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1、高产高效矿井开采技术,矿井巷道布置-2,5.3 单翼、整层连续跨上(下)山巷道布置系统,20世纪70年代以前，我国国有重点煤矿中，除近水平煤层外主要采用采区式准备，其中绝大部分是双翼采区准备，将上（下）山布置在采区中部为采区两翼服务，相对减少上（下）山及车场的掘进工作量。随着采矿技术的发展，高产高效矿井采区式准备系统朝着扩大采区尺寸及生产能力，推广跨上山连续开采和采区内整层、单翼化布置方向发展。兖州矿区厚煤层矿井采区式准备系统巷道布置改革针对兖州的实际和需要创出了具有特色的巷道布置系统。形成具有系统性、科学性、综合性的实用技术和理论研究成果。,5.3.1 煤、岩巷垂直布置1)矿井原有巷道布置系
2、统,（1）双翼采区岩石上(下)山和岩石集中巷布置模式 二十世纪80年代初，以南屯煤矿沿用的岩石上(下)山和岩石集中巷布置模式为原型，通过扩大采区尺寸，工作面等长切割和改用无煤柱开采等手段，对采区进行合理化、规范化改革。改革后的巷道系统适应初期综采开采的需要，回采巷道维护良好，安全生产设备完备、可靠，很快移植到新建井的设计。,改革后的巷道系统具有以下特点(图5-8)：一个采区只有一对采区轨道运输上山和胶带输送机上山，且一般位于采区中部。采煤工作面的运输平巷与胶带输送机岩石集中巷重叠平行布置，两者之间除用坡度270联络斜巷联通外，还要用溜煤眼联通，形成煤炭运输系统。采煤工作面顺槽无煤柱沿空掘巷、煤
3、顺槽定向施工。工作面平巷、岩石集中巷、采区上下山之间分别用坡度270的联络巷联通。,传统的岩石大巷开拓，分两翼上（下）山布置1-胶带运输机石门；2-北石门；3-采区轨道上山；4-采区回风上山；5-反上山；6-煤仓；7-联络斜巷；8-西翼总回风巷；9-分层回风顺槽；10-岩石集中运输巷；11-分层运输顺槽；12-轨道顺槽；13-溜煤眼。,图5-8 改革后的巷道系统,（2）巷道布置系统的优点,采区集中化生产。巷道布置系统得到进一步改进，形成了一矿二面和一矿一面的高度集中化生产的格局。出现增产、减面、减人的良性的循环。采区尺寸扩大。随着采掘设备的改进、采掘工艺的完善，高产高效工作面快速开采，巷道支护
4、技术的进步使巷道的支护与维护变得容易和可靠；加之安全技术的进步，安全可靠性大大提高。采区尺寸加大是采矿技术进步发展的必然趋势。采区生产能力提高。采区生产能力基本上是采区内回采工作面生产能力的总和。采区内同时生产的回采工作面数目的多少，直接影响到采区巷道布置方式。,（3）巷道布置系统存在的问题,通过扩大采区尺寸，工作面等长切割和改用无煤柱开采等手段，对采区巷道系统进行合理化、规范化改革后，采区岩石集中巷布置方式的主要缺陷是:岩巷掘进率太高，采准巷道的岩巷掘进率一般在25m/万t左右。采区上山至工作面平巷需经过两个坡度270的联络巷，系统复杂、占用设备多，效率低。下部的岩石集中巷要受上部3个分层上
5、下相邻采煤工作面的6次采动影响，岩石集中巷维护条件差。,由于上下两个相邻的采煤工作面共用一条胶带输送机岩石集中巷，后一个工作面煤层平巷靠近采空区一侧，煤层运输平巷要铺设胶带输送机，巷道断面大，难以维护。上下两个相邻工作面，只有一个采煤工作面正坡向下运输，另一个采煤工作面则需反坡向上运输，运输效率低。通过生产实践暴露出来的上述问题，严重制约着综合机械化生产的发展。随着综采技术的飞速发展，岩巷掘进与采面推进速度之间的差距进一步拉大，采准接续上升为主要矛盾；分层开采导致岩集巷多次经受采动影响，巷道维修工作量大。因此，提出新的采区巷道布置方式，减少岩巷成为下一阶段改革的主攻方向。,2）煤、岩巷垂直布置
6、,传统的岩石上下山、区段岩集巷和煤岩巷平行布置的模式，掘进率并没有明显降低。1980年改用综采设备后，综采面年推进度提高到10OOm左右，而岩巷掘进速度始终在600700m/a徘徊。岩巷掘进速度没有突破性进展。随着综采单产不断飞速提高，与岩巷施工速度徘徊不前的矛盾日益突出。采掘工作面单进速度的不平衡，直接影响采掘工作面接替和均衡生产。因此，减少岩巷，尤其是取消采区内区段岩集巷的问题尤为突出。但是，取消采区内区段岩集巷，煤、岩巷垂直布置必需具备以下条件：,消除和处理易燃厚煤层自然发火的隐患是采区巷道布置改革的关键,在厚煤层分层开采过程中，无煤柱开采的广泛应用和推广，采空区内不留煤柱，为消除采空区
