【培训课件】采区巷道方案设计.ppt

采区巷道方案设计总目录 下页 上页2021/9/27 1一、采区设计的内容（一）采区设计说明书（1）采区位置、境界、开采范围及与邻近采区的关系；可采煤层埋藏 的最大垂深，有无小煤窑和采空区积水；与邻近采区有无压茬关系（2）采区所采煤层的走向、倾斜、倾角及其变化规律、煤层厚度、层 数、层间距离、夹矸层厚度及其分布，顶底板的岩石性质及其厚度 等赋存情况及煤质。瓦斯涌出情况及其变化规律，瓦斯涌出量及确定依据；煤尘爆炸性，煤层自然发火性及其发火期；地温情况等。水文地质：井上、下水文地质条件；含水层、隔水层特征及发育情况变化规律；矿井突水情况、静止水位和含水层水位变化；断层导水性；现生产区域正常及最大涌水量，邻近采区周围小煤窑涌水和积水情况等。煤层及其顶底板的物理、力学性质等。下页 上页2021/9/27 2（3）确定采区生产能力，计算采区储量（工业储量、可采储量）和高级 储量所占的比 例，计算采区服务年限并确定同时生产的工作面数 目。（4）确定采区准备方式。区段和工作面划分、开采顺序，采掘工作面安 排及其生产系统（包括运煤、运料、通风、供电、排水、压气、充 填和灌浆等）的确定。当有几个不同的采区巷道准备方案可供选择 时，应该进行技术经济分析比较，择优选用。（5）选择采煤方法和采掘工作面的机械装备。（6）进行采区所需机电设备的选型计算，确定所需设备型号及数量，采 区信号、通讯与照明等。（7）洒水、掘进供水、压气和灌浆等管道的选择及其布置。下页 上页2021/9/27 3（8）采区风量的计算与分配。（9）安全技术及组织措施：对预防水、火、瓦斯、煤尘、穿过较大断 层等地质复杂地区提出原则意见，指导编制采煤与掘进工作面作业 规程编制，并在施工中加以贯彻落实。（10）计算采区巷道掘进工程量。（11）编制采区设计的主要技术经济指标：采区走向长度和倾斜长度、区段数目、可采煤层数目及煤层总厚度、煤层倾角、煤的容重、采煤方法、主采煤层顶板管理方法、采区工业储量和可采储量、机械化程度、采区生产能力、采区服务年限、采区采出率和掘进 率、巷道总工程量、投产前的工程量。下页 上页2021/9/27 4（二）采区设计图纸 设计图纸一般包括：地质柱状图、采区井上下对照图、煤层底板等高线图、储量计算图及剖面图等。其均应进行复制，作为采区设计的一部分。此外，还须有：（1）采区巷道布置平面及剖面图（比例：1 1 000或1：2 000）；（2）采区采掘机械配备平面图（比例：1 1 000或1 2 000）；（3）采煤工作面布置图（比例：1 50或1 200）；（4）采区通风系统（最大、最小负压）示意图；（5）瓦斯抽放系统图（低瓦斯矿井不要）；（6）采区管线布置图（包括防尘、洒水、灌浆管路布置等）；下页 上页2021/9/27 5（7）采区轨道运输系统图（比例：1 1 000或1 2 000）；（8）采区供电系统图（比例：1 1 000或1 2 000）；（9）避灾路线图；（10）采区车场图（比例：1 200或1 500）；（11）采区巷道断面图（比例：1 50或1 20）；（12）采区巷道交岔点图（比例：1 50或1 100）；（13）采区硐室布置图（比例：1 200）。前9张图属方案设计附图，后4张图是施工图。具体设计时应根据情况适当增删 下页 上页2021/9/27 6二、采区设计的依据、程序和步骤（一）采区设计的依据1.已批准的采区地质报告 2.批准的采区设计任务书 3.国家有关煤炭工业技术政策、规程和规范等（二）采区设计的程序 采区设计通常分为两个阶段进行，即确定采区主要技术特征的采区方案设计和根据批准的方案设计而进行的采区单位工程施工图设计。下页 上页2021/9/27 7（三）采区设计的步骤（1）认真学习有关煤矿生产、建设的政策法规，收集有关 地质和开采技术资料，掌握上级管理部门对采区设计 的具体规定。（2）明确设计任务，掌握设计依据。（3）深入现场，调查研究。（4）研究方案，编制设计。（5）审批方案设计。（6）进行施工图设计。下页 上页2021/9/27 8三、采区设计方法（一）方案比较法（二）其他设计方法 1.统计分析法 2.标准定额法 3.数学分析法 4.