孤岛综放面开采优化设计与实施.pdf

童 瞧晨 技 2 0 0 8 年 第6 期 孤 岛综放面开采优化设计与实施 严建华 江苏联合职业技术学院徐州机电工程分院， 江苏徐州2 2 1 0 1 1 摘要徐州矿务集团权台煤矿 3 5 1 6 9综放面是典型的四面临空的孤岛工作面， 为了合理布置工作面， 最大化的回收煤炭资源， 缩短工作面的 安装准备时间， 采取掘进架子道， 合理布置开切眼等方法， 形成最优开采方案。不仅精筒了运输环节， 缩短了安装时间， 消除了安全隐患， 而且 缓解了矿井的生产接续， 提高了资源的回收率。 关键词孤岛综放面超前预测 架子道“ ’ 形切眼安全高效提出 lu i I lg p a c e 中图分类号1 “I 8 2 3 ． 2 文献标识码B T h e Op t i ma l Mi I l i I l g D e s i g n a n d I mp l e me n t a t i o n o f 3 5 1 6 9 Qu a i l T a i C o a l Mi n e Ya n J i a nh u a X u z h o u E l e c t r o m e c h a n i e a l E n o l 1 e e 血 D e n t o f J i a n g s u U n i t e d V o c a ti o n a l C o l l e g e ， X u z h o u J i m u ， 2 2 1 0 1 1 A b s 嘣3 5 ， 1 6 9 Q u a n T a i c o a l m in e i s a ty p ic a l b a r e i s o l a t e d is la n d w o r k i n g f a c e ． I n o r d e r to d e s i g n th e w o r k i n g fa c e r e a s o n a b l y， r e c l a i m t h e m o at c o a l r e a o u r c e a n d s h o r te ntheti m e o f l 出 n gthe wo k i n gfa c e ， t h ew r it e r g l v e a n a c c cun t o f d i l lgthet u n n e l a n d d i s p o s i n gthe c u t r a ti o n a l l yth r o nghp , i so a n aly s - i s ．T h i s s c h e me c a rl n o t o n l y s i r rt p l thet r a n s p o r ta ti o n p a r t ， b u t a l so -,1 8 4 1 r eth e s e c u r it y 0 f th em i n e ．B e s i d e s ， i t c a n s l o wth e p r o d u c i n gp a ce ， i m p r the r e c la i m- i n g r a t e 0 ff e 8 ∞f o e a n d e x t e n dtheli f e s p a n o fth em i n e ． K e yw o l d s th ei so l a ted i s l a n d w o ngf a c e ； p r e c e d i ngf o r e a s | ； th e t u n n e l ； 一 s I1 a p e d cut ； s a f e a n d d fi e i e n t 3 5 1 6 9 工作面位于权台煤矿东一采区， 其上方为 3 5 1 6 7 综放面采空区， 下方为 3 5 1 2 4 、 3 5 1 2 2 、 3 5 1 2 0 综放 面采空区， 左方为权台瓦 1 断层， 右方为 3 4 1 1 8 工作面 采空区， 因此该面是一个典型的四面临空的孤岛面。 受井田开拓和开采方式的限制， 该面只能布置在权台 向斜轴轴心的东侧， 为北东 ～ 南西走向。经过分析， 最 终确定在溜子道与 一8 0 0 m大巷之间采用掘进架子道； 两道过向斜轴后掘进探巷， 尽可能延长走向长度； 切眼 穿越向斜轴心呈“ 一’ 形布置的方法， 将该面布置为非 常规综放工作面。 1 方案设计与确定 1 ． 1 方案设计 1 ． 1 ． 1 方案一 平面布置图见图 1 1 巷道布置方式 图1 方案一巷道布置 *收稿日期 I 0 0 8 0 9 0 4 作者简介 严建华 1 9 6 4一 ， 男， 中国矿大硕士研究生毕业， 江苏联 合职业技术学院徐州机电工程分院教学副院长， 采矿专业副教授。 材料道 平行于上方采空区 3 5 1 6 7 综采面的溜子 道沿空掘巷布置。 ‘ 配风巷 在 3 5 1 6 9 工作面材料道与 3 5 1 6 7 工作面材 料道横贯之间用一条配风巷联系起来 ， 作为工作面回 风及材料的运输通道， 工作面回采结束后为出架运输 的通道。 溜子道 与材料道平行间隔 l 2 5 m 平距 布置。 