7、内煤炭自然发火的隐患创造了十分有利的条件。其次，对矿井通风系统进行了优化，扩大了通风断面，增加了进、回风道，降低负压，有效地减少了采空区漏风。同时采取了综合防灭火技术:如均压通风，注浆技术，堵漏风技术、阻化技术、注氮技术等。在防治煤层自然发火的新设备、新材料、新技术不断出现的情况下，采空区煤炭自然发火隐患基本得到控制，为采区巷道布置改革提供了保证。,(2)跨巷开采成功为采区巷道布置改革提供了新思路,兖州矿区各厚煤层矿井的大巷及采区上山多布置在3层煤底板岩层内，初期建设的矿井对此类巷道均留设一定宽度的护巷煤柱。上山煤柱的存在，限制了综采面的连续推进长度，而且通过煤柱传递的支承压力长期作用于上山，
8、不利于巷道维护。推行跨上山开采圆满地解决了上述矛盾，而且以最简单的方式回收了可能丢失的上山护巷煤柱，资源回收率得以大幅度提高。跨巷开采先由上山开始，随后扩大至大巷煤柱的回收。,优化联络斜巷布置保证采区巷道系统的完整性,联络斜巷是由采区的岩石巷道通往综采工作面煤顺槽的主要通道，它担负着综采工作面的通风、辅助运输、供电、排水、注浆等主要任务，是构成采区巷道的主要环节。根据多年来的生产实践，从几种联络斜巷布置形式中组合优化成Y型联络斜巷，这种布置形式能适应多变的地质条件，能由两条上下山同时联结一条煤顺槽。Y型联络斜巷的多功能性保证了改革后的巷道布置系统的完整性。,巷道布置改革主要内容(1)中间岩石上
9、下山、区段岩集巷改为分组岩石上下山,煤岩巷垂直布置方式是通过生产实践，不断总结融合各项新技术为一体，大胆改革后的一种能适应综采生产发展和能适应厚煤层无煤柱开采的巷道布置形式。这种布置形式如图5-9所示。,图5-9 煤岩巷垂直布置,在走向布置的采区内，分组岩石上下山的方向与煤顺槽垂直，沿煤层倾斜方向布置在距3层煤102Om的底板岩层内，分组岩石上下山间距根据采区走向长度和在煤顺槽内所选设的胶带输送机长度确定。这种中间上下山根据各采区的地质条件布置一组或多组。第一组中间上下山距采区边界切眼600m左右(根据煤层平巷所铺设的胶带输送机的长度而定)，第二组中间上下山(或边界上下山)距第一组中间上下山5
10、50m左右。,取消与煤层平巷平行重叠布置的采区轨道岩石集中巷和胶带输送机岩石集中巷。在采区的上部布置采区的岩石轨道运输巷，与各组中间上下山相联通；在采区下部边界布置岩石疏水巷；距切眼6080m内侧布置边界疏水岩石巷道并联通采区上部的岩石轨道运输巷和采区下部的岩石疏水巷，构成一个大回路和几个分组小回路，以使煤流、通风和疏水等形成系统。解决采区内各岩石巷道的独头通风问题。每组中间上下山中有一条是轨道运输上下山，另一条是胶带输送机上下山，在胶带输送机上下山与煤层运输平巷相交的位置，用溜煤眼联通，以形成综采工作面煤的连续运输系统。,采区各轨道运输上下山用Y型联络斜巷与综采工作面运输巷连通，形成综采工作
11、面的辅助运输系统和进回分风系统，见图5-10。采区的最后一组上下山(也称采区边界上下山)，除留足煤柱外，在停采线以外布置综采工作面的设备撤出联络巷，其长度应以能够容纳移动变电站为准，并尽量考虑能为上下两个工作面服务。,图5-10 Y型联络斜巷与综采工作面运输巷连通,鲍店矿五采区采取分组上下山巷道布置方式，工作面连续跨上山回采，区段间不留煤柱，不设岩石集中巷(图5-11)。采区走向长2500m，倾斜宽1600m。采区轨道大巷、皮带大巷沿煤层走向，布置在采区下部。四组上山沿煤层倾向布置，每组上山间隔600m，四组上山上与采区总回风巷相连，下与采区轨道大巷皮带大巷相连。与煤顺槽、岩集巷平行布置方式比