经济数学规划法下页 上页2021/9/27 9模块 采区巷道方案设计 课题五 采区准备方式和参数确定 课题六 缓、倾斜煤层采区巷道方案设计 课题七 盘、带区巷道布置设计 下页 上页 总模块2021/9/27 10课题五 采区准备方式和参数确定 任务一 采煤方法选择 任务二 采区准备方式的选择 任务三 采区参数的确定下页 上页 模块首页2021/9/27 11任务一 采煤方法选择知识点能力点1、采煤方法的基本概念和分类2、采煤方法的选择原则、影响因素3、采煤方法的发展方向 能根据具体的煤层地质条件初步确定采煤方法 下页 上页 课题首页2021/9/27 12 一、采煤方法基本概念 二、采煤方法分类 三、采煤方法选择 四、采煤方法发展方向 下页 上页 任务首页相关知识2021/9/27 13一、基本概念1、采场：是指在采区内，用来直接大量开采煤炭资源的场所。2、采煤工作面：是指在采场内进行采煤的煤层暴露面，又称 煤壁。在实际工作中，采煤工作面就是指采煤作业场地，与采场是同义语。3、采煤工作：是指在采场内，为了开采煤炭资源所进行的一 系列工作。4、采煤工艺：是指在一定时间内，按照一定的顺序完成采煤 工作各项工序的过程。下页 上页 任务首页2021/9/27 145、采煤系统：是指采区内的巷道系统以及为了正常生产而 建立的采区内用于运输、通风、等目的的生产系统。6、采煤方法：是指采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间、空间上的相互配合。不同采煤工艺与采区内相关巷道布置的组合，构成了不同的采煤方法。下页 上页 任务首页2021/9/27 15二、采煤方法的分类采煤方法早采水采壁式体系柱式体系柱式体系单一长壁放顶煤整层开采斜切分层水平分段放顶煤倾斜分层掩护支架分层开采整层开采整层开采房式房柱式倾斜短壁式走向短壁式走向长壁倾斜长壁走向长壁倾斜长壁下行垮落上行充填垮落刀柱水平分层下页 上页 任务首页2021/9/27 16（一）壁式体系采煤法 在采煤工作面的两端各至少布置一条巷道，构成完整的生产系统。采煤工作面长度较长，一般在80250m。采煤工作面可分别采用把爆破、滚筒式采煤机或刨煤机破煤和装煤，用与工作面煤壁平行铺设的可弯曲刮板输送机运煤，用自移式液压支架或单体液压支柱与铰接顶梁组成的单体支架支护工作面空间，用全部跨落法或充填法处理采空区。随着采煤工作面前进，顶板暴露面积增大，矿山压力显现较为强烈。下页 上页 任务首页2021/9/27 17 1、按煤层倾角分 近水平煤层采煤法 缓倾斜煤层采煤法 倾斜煤层采煤法 急倾斜煤层采煤法 根据开采技术特点，煤层按倾角分为：近水平煤层 45下页 上页 任务首页2021/9/27 18 2、按煤层厚度分 薄及中厚煤层采煤法 厚煤层采煤法：整层开采（放顶煤）分层开采（倾斜、水平、斜切分层）根据开采技术特点，煤层按厚度分为：薄 煤 层 最小可采厚度3.5m下页 上页 任务首页2021/9/27 19 3、按采煤工艺方式分 爆破采煤法 普通机械化采煤法 综合机械化采煤法 4、按采空区处理方法分 垮落采煤法 刀柱（煤柱支撑）法 充填采煤法 5、按采煤工作面推进方向分 走向长壁采煤法 倾斜长壁采煤法（俯斜，仰斜）下页 上页 任务首页2021/9/27 20单一长壁垮落采煤法(a)走向长壁，(b)倾斜长壁（仰斜），(c)倾斜长壁（俯斜）下页 上页 任务首页2021/9/27 21刀柱（煤柱支撑）法下页 上页 任务首页2021/9/27 22（b）（c）（a）倾斜分层采煤方法（c）放顶煤采煤方法（b）水平、斜切分层采煤法下页 上页 任务首页2021/9/27 23（二）柱式体系采煤法 房式采煤法 房柱式采煤法 特点：煤房比较窄 57m 采掘合一 煤柱支撑顶板 下页 上页 任务首页2021/9/27 24三、采煤方法的选择（一）选择采煤方法的原则 根据煤层赋存条件、矿井开采技术水平等因素，选用技术选进、经济合理、安全生产条件好、资源回收率高的采煤方法。选择采煤方法必需满足安全、经济、煤炭采出率高的基本原则，努力实现高产高效安全生产。选择采煤方法应当遵循的三个基本原则，是密切联系又相互制约的，在选择时应当综合考虑。下页 上页 任务首页2021/9/27 25（二）影响采煤方法选择的因素 1、地质因素 1）煤层倾角：2）煤层厚度：3）煤层特征及顶底板稳定性：4）煤层地质构造：5）煤层含水性：6）煤层瓦斯含量：7）煤层自然发火倾向：2、技术发展及装备水平 3、矿井管理水平 4、矿井经济效益下页 上页 任务首页2021/9/27 26四、采煤方法发展方向1、改进采煤工艺，因地制宜地发展先进的机械化采煤技术2、扩大走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法的应用范围3、缓、倾斜厚煤层推行倾斜分层下行跨落法和放顶煤采法4、大力推广无煤柱护巷技术5、急斜煤层开采要进一步探索采煤机械化的发展途径 6、柱式体系采煤法应用范围将不断扩大 7.