱形网封当矸石, 将侧向压力分解开来, 由于菱形网和采场的顶、采空区的底和工作面切顶线之间构成了一个整体的隔离层, 确保了老塘的矸石不会窜入工作面采场, 同时也倾向方向上也形成了和冒落的矸石在推力的反作用力, 进而使切顶线侧支拄所承受的侧向压力大大降低, 还增加了工作面支护安全性。 (2) 靠工作面老塘侧支柱沿工作面走向打抬棚一趟, 即提高了工作面支架的整体稳定性又提高了切顶效果。

2.3 初次放顶时切顶线支柱易失稳。初次放顶期间, 顶板多会产生局部冒落甚至不冒的问题, 而当顶板大矸块突然冒落, 切顶线支柱很容易在这个时候失稳, 采取的措施是: (1) 安装工作面时将菱形网铺在顶板及放顶侧的底板上, 进行工作面的安装时, 先将用于封闭老塘侧的菱形网从顶梁上沿放顶侧挂到底板, 以防初次放顶后局部冒落的矸石涌入工作面采场;但若放顶后顶板仍不冒落, 则采用强制放顶, 让顶板进行冒落。 (2) 工作面每隔8m-10m增设一组木垛, 增加工作面支柱的稳定性, 工作面所有支柱全部配齐防倒链。

3 俯斜开采的经济技术效果评价

工作面面长一致, 便于劳动组织, 由于倾斜长壁工作面的回采巷道可以保持固定的方向, 这样可以保证工作面的面长基本不变, 从而减少了因增减工作面支柱数量和运输机长度所占用的辅助工作量和辅助工作时间, 以及对生产的影响。

4 存在问题

4.1 切顶线必须有专人维护, 在压力显现异常时必须立即采取措施。

4.2 初次放顶前, 固定支架的工作量大, 并且要牢固, 否则易造成工作面切顶支柱失稳。

4.3 长距离的倾斜巷道对工作面的运料及行人造成较大困难。

5 结论

5.1 俯采方法在煤层赋存条件允许时优势较明显。

5.2 采取一定的措施控制老塘矸石并加强工作面支护, 采煤工作面采用俯采方法可不受煤层倾角12度的限制。

摘要：对工作面大倾角俯采问题的分析, 有针对性的采取了使用菱形网, 防止老塘矸石向工作面采场的窜动, 针对俯采工作面初采初放时, 工作面切顶线支柱容易失稳的特点, 采取了加打木垛以及靠老塘侧支柱加打抬棚等措施, 缩小工作面顶梁端面距, 防止煤壁处顶板漏顶等一系列措施, 给工作面安全回采提供了可行性的方案, 安全效益与经济效益明显。