12、较，减少岩石工程量，缩短采区准备时间，保证了矿井正常生产。,图5-11 鲍店矿五采区分组上山布置平面图1-北翼胶带机大巷；2-北翼轨道大巷；3-采区煤仓；4-采区胶带机上山；5-采区轨道上山；6-溜煤眼；7-Y型联络斜巷；8-煤顺槽；9-五采区总回风巷；采区分组上山编号,(2)在3层煤分叉部分，开掘煤集巷有条件取代原有岩集巷,兖州矿区的3层煤在南屯矿井田内分叉成两层。两层煤的平均层间距为6.89m，其岩性为粉砂岩和细砂岩，利用其岩性好和层间距较大的特点，把岩石集中巷改为煤层集中巷设在3层煤里。采用倾斜长壁采煤方法，在三采区的北、中、南部分别设三组岩石巷道布置在距三层煤底板1015m的岩层内。北
13、部布置一组岩石上山，设一条皮带上山和一条轨道上山以解决三采区北翼的掘进运输问题。在这些岩石巷道里分别掘溜煤眼和联络斜巷与3层煤煤层集中巷和3上分层顺槽相联通。各煤层顺槽与3层煤煤层集中巷平行布置(图5-12)。,图5-12 南屯煤矿煤层集 中巷布置方式示意图 1-265m轨道巷；2-南部 胶带巷；3-295m回风巷；4-295m轨道巷；5-295 m胶带机巷；6-岩石上山；7-北部胶带机上山；8-北部 轨道上山；9-联络斜巷；10-溜煤眼；11-3层煤集中 巷；12-3上层煤顺槽 13-3上层煤开切眼；14-3层煤开切眼,巷道布置方式的主要特点：利用两层煤的层间距大于10m的特点，改岩集巷为煤
14、集巷，达到少开掘岩巷的目的。利用倾斜长而走向短的特点，采用倾斜长壁采煤法仰斜开采，便于采空区和顺槽的自然疏水。煤集巷受3上煤层两个分层四次开采的动压影响，巷道维护量较大，维修费用较高。这种布置方式的万吨掘进率在60m左右，岩巷占采区巷道总工程量的20%左右。,煤、岩巷垂直布置的优越性,通过多年的生产实践，改革后的采区巷道布置形式，除克服了传统的采区巷道布置形式的种种弊端外，还显现出以下优越性:(1)煤岩垂直布置比煤岩平行布置，采区掘进率降低152Om/万t，其中岩巷掘进率降低1114m/万t。(2)由于在采区内回采顺序由跳采改为阶梯式接替，接替综采工作面铺设胶带输送机的运输顺槽在实体煤一侧掘进
15、，便于大断面煤顺槽的维护。,(3)取消与煤顺槽平行重叠的岩集巷，用150型胶带输送机铺设于煤顺槽中取代DX型钢绳芯胶带输送机解决综采工作面的运输问题，大幅度减少采区运输设备的投资。(4)采区各轨道运输上下山用Y型联络斜巷与综采工作面的煤层平巷联通，形成综采工作面的辅助运输系统和进回分风系统，便于采区通风调节和采区的防灭火工作。(5)采区巷道布置工程量的减少，大大减少了采区巷道维护费用。(6)跨巷开采和分组岩石上下山无岩集巷的布置方式的成功，打破了传统采区的概念，如地质条件允许，可使采区进行无边界连续开采，为实现高度集中化生产创造了条件。,5.3.2 整层开采巷道布置系统1)整层开采简化巷道布置
16、,鉴于采用分层综采技术的工作面单产水平难以大幅度提高。为此，兖州矿区推广应用综放开采技术，形成具有中国特色的集中化生产采区巷道布置系统，对合理集中生产起到了保证作用。采区巷道布置系统首先要求巷道系统简洁，确保煤流通畅，辅助、安全系统完善可靠。同时对工作面参数的变化与调整具备适应性，为工作面今后的发展留有充分余地。还要有利于采掘工作面在时间、空间上的安排，确保巷道维护并消除灾变隐患，实现采面有序接续。最终实现煤巷为主、少做岩巷的布置方式。,整层开采具备的条件(1)综放开采技术,分层开采的综合机械化采煤工艺虽较高档普采有较大优点，但经多年实践也暴露出一些缺点，如工作面安撤次数多，煤巷掘进率高，准备
17、工作量大，生产接续紧张；采空区封闭频繁、通风管理困难、自然发火隐患大；采区巷道重复受压，增大了维护工作量；底分层煤厚变化大，割底多影响煤质、损坏设备等。由于存在上述技术问题，从1985年到l992年间工作面月单产一直徘徊在5.5万t至7.0万t之间。传统的分层开采综合机械化采煤工艺已不能适应兖州矿区实现合理集中生产，建设“双高”矿井的需要。,1992年在兴隆庄矿5306面试验综采放顶煤开采取得成功后，在矿区进行了大面积推广，取代了分层综采成为主导采煤方式。1996年各矿的综放工作面单产几乎都在200万t以上，兴隆庄煤矿4326综放工作面2002年工作面日产量达到了2.4万t，月产量达到了62.