、采煤方法是一个发展着的系统工程 下页 上页 任务首页2021/9/27 27任务二 采区准备方式的选择 知识点能力点1、采（盘、带）区准备方式的分类2、准备方式选择的原则3、采（盘、带）区准备方式的发展方向能根据采区煤层地质条件和工艺方式，合理地确定准备方式下页 上页 课题首页2021/9/27 28相关知识一、采区准备方式的分类 二、选择采区准备方式应遵循的原则 三、准备方式的发展方向 下页 上页 任务首页2021/9/27 29一、准备方式的分类 采区（或盘区）的准备巷道布置方式称为采区（或盘区）准备方式。采（盘）区准备方式的种类很多，按照采区（或盘区）开采方式、上（下）山位置和煤层间的联系方式，对采区（或盘区）准备方式作如下分类。下页 上页 任务首页2021/9/27 30（一）按开采方式分为上（下）山采（盘）区准备 在煤层倾角小于160的情况下，可利用水平大巷分别开采上山采区和下山采区。上山采区是指位于开采水平标高以上的采区。下山采区是指位于开采水平标高以下的采区，。在煤层倾角大于160时，下山采区在采煤、掘进、运输、通风、排水等方面就有一定的困难。因此，一个开采水平往往只开采上山采区。下页 上页 任务首页2021/9/27 31（二）按上、下山的布置位置分单、双翼和跨多上、下山采区1、双翼采区特点：采区上（下）山布置在采区走向的中央，采区上（下）山的两翼分 别布置采煤工作面进行开采。与 单翼采区相比较，双翼采区相对减 少了采区上（下）山、车场、硐室等巷道的掘进工程量，减少了采 区运输等设备数量，采区生产能力大，生产比较集中。下页 上页 任务首页2021/9/27 322、单翼采区特点：将采区上（下）山布置在采区一侧的边界，形成单翼开采。上（下）山布置在采区靠近井田边界一侧的，为前上（下）山单翼采区；上（下）山布置在采区靠近井筒一侧的，为后上（下）山单翼采区。前 上（下）山开采时，煤炭运输有折返现象，增加了运输工作量，但 采区商（下）山是在未采动的煤体中，上（下）山维护条件好。下页 上页 任务首页2021/9/27 333、跨多上（下）山采区特点：沿煤层走向每隔一段距离（一台带式输送机长度），在煤层底板 岩层中布置一组上（下）山，采煤工作面跨几组上（下）山连续 推进，相当于由多个单翼采区组成的大采区的准备方式，减少了 工作面搬迁次数。一般应用于地质构造简单的综采或综放工艺条 件。下页 上页 任务首页2021/9/27 34三、按煤层群开采时的联系方式，分为单层和联合准备准备方式带区式下山采区上山采区上山盘区下山盘区石门盘区下山带区上山带区跨多石门盘区单翼盘区双翼采区单翼采区跨多上（下）山采区双翼盘区多分带带区相邻分带带区联合布置准备单层布置准备盘区式采区式下页 上页 任务首页2021/9/27 35二、选择准备方式应遵循的原则（1）有利于合理集中生产，保证采（盘）区有合理的生产能 力和增产潜力；（2）安全生产条件好，符合煤矿安全规程的有关规定；（3）保证有完整的生产系统，有利于充分发挥机电设备的效 能，为采用新技术、发展综合机械化和自动化创造条件（4）力求技术先进、经济合理，尽量简化巷道系统，减少巷 道掘进和维护工作量，减少设备占用率和生产成本费 用，便于采（盘）区和工作面的正常接替；（5）煤炭损失少，有利于提高资源采出率。下页 上页 任务首页2021/9/27 36三、准备方式的发展方向 1.准备方式多样化 2.采区大型化 3.单层化和全煤巷化下页 上页 任务首页2021/9/27 37知识链接采煤工作面矿山压力基本规律 下页 上页 任务首页2021/9/27 38（一）矿山压力的概念 由于井下采掘工作破坏了岩体中原岩应力平衡状态，引起应力重新分布，我们把存在于采掘空间周围岩体内和作用在支护物上的力称为矿山压力。（二）矿山压力的来源 采动前，原始岩体中已经存在的应力是矿山压力产生的根源。井下深部原岩处于复杂的受力状态。承受着上覆岩层重量引起的自重应力，地质构造引起的构造应力，遇水膨胀和温度变化引起的应力等。一、矿山压力基本概念下页 上页 任务首页2021/9/27 391、自重应力 第一种假说：把岩石视为均质各向同性的弹性体 1=H 2=3=1/(1-)max(1-2)/2式中 单元体岩层的泊松比；侧压系数。第二种假说：随着开采深度的增加或由于岩性等方面原因，使得=0.5 时，即 1=2=3=H 形成所谓的静水压力状态，即岩体深部的原岩垂直应力与其上覆岩层重量成正比，侧向应力大致与垂直应力相等。下页 上页 任务首页2021/9/27 402、构造应力 构造应力具有以下特点：（1）一般情况下地壳运动以水平运动为主，因此构造应力以水平应力为主；而且以水平压应力为主。