1、特殊條件下兩種工藝方式采礦專業補充一、含硫化鐵結核薄煤層短壁綜采技術研究一立項背景二總體思路三主要技術內容和創新點四經濟效益及社會效益山東省薄煤層儲量5.84億t，占煤炭總儲量的44%，其中含硬夾矸薄煤層儲量占薄煤層總儲量的52.8%，硬夾矸是影響薄煤層綜采的重要因素。薄煤層儲量占全國總儲量的20%產量缺乏總產量的10% 機械化程度低、作業環境差、工人勞動強度大等問題，嚴重制約著薄煤層的平安高效開采 一立項背景含硬夾矸薄煤層現有的主要開采技術：爆破硬夾矸+采煤機裝煤+液壓支架支護機炮聯合開采；爆破落煤+機械輔助和人工裝煤+單體支柱支護炮采。炮采機炮聯合開采 含硫化鐵結核硬夾矸薄煤層開采 存在問

2、題：工人勞動強度大、作業環境差、單產低、安全事故多研究硬夾矸預裂和機械破矸、裝運煤技術是實現此類煤層綜采的關鍵 淄博礦業集團葛亭煤礦1160采區薄煤層回采時存在如下難點：主采煤層16煤平均厚度為1.21.4m ，底板軟、頂板堅硬；采區上方有村莊、廠房等，開采時需保護地面建筑物；煤層含硫化鐵結核硬夾矸，給采煤機割煤和裝煤帶來困難；底板奧灰水對16煤開采影響較大。 二總體思路建筑物下、承壓水上開采震波CT技術探測硬夾矸厚度和分布規律、順槽超前深孔預裂爆破技術 加強型鎬型截齒、強力滾筒，適應硬夾矸、軟底、低矮化的三機配套和改造 地面有村莊等建筑物、底板奧灰承壓水含硫化鐵結核硬夾矸，且分布不規那么薄煤

3、層綜采硬夾矸破落裝運困難采用震波CT探測技術探明薄煤層中含硫化鐵結核硬夾矸賦存分布規律，為順槽超前深孔預裂爆破提供根底資料，指導爆破工程的實施。1、 薄煤層含硫化鐵結核硬夾矸分布規律研究三主要技術內容及創新點震波CT成像原理圖 16煤硬夾矸分布規律探測圖 硬夾矸在距頂板0.34m處，厚00.4m之間，其中厚0.20.4m的占29%，小于0.2 m的占71%，呈層狀不均勻分布規律，硫化鐵結核多分布在夾矸中。在夾矸厚度大于0.2m區域需實施順槽超前預裂爆破；夾矸厚度小于0.2 m區域可利用強力滾筒和加強型截齒采煤機進行有效割煤。2、 建筑物下、承壓水上薄煤層綜采關鍵參數確定1村莊下壓煤開采合理采留

4、比確定葛亭煤礦1160采區村莊下壓煤828萬t，占采區總儲量的86。在基巖厚度30m以下區域，條帶采寬30m、留寬30m；基巖厚度30m以上區域，采寬40m、留寬40m。基巖厚度與地表移動關系的分析和實測單向應力法條帶煤柱穩定性分析三向應力法條帶煤柱穩定性分析采動對底板破壞及底板承壓水共同作用導致底板突水。基于“下三帶理論底板平安巖柱計算，得1160采區條帶采寬應小于40m 基于“組合梁的采場底板破壞分析，得1160采區條帶采寬應小于40.5m。2承壓水上平安開采關鍵技術研究底板巖層破壞分析圖 q-承壓水壓力；1、2、n-底板與承壓水之間完整巖層保存煤柱寬40m，進行采出帶寬30m、40m、5

5、0m、60m的多方案的豎直應力及位移變化模擬分析。 3薄煤層短壁綜采面巖層移動數值模擬a采寬30mb采寬40mc采寬60m在150m測線最大下沉量分別0.06m、0.08m、0.15m及0.25m，采出條帶寬30m、40m時，對地表影響較小，滿足保護建筑物要求；50m、60m，上覆巖層下沉量迅速增大。改進了MG200/456-QWD型電牽引采煤機，裝配凱南麥特強力滾筒及加強型截齒，保證了采煤機較強的截割能力。改進了ZY2800/09/20液壓支架，采用整體頂梁結構；前端下側設有可拆卸的翻轉擋板裝置；支架底座為前端開底式，后端設有內藏式底調千斤頂。改進了SGZ730/2132型刮板輸送機，減少了