18、3万t，平均回采工效313t/工，工作面单产达到年产610万t。回采工作面和采区生产能力的变化，给矿井大型化、集中化、现代化生产创造了有利条件，基本上实现了一个采区一个工作面。1995年兖州矿区的6对厚煤层矿井中，南屯矿已经达到一矿一面，兴隆庄、鲍店、东滩3对矿井已经达到一矿二面的集中化程度。,(2)全煤巷道锚杆支护技术,综放工作面回采巷道与分层综采工作面回采巷道的基本功能完全相同，但由于综放工作面回采巷道通常位于所开采煤层的底板，因此与分层综采相比，综放工作面回采巷道具有以下基本特点:巷道由跟顶掘进(煤层顶板或分层假顶)变为跟底(煤层底板)掘进，完全取消了分层假顶下掘进。巷道支护的对象由煤层
19、顶板岩石或分层假顶、两帮煤体变为顶、帮完全煤体、围岩类型发生变化，其均质程度提高，但强度降低。巷道断面一般为矩形或梯形，断面面积增大。,随着工作面单产及矿井集中化程度大幅度提高，暴露出刚性金属支架的某些缺陷与不足：高产工作面运煤量增长，12OOmm胶带输送机势在必行，巷道净宽增加至4.0m，这是11号、12号矿用工字钢梯形支架很难达到的跨度。大功率综采、综放面快速推进，棚子回撤、外运任务庞大而艰巨，在一定程度上制约了采面工时利用和产量。综放面煤顺槽沿空侧压力大于分层面，棚腿变形严重；使用锚梁网组合支护，具有良好的抗采动影响能力。综放面煤顺槽特别强调防灭火要求，巷旁防火喷浆层将棚腿与金属网包成一
20、体，增加了棚子回撤的难度。,综放整层开采巷道布置的特点,综放开采实现了厚煤层一次采全高，为采区巷道布置简化创造了条件。取得了减少岩巷，合理降低掘进率的效果。发展了综放整层开采煤岩巷垂直布置方式如图5-13所示。综放开采巷道布置具有以下优点：综放开采巷道布置降低巷道掘进率，保证高产高效工作面的正常接替。综放开采简化采掘关系，也减轻了工作面回采对巷道的影响程度，巷道维修量降低。简化运输系统，便于采用新型辅助运输设备，实现直通式辅助运输。煤流运输系统简化。,图5-13 煤岩巷垂直布置方式1运输大巷，2轨道大巷，3皮带下山，4轨道下山，5中间轨道下山，6边界泄水巷，7下部边界泄水巷，8皮带顺槽，9轨道
21、顺槽，10溜煤眼，11采区煤仓,在采区的上部布置采区的岩石轨道巷，下部边界布置岩石排水巷。煤层1020的底板岩层内，在采区中间布置一条轨道中间上（下）山，边界布置一条边界岩石泄水巷，方向与煤层顺槽垂直。中间上（下）山的作用主要是为了便于工作面准备和接替，用型联络巷与综采工作面的煤层顺槽联通，形成工作面的辅助运输系统。,5.3.3 单翼开采巷道布置系统,矿井井筒(硐)的开拓布局一般为双翼布置，。随着工作面生产能力的提高，同采工作面数目减少，高产高效矿井开采的基本模式为一井一面或一井两面。布置采区边界上山，从采区的一个边界连续推进开采到另一个采区边界，以及跨多上山的单翼开采方式。全矿只需一条生产线
22、单翼生产，巷道少、生产效率高，有条件配置先进的监测监控、事故诊断及安全保障系统等，是高产高效矿井的发展方向。工作面推进距离越来越大，上山掘进费在吨煤费用中所占比重越来越小，而折返运输距离越来越长，折返运输吨煤费用所占比重越来越大。,单翼开采巷道布置具备的条件,(1)综放开采煤炭自然防治技术 综放开采的自然发火与分层综采相比，呈现出完全不同的特点，主要表现在：煤层最短自然发火期由分层开采时36个月缩短到18d。综放开采丢煤相对增加，特别是采空区周边丢煤增加。实施无煤柱开采，大面积采空区连成一片，漏风系统复杂且难以避免。综放面两巷沿煤层底板掘进，巷道顶煤易破碎，甚至冒顶，极易自燃。高度集中生产，对