（2）在构造应力场中，主应力的大小和方向可能有很大的变化；两个方向的水平应力值（2=3）通常不相等。（3）测定表明，水平应力大于垂直应力，即 H max H min V（4）构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍。软岩强度低，易变形，其中储存的变形能随之释放；硬岩则相反。下页 上页 任务首页2021/9/27 41（三）矿山压力显现 1、矿山压力显现 在矿山压力作用下，围岩和支架所表现出来的力学宏观现象，称为矿山压力显现。矿压显现的形式主要有：工作面顶板下沉、支架变与形折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓起膨胀等。下页 上页 任务首页2021/9/27 42 2、矿山压力控制 把所有人为的调节、改变和利用矿山压力的各种技术措施。（矿山压力的显现会给井下采掘工作造成不同程度的危害，为了维护采掘空间，就必须采取各种技术和措施加以控制。其中包括对采掘空间的支护、对软弱岩体的加固、强制放顶等，也包括合理利用矿山压力为采煤工作服务。）下页 上页 任务首页2021/9/27 43二、采煤工作面围岩移动特征 采煤工作面上方的岩层称顶板，下方的岩层称底板。根据顶板岩层和煤层的相对位置、及其垮落的难易程度，把采煤工作面顶板分为伪顶、直接顶和基本顶。1基本顶2直接顶3伪 顶4煤 层5底板岩层下页 上页 任务首页2021/9/27 44煤层顶底板岩层1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层下页 上页 任务首页2021/9/27 45（一）直接顶的初次跨落 采煤工作面自开切眼推进一段距离后，直接顶悬露达到一定跨度，就要对采空区顶板进行初次放顶，使直接顶跨落下来，这一过程称作直接顶的初次跨落。直接顶初次跨落的跨距称为初次跨落步距。开切眼直接顶初次跨落步距下页 上页 任务首页2021/9/27 46 初次跨落步距的大小取决于直接顶岩层的强度、分层厚度和直接顶内节理裂隙的发育程度等，一般为612m。由于岩层破碎后体积将产生碎胀，直接顶跨落后堆积高度要大于原来的厚度。开切眼直接顶初次跨落步距下页 上页 任务首页2021/9/27 47 若跨落岩层原来的体积为V，破碎后的体积位V，则两者之比值称为碎胀系数，以KP表示，即 KP=V/V 岩石随胀后，在其上部岩层压力作用下，逐渐压实，使碎胀系数变小，岩块压实后的体积与破碎前原始体积之比称为残余碎胀系数以KP表示。开切眼直接顶初次跨落步距下页 上页 任务首页2021/9/27 48 若直接顶岩层的总厚度为h，则它冒落后堆积的高度为Kph。它与基本顶之间可能留下的空隙：=h+m Kph=m h(Kp 1)当m=h(Kp 1)时，则=0，即冒落得直接顶充满采空区。若不计基本顶下沉，形成充满采空区所需直接顶的厚度为：h=m/(Kp 1)减小直接顶跨落后岩堆与基本顶之间的空隙，有利于控制基本顶的活动。开切眼直接顶初次跨落步距下页 上页 任务首页2021/9/27 49（二）基本顶的初次跨落 1、基本顶初次跨落前的岩层结构 若0时，随直接顶初次跨落，采煤工作面不断推进，基本顶在一定范围内呈悬露状态，此时可将基本顶视为一边由采煤工作面煤壁支撑，另外三边由煤柱支撑的一个“板”的结构。但是由于基本顶在采煤工作面方向上的长度远大于沿工作面推进方向的跨距，因此、可将基本顶视为一端由采煤工作面煤壁支撑，另一端由煤柱支撑的两端固定的梁的结构。下页 上页 任务首页2021/9/27 50基本顶初次来压步距 2、基本顶的初次跨落与初次来压（1）基本顶初次跨落 随着采煤工作面继续推进，直接顶不断跨落，基本顶悬露跨度逐渐增大并产生弯曲，当达到极限跨度时，基本顶将出现断裂，进而发生跨落。基本顶的第一次跨落称为基本顶初次跨落。下页 上页 任务首页2021/9/27 51（2）基本顶初次来压 基本顶由开始破坏直至跨落一般要持续一定时间，上方有时在基本顶跨落前的二三天，即出现顶板断裂的声响等来压预兆。在跨落前的12h采空区上方可能有隆隆巨响，通常煤壁片帮严重，顶板产生裂缝或掉渣，顶板下沉量和下沉速度明显增加，支架载荷迅速增高，这种现象称为基本顶的初次来压。基本顶初次来压时，其最大悬露跨度L初称为基本顶初次跨落步距。其值得大小取决于基本顶的强度、厚度、岩性等因素。下页 上页 任务首页2021/9/27 52（三）基本顶的周期来压1、基本顶周期来压前状态 基本顶初次跨落后，随着采煤工作面继续推进，工作面上方的基本顶岩层由两端固定梁状态转变为悬臂梁状态。