6、過渡槽，降低了機頭、機尾、中部槽的高度。3、綜采設備選型配套與改進 硫化鐵結核硬夾矸嚴重制約了薄煤層綜采面快速推進。傳統的采場爆破技術存在：工作面鉆眼作業空間小，操作不便、勞動強度大、效率低；爆破與采煤機割煤順序作業，影響單產；崩落的矸石和煤體易崩壞設備；平安隱患多。4、順槽深孔預裂爆破硬夾矸技術研究基于應力波理論、多物理場耦合模擬計算，研究了硬夾矸順槽深孔預裂爆破機理，為確定合理的炮孔間距、裝藥量等參數提供了依據。機理1炮眼間距通過裂隙區半徑計算及應力波模擬計算，確定炮眼間距在5.5m左右，現場實際炮眼間距為6m。ANSYS模擬計算2炮眼裝藥量計算選用二級煤礦乳化炸藥，每孔裝藥8.4kg左右

7、。每孔裝藥量Q計算： 孔深/m裝藥長度/m封孔長度/m孔徑/mm藥卷長/mm藥卷直徑/mm藥卷質量/g181357523027150爆破設計參數表 順槽深孔預裂爆破工藝 采用ZDY1200S(MK-4)型全液壓鉆機，鉆機具有搬遷方便、自動化程度高、工作效率高、工人勞動強度小、平安性能好等優點。在鉆孔后采用抗靜電阻燃PVC管快速裝藥，雷管為煤礦許用毫秒延期電雷管，采用反向爆破，裝好藥后，用炮泥封孔，封泥長度為5m。炮眼裝藥結構圖 順槽預裂爆破炮眼布置圖 工程實施效果夾矸處理采煤機割煤速度m/min工作面推進度m/d截齒消耗個/kt采煤機切割2.38.812.6采場爆破4.010.01.7順槽超前

8、預裂爆破3.616.62.0主要創新點首次采用震波CT技術探測了硫化鐵結核硬夾矸賦存規律，在含硫化鐵硬夾矸薄煤層實施順槽超前深孔預裂爆破硬夾矸技術，防止工作面內放炮，實現了綜合機械化平安高效開采，降低了礦工勞動強度、截齒消耗大幅度減少。在建筑物下、承壓水上、含硫化鐵結核等復雜條件薄煤層中，優化了工作面采留寬度，實現了短壁綜采面的平安生產。首次采用凱南麥特加強型鎬型截齒、強力滾筒采煤機，針對性地對齒座、葉片、截齒進行了改進，較好地解決了含硫化鐵結核硬夾矸薄煤層破煤和裝煤的難題。 主要創新點中國礦業大學礦業工程學院屠世浩二、“三軟分叉合并煤層綜采連續推進技術一立項背景許疃煤礦主采的7#煤層賦存呈分

9、叉合并狀態，其中71煤層平均1.7m，72煤層平均3.8m，7 #煤層合并區厚度在5 6m ，層間夾矸總趨勢為兩頭合并、中間分叉，層間距在012m之間，平均7m。且淮北礦區“三軟分叉合并煤層儲量較大。采用常規分段分采方法開采，巷道布置復雜，工作面單產低，工作面搬家次數多，噸煤本錢高。淮北礦區厚煤層開采一直以放頂煤開采為主，存在頂煤放出率低，混矸量大等問題。1“三軟分叉合并煤層綜采連續推進方法2“三軟分叉合并煤層連續推進綜采面設備選型配套371、72煤層分叉區上、下煤層工作面開采時空關系4“三軟分叉合并煤層連續推進綜采面圍巖控制技術5高應力區破碎頂板變高開采技術6“三軟分叉合并煤層連續推進綜采面

10、礦壓規律實測二、主要研究內容二“三軟分叉合并煤層連續推進方法分叉合并煤層常規開采方法分段分采，如圖3-1所示，將分叉合并煤層按照分叉區與合并區分成3段，分別布置工作面回采。圖3-1 分叉合并煤層分段分采示意圖分叉合并煤層綜采連續推進工藝流程為：先采分叉區上分層，再采合并區全厚與分叉區下分層的開采方法。圖3-2 分叉合并煤層綜采連續推進工藝剖面圖圖3-3 分叉合并煤層綜采連續推進工藝平面圖 1分叉合并煤層條件下的綜采設備選型與配套2“三軟合層大采高綜采采場圍巖控制3分叉合并過渡區破碎圍巖條件下變高開采連續推進“三軟分叉合并煤層綜采連續推進的技術難題支架的要求適應采高變化：采高由合層6.0m到分叉