23、矿井防灭火工作的安全可靠性要求越来越高。,为了提高防灭火工作的有效性和可靠性，采用注浆防灭火技术、堵漏风技术，使用氯化镁阻化剂和凝胶阻化剂、均压通风技术、煤层自燃预测预报、注氮技术等防灭火新技术，新型防灭火充填材料。采取综合性的防治措施，选择采面适宜的供风量及合理稳定的通风系统；确定合理的采掘安排；保持掘进工作面快速掘进；回采工作面停采后及时撤除和封存；煤炭自然的早期预测预报等工作。采煤工作面的快速推进不仅是一个效益问题，而且是一项极其重要的防灭火措施，工作面推进速度只要保持在50.3m/月以上，一般本面采空区就不会发火。,(2)长距离胶带输送机,综放工作面峰值产量大于20OOt/h，持续时间
24、一般为23h。对煤炭运输系统进行了以下几个方面的改造。合理选择采区煤炭运输设备。根据综放工作面生产能力，对刮板输送机、转载机、破碎机及顺槽可伸缩带式输送机进行计算选型。我国目前SSJ-1400/3400型带式输送机满足高产高效综放工作面配套要求。局部改造煤炭运输系统，增加驱动功率或多点驱动提高运输量；调整减速机减速比提高带速；现有的输送机中间增加驱动装置。带式输送机软启动技术。采用机、电、液一体化控制的软启动技术改善带式输送机的启动性能，提高安全性和节能效益。,(3)完善快速掘进技术,实现煤巷快速高效掘进的主要途径是采用综合机械化掘进技术。综合机械化掘进技术是由掘进机、转载机、输送机等组成的综
25、合性配套技术，可以实现巷道掘进、转载、运输、支护机械化作业。九五以来，兖矿集团不仅从日本、英国引进能够钻凿顶板、两侧边帮锚杆孔的大功率掘进机机载锚杆机，而且与有关科研究所合作，研制开发了可安装在现有MRH一SlO0型掘进机上的机载锚杆钻机。掘进机机载锚杆钻机的引进、研制提高了综掘巷道锚网支护的机械化水平。,单翼开采巷道布置(1)单翼采区巷道布置方式,分组岩石上下山、单翼回采、岩石上下山与煤顺槽垂直布置的巷道布置方式，虽然减少了大量岩巷工程。但还保留了分组上下山的全部岩巷工程，以便为准备下区段工作面顺槽、疏水和防灭火之用。综放开采技术、综放开采煤炭自燃防治技术、煤巷快速掘进技术的完善，以及长距离
26、胶带输送机的使用，为取消中间部分的分组岩石上下山创造前提条件。边界上下山采区巷道布置方式如图5-14所示。其采区走向长度除地质因素外还决定于煤顺槽所选用的长距离胶带输送机设备。,图5-14 单翼采区巷道布置方式1-轨道运输大巷；2-胶带运输机大巷；3-总回风巷；4-轨道上山；5-胶带机上山；6-联络斜巷；7-溜煤眼；8-边界岩巷；9-煤顺槽；10-开切眼；11-采区煤仓,单翼采区巷道布置主要优点：采区生产掘进率及岩巷掘进率大幅度降低，采区掘进率为2030 m/万t，岩石掘进率为35 m/万t。生产系统进一步简化，为辅助运输现代化创造了十分有利的条件。由于采区工程量的大大减少，使采区开拓准备时间
27、大为缩短，有利于矿井生产接续。取消了与工作面顺槽垂直的底板中间岩石上山，巷道的维护费用大大降低。采区煤柱损失较少，采出率高。,采区如果是前进式布置，采区边界上下山应设在靠近井筒一侧，开切眼设在远离井筒一侧。采区内工作面后退回采，运输系统顺向。有条件的地方，开切眼设在井筒一侧，采区边界上下山应设在远离井筒一侧。可形成采区无边界连续回采，但大巷运输反向。采用边界风井通风方式时，采区后退式布置。通过边界上下山，可形成采区无边界连续回采，比较理想。为便于掘进准备和采空区疏水，在开切眼一侧也布置边界上下山或利用下一采区的采区边界上下山，并与上下开拓巷道相联通，形成生产系统。采区边界上下山可以是全煤巷布置