此时上覆岩层的重量将由基本顶的悬臂直接传递给煤壁，部分上覆岩层及已跨断的基本顶重量，将直接作用在已跨落得矸石上，采煤工作面空间处于基本顶悬臂的保护之下。下页 上页 任务首页2021/9/27 532、基本顶周期来压及矿压显现特征（1）基本顶周期来压 当采煤工作面继续推进，基本顶悬臂跨度达到极限跨度时，基本顶在其自重及上覆岩层载荷的作用下，将沿工作面煤壁甚至煤壁之内发生折断和跨落。随着采煤工作面的推进，基本顶这种“稳定失稳再稳定”现象，将周而复始的出现，使采煤工作面矿山压力周期性明显增大。这种基本顶的周期性破断失稳对工作面产生的周期性的来压显现，称为基本顶的周期来压。下页 上页 任务首页2021/9/27 54（2）矿压显现特征 基本顶周期来压的主要表现形式：顶板下沉速度急剧增大，顶板下沉量变大，支柱所受载荷普遍增加，有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等现象。基本顶两次周期来压的间隔时间称为来压周期。在来压周期内采煤工作面推进的距离称为周期来压步距，用L周表示。下页 上页 任务首页2021/9/27 55下页 上页 任务首页2021/9/27 56（四）工作面上覆岩层移动规律 在长壁开采全部跨落法管理顶板的采煤工作面，随着工作面不断推进，上覆岩层发生位移或破坏，岩层移动概貌如下图。根据岩层移动特征，可将煤层的上覆岩层分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。下页 上页 任务首页2021/9/27 571、冒落带 当采煤工作面移架或回柱放顶后，冒落带岩层自下而上依次跨落。一般在冒落带下部因岩块跨落时自由度比较大，排列极不整齐；而上部岩块由于自由度比较小，块度较大，排列较规则。多数情况下，冒落带是由直接顶跨落后形成的。冒落带的高度h，可由公式h=hm/(Kp-1)来估算，当Kp=1.5时，则h=2hm，即冒落带高度为采高的2倍。一般认为开采后冒落带的高度为采高的24倍。下页 上页 任务首页2021/9/27 582、裂隙带 裂隙带位于冒落带之上，随冒落带岩石的跨落和逐渐压实，裂隙带岩层出现弯曲下沉，离层和断裂为排列整齐的岩块。裂隙带的范围，随冒落带上覆岩层的性质、开采高度变化而变化。3、弯曲下沉带 裂隙带上方直至地表的岩层为弯曲下沉带，这部分岩层不产生裂缝或仅产生极微小的裂缝，并在采空区上方的地表形成一个比开采范围大的沉降区。下页 上页 任务首页2021/9/27 59三、采煤工作面四周支承压力显现规律（一）采煤工作面四周支承压力显现规律 采煤工作面四周支承压力是指采煤工作面前后方、两侧煤柱或采空区大于原岩应力的矿山压力。支承压力的显现特征可用支承压力分布范围、峰值的位置及应力集中系数表示。支承压力分布范围是指沿指定截面（通常是指沿垂直或平行于煤壁的截面）支承压力连续分布的长度；支承压力峰值的位置是指支承压力的最大值所在的位置范围；应力集中系数是指支承压力峰值与原岩应力的比值大小。下页 上页 任务首页2021/9/27 601、采煤工作面前后方支承压力分布 由于煤壁处为自由面，抗压强度小，煤壁附近煤层产生压缩变形，支承压力峰值KH随工作面推进向煤壁深处转移。侧向应力从煤壁自由面向煤壁深处逐渐增加，煤体由单向受力状态逐步过渡到三向受力状态，其抗压强度逐渐增加。当工作面不推进时，垂直应力的峰值KH便较稳定地处于煤壁深处，侧向应力也将增至KH后逐渐稳定。下页 上页 任务首页2021/9/27 61采煤工作面前后方支承压力分布 由于煤壁处为自由面，抗压强度小，煤壁附近煤层产生压缩变形，支承压力峰值KH随工作面推进向煤壁深处转移。下页 上页 任务首页2021/9/27 62 采煤工作面前后方支承压力分布特点（1）采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方裂隙带及其上覆岩层的大部分 重量，即工作面前方支承压力远比工 作面后方大。（2）由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落带是向前移动的，因此工作面 前后方支承压力是移动支承压力。（3）由于裂缝带形成了以煤壁和采空区冒落带为前后支承点的半拱式平衡，所 以采煤工作面处于应力降低区。下页 上页 任务首页2021/9/27 632、采煤工作面两侧支承压力分布 采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或煤体上的支承压力。