11、區下層的3.8m；支架穩定性好：頂板完整性差，存在應力集中區；防片幫能力強：煤質松軟，節理、裂隙發育；具備防鉆底功能：底板軟，支架重。ZY11000/28/63型支架特點適應采高：2.8m 6.3m；支護阻力大：工作阻力11207kN 、初撐力8065KN ；護幫能力強：頂梁前端設置內伸式伸縮梁帶兩級折疊式護幫機構、最大護幫高度2.3m、護幫板采用四連桿結構形式、挑起力大；整體式頂梁結構：配置雙向活動側護板，延伸至頂梁前部，防漏矸效果好。71煤層開采合理邊界確定71煤層開采底板最大破壞深度計算71煤層開采底板最大破壞深度為7.6m。 71煤層開采開切眼位置初定極近距離下層頂板分類許疃煤礦72煤

12、層開采頂板分類hj 7.6m，塊裂頂板；1.5hj 7.6m，類破裂頂板；0.5hj 1.5m，類破裂頂板；hj 0.5m，71、72煤合層。分類指標夾石假頂碎裂頂板塊裂頂板類破裂頂板類破裂頂板層間距(hj)0.5m0.5mhj1.5m1.5m 7.6m 屈服比()111通過71煤層開采不同開切眼位置上、下采場裂隙場模擬可知：許疃煤礦71煤層工作面合理的開切眼、收作眼位置應位于71、72煤層間距大于1.5m的位置。分叉區下煤層工作面開采應在上煤層工作面開采巖層移動穩定后進行。間隔時間根據經驗確定在上煤層開采結束半年以上，可進行分叉區下煤層工作面的開采。1合層大采高開采時，直接頂初次垮落步距為2

13、5m，老頂初次來壓步距為45m，周期來壓步距為15m。2工作面距離分叉區上分層工作面開切眼越近，支承壓力峰值有增加的趨勢，當工作面距離其15m時，支承壓力峰值明顯增大，由距離到達30m時的24MPa增加到32MPa。應力集中系數由2.1增加到2.8。因此，在推進距分叉合并分界線15m以上時應采取加強支護的措施確保回采平安。合并區大采高綜采圍巖控制技術煤壁片幫防治技術措施：1加固煤壁。當工作面遇到斷層等煤體破碎區時，可采用注馬麗散加固的方法加固煤壁以增加煤體強度，減少煤壁片幫的發生；2加快工作面推進速度；3充分發揮支架護幫裝置作用；4帶壓移架并提高初撐力。01234567890-1616-323

14、2-4848-6464-8080-9696-112112-128128-144144-166未注馬麗散注馬麗散后片幫體積（m）工作面長度（m）分叉區下煤層開采頂板控制技術措施：1上分層開采時采空區注漿加固；2下分層開采頂板超前注漿或馬麗散加固；3及時支護、帶壓移架；4架走向梁護頂；5增加人員，快速處理冒頂，加快推進速度。分叉合并過渡區頂板破碎機理分析圖7-1 降高開采過分叉合并過渡區覆巖裂隙發育圖7-2降高開采過分叉合并過渡區覆巖破壞情況圖7-3 過渡區垂直應力分布圖7-4 過渡區塑性區發育情況分叉合并過渡區頂板破碎機理分析1綜采面降高開采通過分叉合并過渡區與升高開采通過分叉合并過渡區相比，降高開采覆巖破壞范圍和采動應力集中程度均比較大。2降高開采在分叉區上煤層工作面滯后支承壓力和大采高綜采采動支承壓力耦合作用下，應力集中系數達4，綜采面前方及上方覆巖裂隙發育，破壞嚴重。3升高開采通過分叉合并過渡區時，綜采面后部裂隙發育，但上方及前方覆巖裂隙發育程度相對較低。4分叉合并過渡區降高開采宜采用一次降架高度0.15m屢次循環降高開采的方法，同理，升高開采也采用一次升架高度0.15m的屢次循環升高開采方法。分叉合并過渡區“變高開采位置選擇變高開采位置：位置：以分叉合并線位置為終點；位置：以分叉合并線為起點；位置：以