28、或一条煤巷一条岩巷，开切眼一侧的边界上下山则需要布置在煤层底板内。,(2)带区边界上山巷道布置方式,边界上山煤岩巷直交布置：在带区边界布置上山，工作面自带区边界俯斜连续推进(图5-15)。工作面连续推进，岩巷工作量小，生产系统简单，利于排水。图5-15 边界上山煤 岩巷直交布置 1-轨道大巷；2-胶带机 大巷；3-轨道上山；4-胶带机上山；5-回风 上山；6-胶带机平巷；7-轨道平巷；8-煤顺槽；9-开切眼。,东滩矿十四采区(扩大)巷道布置,采区走向长度15002200m，倾斜长度13002200m。在采区的结束边界布置一组上山“一煤一岩”，轨道上山作为辅助运输兼作采区的主进风，运输上山作为主
29、运煤系统兼作回风。工作面停采线距第一条上山90m，避开工作面超前支承压力的影响。十四采区扩大区完全采用边界上山布置方式。利用兖石铁路煤柱作为护巷煤柱，轨道上山沿煤层布置，运输上山布置在岩层中。煤顺槽与边界上山系统垂直，与轨道上山同层交联，与运输上山有垂直溜煤眼搭接和回风斜巷联络(图5-16)。,图5-16 十四采区扩大区巷道布置示意图1-北翼石门；2-西翼石门；3-东翼大巷；4-运输机上山；5-轨道上山,(4)采区(带区)边界巷道系统,不论是走向长壁采区还是倾斜长壁带区，沿其边界布置边界上下山或带区集中巷与上部和下布的开拓巷道相联，都形成采区(带区)边界巷道系统。其优点如下：通过采区(带区)边
30、界巷道系统运转设备，缩短综采工作面设备的安装、撤除周期。形成排水系统，排、放、泄采空区积水。可用于均压通风及作为消火道，有利于工作面的准备、开切眼防灭火。克服采掘工作相互干扰，确保采掘正常接续。周边巷道的存在为辅助运输实现现代化创造条件。,(5)跨多上山的单翼开采方式,采区上山(石门)布置在煤层底板，走向每隔50010OOm(一部带式输送机的铺设长度)布置一组。采煤工作面自本采区的一翼边界连续推进，跨过相邻一个或数个采区的岩石上山(石门)，如图5-17所示。这种跨采方案既在新采区设计中被采用，也可用于改造旧采区设计，扩大采区走向长度。这种跨采布置形式相当于由若干个单翼采区构成一个大采区，扩大了
31、采区范围和储量。,图5-17 连续跨多上山的单翼开采方式,单翼、整层开采巷道布置改革效益分析,兖矿集团厚煤层采煤工艺发展历程为：高挡普采分层综采综放开采；巷道布置发展历程：煤柱护巷沿空掘巷；采区煤岩巷道平行重叠布置垂直重叠布置；工作面推进方向：从采区两翼向采区中间上山推进从采区一翼推进，跨上山推至采区边界采区无边界连续开采。现在正朝着全煤巷布置方向发展，为辅助运输现代化和采区无边界连续开采创造有利条件。优化采区巷道布置系统的成功，为兖州矿区的矿井集中化、现代化和不断持续的高产高效奠定了基础。采区巷道布置改革的成就集中表现在大幅度降低巷道掘进率。,采区走向和倾斜尺寸基本相同条件下，不同巷道布置方
32、式的掘进率计算列表5-2。巷道布置改革减少采区生产掘进进尺，促进了兖州矿区生产掘进率的逐年大幅度降低。兖州矿区掘进工作面年平均个数 八五期间大幅度减少，由1990年的76.61个减至2003年的59.54个。掘进工人数由4267人减到3791人，减少了476人。生产掘进率、尤其是岩巷掘进率大幅度降低，2003年与1990年比较，生产掘进率由77.02m/万t降低至37.95 m/万t，减少56.59m/万t；岩巷掘进率由31.93m/万t降低至8.8m/万t，减少23.1m/万t。减少煤流运输和辅助运输设备占用量以及相应的材电耗，为矿井辅助运输现代化创造有利条件。,54 全煤巷道布置,全煤巷开