对采煤工作面两侧支承压力分布规律的掌握，为采煤工作面区段平巷护巷煤柱尺寸的确定、沿空留巷和沿空送巷位置及时间的选择具有指导意义。下页 上页 任务首页2021/9/27 64 随着采煤工作面推进，除工作面前后方产生支承压力外，工作面两侧的煤柱或煤体也将出现支承压力区。在采动影响范围内，工作面两侧支承压力的显现比较明显。在工作面前方采动影响范围之外和采空区顶板岩层冒落带稳定之后趋于固定值，因此也称为“固定支承压力”。下页 上页 任务首页2021/9/27 65采煤工作面两侧支承压力研究结论（1）采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不在煤体边缘，而是位于 煤体边缘有一定距离的地带。长期以来采 用825m煤柱护巷，使 巷道恰好处于支承压力的高峰区内，这是使用煤柱护巷仍难以维护 的根本原因。下页 上页 任务首页2021/9/27 66（2）采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区，支承压力低于原岩应 力。而且工作面推过一定时间后仍能长期保持稳定，如果把巷道 布置在这个应力降低区内，可以使巷道容易维护，这是目前广泛 推广无煤柱护巷的理论依据。下页 上页 任务首页2021/9/27 67（3）采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深部转移要经过一段时 间过程，所以要使沿空掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定 的支承压力作用期，应使沿空掘巷相对于上区段采煤工作面由一 个合理的滞时间。（一般在3个月到1年）下页 上页 任务首页2021/9/27 68（二）支承压力在底板中的传递 采煤工作面采动后，在工作面四周形成的支承压力将向煤层底板进行传递，尤其采煤工作面两侧支承压力的传递，对下部煤层开采巷道布置产生重要影响。下页 上页 任务首页2021/9/27 69 若煤柱上方为均布载荷，底板为处于弹性变形阶段的均质岩层，可将承受压力的煤柱视为压模，把支承传递给底板。在垂直方向与煤柱不同距离的水平截面上的压应力，将按下图分布。从图中可知：底板内各点的应力大小与施力点的距离成反比，随底板岩层与煤之间的垂直距离增加迅速降低，应力以中心为最大。向煤柱外侧呈一定角度扩展，在边缘处迅速减小。底板岩层煤 柱下页 上页 任务首页2021/9/27 70 如果把底板中垂直应力相同的各点连成曲线，即构成“等压线”，如图所示。曲线4、5以内的底板岩层为增压区，距煤柱越近，压力越大；曲线4、5以外的底板岩层为不受煤柱上方支承压力影响区域；曲线6以内是低于原岩应力的降压区。下页 上页 任务首页2021/9/27 71 底板岩层内压应力的大小与煤柱上方的支承压力成正比，即与煤层的厚度、倾角、埋藏深度、顶板岩性、煤层的采动情况和煤柱的宽度密切相关。若煤柱两侧都以采动，形成支承压力叠加，则在煤柱上引起的支承压力要大于单侧采动时，其在底板中传递的深度和应力大小也将比单侧采动时大。随煤柱尺寸宽度减小，支承压力在底板中的传递深度和应力都应显著增大。下页 上页 任务首页2021/9/27 72 底板岩性对上部煤柱支承压力在底板中的传递范围有很大影响。坚硬的底板岩层可使传递的应力迅速分散而减弱，但应力向煤柱外侧的扩展角增大，影响广度范围增加。相反，松软岩层的底板，支承压力传递的深度比在坚硬底板岩层内要大，相对比较集中，影响广度范围要小。在实际工作中，为了使底板中布置的巷道避开应力增高区，通常采用同时控制两个因素的方法。下页 上页 任务首页2021/9/27 73（1）巷道与煤层底板的垂直距离不小于一定数值h。h值可由46m变化至40m。显然，h值越大，巷道上方煤柱的影响就越小。一般情况下，巷道距煤层底板的合理垂距h与围岩性质的关系见表。巷道类型 岩石种类和特性 合理垂距/m围岩稳定的巷道 砂岩、石灰岩、其他坚硬岩石6围岩中等稳定的巷道 粉砂岩、砂页岩、中硬铝土页岩等10围岩较松软的巷道 塑性较大的泥质页岩、页岩、煤质页岩等1520下页 上页 任务首页2021/9/27 74（2）巷道布置在煤柱向底板传递力的影响角以外 若将巷道布置在煤柱影响角以内，即使巷道位于较稳定的岩层内，也要受到应力升高的影响。为此，应将巷道布置在煤柱影响角以外，如图示。巷道离煤柱边界的水平距离S为 Shsin/sin(+)式中：煤层倾角；的余角，=90-。