33、拓方式，就是除个别井底车场碉室开挖在稳定的岩层中外，所有的开拓巷道全部布置在煤层中。这种开拓方式，已成为国内外矿井建设的优选设计方案，它不仅有利于煤炭的清洁生产，而且建设投资少，矿井投产快，建井期间就可生产出商品煤。美国、澳大利亚、南非等国的各种煤矿几乎都采用多煤巷并行的开拓方式，德国、英国近年也逐渐向全煤巷开拓发展。全煤巷开拓基本取消了地面矸石山，德国许多矿井已取消排矸系统。我国一些新设计的大型矿井(如济宁3号井，东胜、神府煤田的矿井)，基本上是按全煤巷开拓设计的。,现代煤炭科学技术的发展和煤巷支护技术的提高，使全煤巷开拓方式的实现成为可能，具体表现在以下几方面：现代化高强度开采，回采速度加
34、快，生产高度集中，矿井服务年限相应减少;需要同时维护使用的巷道长度和时间缩短。支护技术和材料(锚杆支护、U型钢支护、壁后充填等技术)的发展，使大断面煤层巷道能长期维护使用。高强度长距离带式输送机的发展，新的辅助运输技术和装备的出现，使煤、材料及人员的输送不再依赖于传统的轨道矿车，对巷道的起伏己无严格要求。与煤层巷道相适应的通风、排水技术和设备。,5.4.1 布置煤层大巷,高产高效矿井一矿(井)一面或二面的高度集中生产要求矿井生产系统简化，工作面的高产量、高速度要求开拓准备的高速度给以保障。布置煤层巷道、逐层的开采顺序能使生产系统简单化和快速完成开拓准备。在煤层倾角小、赋存条件好或比较好的条件下
35、，布置煤层大巷、逐层开采各煤层，开拓准备见效快、综合效益好。所以煤层大巷、逐层开采成为高产高效矿井的发展方向。除神华大柳塔煤矿、活鸡兔煤矿，兖州济宁二号、三号井等20世纪90年代设计(投产)的新井体现了分煤层布置煤层巷道的发展趋势外。生产矿井采用分煤层布置煤层大巷的有潞安的漳村煤矿和常村煤矿、义马的常村煤矿、龙口的梁家煤矿等。,布置煤层大巷是有一定条件的，煤层大巷的技术可行性包括煤层适应性、生产安全性及可维护性三个方面。煤层适应性受到煤层平整性、断层构造、围岩稳定性、围岩岩块干饱和吸水率的影响;生产安全性受到煤层瓦斯、自燃及冲击地压灾害威胁的影响;可维护性主要受围岩变形速度的影响。煤层大巷的技
36、术可行性影响因素结构如图5-18所示。煤层大巷的技术可行性受三个方面、9种因素的影响。依据采矿工程实践总结，建立布置煤层大巷与各影响因素的模糊制约关系，可以采用多因素加权用多因素模糊综合评判方法确定煤层大巷的可行性程度。,图5-18 布置煤层大巷的技术可行性影响因素,布置煤层大巷存在着煤巷维护问题，我国历来习惯于采取留设窄煤柱护巷，以尽量提高煤炭回收率，却往往造成护巷困难，甚至把巷道压垮。国外多采用留设宽煤柱护巷，最后一并回收煤柱。按英国经验，煤柱宽度以不小于1/10的采深为宜，英国赛尔比矿采深为11OOm时，留设12Om宽煤柱、采深300350m时，盘区周围留设40m煤柱。济宁三号井对采深7
37、00m的煤层大巷煤柱宽度取1OO120m左右(一侧)，采深550m时取7080m，间煤柱及巷道宽度50m，煤层大巷煤柱最后作为一个长壁面采出。,1）神华大柳塔煤矿,大柳塔煤矿主采1-1、2-2和5-2煤层，主采煤层总平均厚度14.4m，煤层近水平。属低瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险，煤层自然发火。根据井田内煤层赋存特征，将1-1、2-2煤层划为上组煤，将5-2煤层划为下组煤。上组煤宜用平硐开拓。下组煤位于工业场地标高之下约1OOm，适于用斜井开拓。大柳塔矿确定采用平硐一斜井联合开拓。主平硐口标高为十1078m，主平碉沿2-2煤层底板岩层开掘一段后即以80斜巷进入该煤层，1号副平硐和2号副平硐在岩层中