角一般在250550之间通常支承压力越大和煤柱尺寸越小，角 越大。下页 上页 任务首页2021/9/27 75四、采煤工作面顶板分类 由于煤层地质条件的多样性，必须将采煤工作面顶板按其组成、强度和有关开采技术条件进行分类。科学的分类可为顶板控制、支架选型、合理确定支护参数以及采空区处理方法提供依据。目前采用的采煤工作面顶板分类方案，是原煤炭工业部于1981年颁发的“缓倾斜煤层工作面顶板分类（试行方案）”。下页 上页 任务首页2021/9/27 76（一）直接顶分类 方案采用反映顶板稳定性的岩石单向抗压强度Rc,节理裂隙间距I和分层厚度h综合而成的强度指数D作为分类指标，并以直接顶初始跨落步距L作为参考指标进行检验，将直接顶分为四类。强度指数 D=10Rc C1 C2式中：Rc岩石单向抗压强度，MPa；C1节理裂隙影响系数；C2分层厚度影响系数。下页 上页 任务首页2021/9/27 77 类 别 指 标 不稳定顶板中等稳定顶板稳定顶板 坚硬顶板主要指标 强度指数D 30 3170 71120 120无直接顶。岩层厚度在25m以上，6080MPa，I和h大于1cm的整体岩层，即基本顶。参考指标直接顶初次跨落步距L/m8 918 1925 25裂隙间距I/m 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2C1 0.3 0.32 0.34 0.37 0.39 0.41 0.43 0.46 0.48 0.50 0.52 0.55分层厚度h/m 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2C2 0.24 0.25 0.27 0.29 0.3 0.32 0.33 0.35 0.36 0.38 0.39 0.42部颁直接顶分类试行方案裂隙间距 I 的影响系数C1值分层厚度 h 的影响系数C2 值下页 上页 任务首页2021/9/27 78（二）基本顶分级 基本顶来压强度主要决定于直接顶厚度h与采高m的比值N及基本顶初次来压步距L。根据N和L两个指标，将基本顶分为四级。分 级 基本顶来压显现不明显 明显 强烈 非常强烈指 标N350.3N 35L=25500.3N 35，L 50N0.3，L=2550N 0.3，L 50下页 上页 任务首页2021/9/27 79（1）N35，这种基本顶跨落或错动对工作面支架受力无多大影响，称无周期来压或周期来压步明显的基本顶。（典型柱状为下图a）（2）0.3N35且L=2550m，这时基本顶的跨落对工作面支架所 受载荷有较严重的影响。（典型柱状为下图b）（3）0.3 N35且L 50m或N0.3、L=2550m，这时基本顶的 悬露与跨落都将对工作面支架有严重影响，称周期来压严重的基本 顶。（典型柱状为图 c）（4）N0.3、L 50m，由于基本顶特别坚硬，因而常能在采空区悬 露上万平方米而不跨落。当其跨落时，则在工作面形成剧烈的矿 山压力显现，从而要求采取特殊措施加以控制。（典型柱状为下 图d）下页 上页 任务首页2021/9/27 80 另外如图e所示的柱状，则常常可能出现下位的石灰岩层发生跨落，而上位则呈现缓慢下沉现象或全部呈现缓慢下沉现象，从而出现各种不同的矿山压力显现。因此，其分级将根据具体情况而定。下页 上页 任务首页2021/9/27 81任务三 采区参数的确定 知识点知识点1、影响各采区确定的因素和各采区参数的经验值2、采区采出率和生产能力的计算方法 能根据采区地质条件和选定的采煤方法、准备方 式，合理确定采区参数下页 上页 课题首页2021/9/27 82相关知识一、采区尺寸 二、采煤工作面长度三、采区煤柱尺寸四、采区采出率五、采区生产能力下页 上页 任务首页2021/9/27 83一、采区尺寸（一）影响采区尺寸的因素 确定合理的采区长度，应考虑采区地质条件、开采技术装备条件、采区生产能力、工作面接替以及经济因素的影响。1地质条件 地质构造、煤层及围岩稳定程度、自燃发火、再生顶板行成时间、煤层倾角等。2生产技术条件 区段平巷运输设备、设备搬迁、采区供电等。3经济因素下页 上页 任务首页2021/9/27 84（二）采区尺寸数值 走向长度：使用单体液压支柱的普采工作面采区，其走 向长度一般为10001500 m。综采采区宜用单面布置，其走向长度一般不小于1000 m；当双面布置时，一般 不小于2000 m。倾斜长度：煤层倾角平缓，采用盘区上(下)山布置时，盘区上山长度一般不超过1500 m，盘区下山长度不宜 超过1000 m；采用盘区石门布置时，盘区斜长可按具 体条件确定。