38、开掘一段后亦分别以60和4030进入2-2煤层，在2-2煤层中布置34条中央大巷，分别担负上组煤的运煤、运料和进、回风任务。其开拓系统如图5-19所示。,全矿共布置3条平硐，1条铺设强力带式输送机运煤，另外两条辅助平硐作为无轨胶轮车运送材料设备的进、回车道。4条煤层大巷，其中3条担负上述运输任务，另1条专用于回风。矿井采用多风井进、回风的分区通风。下组煤采用斜井开拓，主、副斜井分别开掘在上组煤3条平硐的两侧，使平硐和斜井共用1个井口场地。主斜井以160向下开掘，带式输送机提升，副斜井以80向下开掘，采用齿轨机车运输。两斜井井口标高均为+1075.5m。在5-2煤层中布置三条大巷，其中一条铺设带
39、式输送机运煤，一条铺设齿轨车轨道用于辅助运输，长度分别为4600m和3849m，另一条用于回风。斜井开拓系统如图5-20所示，联合开拓剖面如图5-21所示。,2)神府活鸡兔矿,神府活鸡兔矿设计生产能力50O万t/a,近水平煤层。一水平上组煤用平硐开拓，以平硐作为矿井主要运输大巷，平硐等开拓巷道均沿2-2煤层布置，煤巷约占95%，二水平下组煤埋藏较深，约60年后开采，确定采用斜井开拓，二水平大巷布置在主采煤层5-2煤层中。利用平硐作为主要运输巷道，在其两翼布置工作面。三条平硐贯穿全井田。主、副平硐间留有煤柱，主、副平硐中心线间距45m，两条副平硐的外侧留有50m护巷煤柱。如图5-22所示。神府活
40、鸡兔矿2煤层埋深1OOm左右，平硐之间、大巷之间、煤层上山之间巷道中心线距45m;平硐、大巷、上山两侧各留设50m宽的煤柱。,3）济宁三号井(1)布置煤层大巷技术可行性分析,济三煤矿井主采煤层3下煤的煤厚为09.69m，平均厚度5.26m，煤层倾角一般为5090。济宁三号煤矿布置煤层大巷的优越条件是煤层强度大、围岩条件好、瓦斯低、无煤与瓦斯突出、无冲击地压、煤层基本平整；主要问题是受到断层影响，埋藏深度达到600m。煤层大巷技术可行性多级多因素综合评价结果见表5-3。不考虑采动影响时，综合评价值是0.988；考虑有采动影响，应力集中系数为K=1.3时，综合评价值是0.956。因此，济宁三号煤矿
41、的地质、开采条件，布置煤层大巷是可行、合理、优越的。,(2)开拓巷道全煤巷布置,根据井田煤层赋存情况沿煤层倾斜方向布置一组东西大巷贯穿全井田，一条为胶带运输巷布置在底板岩石中，另外两条为辅助运输巷、总回风巷，原则上布置在煤层中。考虑到北部边界距东西大巷4.7km，又布置了一组北部大巷(同样为两煤一岩，共三条)。开拓巷道全煤巷布置主要特点：济三煤矿的开拓巷道主要包括东部，西部，北部各3条胶带机大巷、回风巷、辅助运输大巷。另外，一般采区边界巷等服务于两个或多个采区，也属于开拓巷道。该矿采用倾斜大巷条带式采煤方法，在主要大巷两侧直接布置回采工作面，因此开拓巷道必须坚持沿煤布置的方式。,胶带机大巷一般布置在煤层底板岩石内，距煤层保持一定的距离，以便布置采区溜煤眼。回风巷沿煤布置，并铺设轨道用于有轨运输。辅助运输巷道基本按煤层倾向沿煤层布置，尽可能采取全煤巷的方式，同时兼顾无轨胶轮车的运行，其坡度控制在小于70的范围之内。大巷间煤柱3050,大巷至工作面停采线煤柱80100。这些煤柱待巷道使用结束后一并回收。倾斜大巷布置方式,实现了水平大巷和采区上、下山的功能合而为一,工作面回采巷道直接与主巷相连。全煤倾斜大巷有利于采用综掘技术,快速进行开拓准备,初期工程量少,投产工期短。,