盘区走向长度可按采区走向长度考虑。下页 上页 任务首页2021/9/27 85三、采煤工作面长度（一）影响工作面长度的因素 1.煤层赋存条件 煤层厚度、倾角、围岩性质、地质构造等 2.机械设备及技术管理水平 采煤机、输送机、顶板控制、工作面通风等 3.巷道布置下页 上页 任务首页2021/9/27 86（二）采煤工作面长度 综采：150200m；（综采目前有已达300m以上）普采：120150m；炮采：80150m；对拉：200 300m；（总长度）神东矿区综采一般为300m左右，最长达到500m。下页 上页 任务首页2021/9/27 87三、采区煤柱尺寸 煤柱留设应按照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程的相关规定确定。（1）采区上(下)山间的煤柱宽度(沿走向)：薄及中厚煤层为 20 m；厚煤层为2025 m。工作面停采线至上(下)山 的煤柱宽度：薄及中厚煤层约为20 m；厚煤层约为 3040 m。（2）上下区段平巷之间的煤柱宽度：薄及中厚煤层约为8 15 m；厚煤层约为30 m。（3）运输大巷侧煤柱宽度：薄及中厚煤层约为2030 m；厚煤层约为2550 m。下页 上页 任务首页2021/9/27 88（4）回风大巷一侧煤柱宽度：薄及中厚煤层约为20 m；厚 煤层约为2030 m。（5）采区边界两个采区之间的煤柱宽度为10 m。（6）断层一侧煤柱宽度根据断层落差及含水等具体情况而 定：落差大且含水时留3050 m；落差较大留1015 m；采区内落差小的断层通常不留煤柱。应当指出：大巷布置在较坚硬的岩层中，或大巷距煤层垂距在20 m以上时，一般不受采动影响，其上方可不留护巷煤柱。下页 上页 任务首页2021/9/27 89四、采区采出率 提高采出率途径：减小煤柱损失；尽量回收煤柱；合理加大采区尺寸；减少工作面损失。工作面落煤损失，主要包括未采出的工作面顶板余煤或煤皮，以及遗留在底板上的浮煤和运输过程中泼洒出的煤。工作面采出率可用下式表示：下页 上页 任务首页2021/9/27 90五、采区生产能力 采区生产能力是采区内同时生产的采煤工作面和掘进工作面出煤量的总和。（一）采区生产能力的影响因素（1）地质因素。可采煤层数目、厚度、倾角、层间距、煤层结构、顶 底板岩石性质、煤层坚硬程度和地质构造等是主要因素。瓦斯等 级、煤层自然发火和水文情况也有程度不同的影响。（2）采煤、掘进、运输的机械化程度和通风、供电能力。（3）采区储量。采区的生产能力要与采区储量相适应，使采区具有相 应的服务年限。（4）采区产量的稳定性。下页 上页 任务首页2021/9/27 91（二）确定采区生产能力的方法式中 AB采区生产能力，万ta；Aoi第i个采煤工作面产量，万ta；n同时生产的采煤工作面个数；kl采区掘进出煤系数，取1.1；k2作面之间出煤影响系数，n=2时取0.95，n=3时取0.9。确定采区生产能力主要是确定一个采煤工作面产量和同时生产的工作面个数。下页 上页 任务首页2021/9/27 921一个采煤工作面产量式中 L采煤工作面长度，m；工作面推进度，ma；m煤层厚度或采高，m；煤的体积密度，tm3；C0采煤工作面采出率。采煤工作面的设计能力一般应选取如下数值：综采工作面，采高在2 m及其以上的为5080万ta，1.12 m的为3050万ta；配备有单体液压支柱的普采工作面产量为2030万ta；炮采工作面能力为1020万ta。下页 上页 任务首页2021/9/27 932采区内同时生产的工作面数目 采区内同时生产的工作面数目应根据煤层赋存条件、采区主要巷道的运输能力、开采程序、采掘机械化程度、管理水平和采掘关系等因素综合考虑确定。同时生产工作面过多，则管理复杂，接续紧张。为保持采区合理的开采强度，每个双翼采区内同采的工作面数目一般为12个。在一个采区内安排两个综采工作面容易互相影响，可布置一个综采工作面再布置一个普采或炮采工作面。下页 上页 任务首页2021/9/27 943、采区生产能力验算（1）采区运输能力：采区的运输能力应大于采区生产能力，其中主 要是运煤设备的生产能力要与采区生产能力相适应。式中：An 小时设备能力，t/h；k 产量不均衡系数，K=1.2 1.3;T 日出煤时间，h；0 运输设备正常工作系数，0=0.7 0.9。下页 上页 任务首页2021/9/27 95（2）采区通风能力：采区的生产能力应和通风能力相适应。根 据矿井瓦斯等级、进回风巷道数目、断面和允许的最大风速，验 算通风允许的最大采区生产能力如下：式中 巷道内允许的最大风速，ms；S巷道净断