切 眼 视权台向斜轴的倾角变化而定 ， 布置为下 端头超前， 上端头拖后与两道斜交呈直线布置。 2 方案的优缺点 优点 ①工作面两道均布置成直线巷道， 废巷相对 较少， 有利于安全施- I - ； ②便于工作面的材料和原煤运 输； ③减小了通风阻力。 缺点 ①巷道压力大， 支护困难； ②切眼布置方式 不适合过向斜轴及大倾角推下山回采， 减少了工作面 可采走向长度， 降低了资源回收率； ③工作面安装路线 长， 运输环节多， 机械事故率高， 不利于安全运输。 1 ． 1 ． 2 方案二 平面布置图见图2 图2 方案二巷道布置 1 巷道布置方式 2 0 0 8 年 第6 期 互 堪晨 舛枝 5 5 材料道 平行于上方采空区 3 5 1 6 7 综采面的溜子 道沿空掘巷布置。 配风巷 在 3 5 1 6 9 工作面材料道与 3 5 1 6 7 工作面材 料道横贯之间用一条配风巷联系起来， 作为工作面回 风及材料的运输通道， 工作面回采结束后为出架运输 的通道。 溜子道 与材料道平行间隔 1 2 5 m 平距 实体掘巷 布置， 在掘进过程中将穿过 5 条老巷， 需要加强该处的 巷道支护强度和有害气体的防治。 切 眼 根据权台向斜轴的倾角变化布置为上端头 超前， 下端头拖后与两道斜交呈“ 形曲线布置。 架子道 在材料道距切眼 1 3 0 m处配掘一条 7 1 m长 的全煤巷架子道， 与 一 8 0 0 m平巷相通。 2 方案的优缺点 优点 ①配掘架子道， 精简了安装期间的运输环节 和路线； ②切眼上端头超前、 下端头拖后与两道斜交， 有利于工作面回采初期大倾角下刹、 找底； ③增加了原 煤回收量。 缺点 ①巷道压力大， 支护困难； ②增加煤巷掘进 量 ； ③切眼呈“ 一’ 形曲线布置 图 3 ， 管理难度大。 3 5 1 6 9 子道 3 5 l 6 9 材料道 图3优化方案 二切 眼剖面 1 ． 2 方案的对比 表 1 通过上表可以看出， 方案二比方案一多掘进煤巷 1 6 2 m ， 切眼施工复杂， 给掘进施工增添了难度， 但方案 二增加了煤炭资源的回收率， 多回收煤炭 2 ． 2 万 t ， 增 加经济效益 1 9 6 万元 按局收购价 2 0 8 元I t 。方案二 只要采取安全技术措施， 确保方案实施， 将增加巨大的 经济效益。 ，方案二采取掘进架子道、 切眼穿越 向斜轴心呈“ 一 ” 形布置， 不仅精简了运输环节， 缩短了安装时间， 而且 适应权台矿目前3 煤的回 采工艺。 通过以上分析， 最终选择方案二付诸实施。 2 方案施工和安全技术措施 2 ． 1 巷道施工工艺 材料道采用综掘工艺， 溜子道及切眼采用炮掘工 艺。 巷道采用锚梁网与锚索联合支护。顶锚杆规格为 2 0 M n S i 2 0 2 4 0 0 M 2 2 左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆 ； 帮锚杆规格为2 0 M n S i 69 1 8 x 2 2 0 o 伽 左旋无纵筋等强 螺纹钢锚杆， 使用 2 2 3 3 5 树脂药卷端头锚 固。上帮锚 杆间距为 8 0 0 m m ， 顶板锚杆问距为 7 2 0 m m ， 下帮锚杆间 距 7 0 0 ra m ， 排距均为 7 0 0 ra m 。顶板及采空侧帮使用菱 形金属网， 实体侧帮采用高强塑料网， 钢筋梁梯子梁使 用 69 1 2 m m的A 3 圆钢焊制而成。锚索采用 卿5 ． 2 4 m m 钢绞线、 L 5 3 0 0 ra m ， 沿巷道中部呈五花布置。 表 1 两套方案的安全技术及经济效益比较表 序 项 目 方案 一 方案二 比方案一 号 名称 煤巷 1 1 6 6 9 m 1 韶l m l 6 2 m 工程量 煤巷掘 两道是直线施工， 进 2 同方案 一 。 进施工 尺高， 安全好管理。 切眼掘 下端头超前， 上端头 上端头超前． 下端头 3 拖后与两道斜交呈 拖后与两道斜交呈一 较复杂 进施工 直线布蔑。 形曲 线布置。 巷道压 巷道压力大， 变形量 4 较大。上 山掘进角 同方案一。 维护量大 力状况 度大。 安装运 运输环节多． 机电事 设计专用架子道运 简单 ，节省 5 故率高． 安全 系数 输环节减少． 运输路 了时间 ，保障 输系统 线简单 ，机电事故相 低 。 了生产接续。 对减少 。 通风 安装期间通风系统 6 通风系统简单。 复杂 ， 回采时与原方 相当 系统 案相同。 原煤运 3部刮板输送机、 3 7 部胶带输送机． 共 6 同方案一。 相当 输系统 部设备。 煤巷掘 8 锄 ． 7万元 5 4 9 ． 3万元 4 8 ． 6 万元 进费用 回采 9 3 6．6万 t 3 8 ． 8万 t 2 ． 2 万 t 产量 2 ． 2 过构造安全技术措施 遇顶板压力大、 地质构造、 过老硐等特殊地段时， 应根据现场情况及时优先采取增打锚索补强， 五花、 矩 形中间至少增加 1 根 ； 必要时采取套棚或扶棚支护。 根据地质资料确定施工方案， 并及时补充编制针对性 措施， 严格执行。视情增打帮锚索控帮 ， 于帮高 1 ／ 2 处 打一深入顶板不低于 1 ． 5 m的锚索 长度≥6 m ， 其预紧 力为 7 ． 5 k N ， 其余规格同顶板锚索。切眼刷宽后 ， 每隔 1 0 m 打一木垛， 每隔2 ． 8 m打一组单体。 1 各工种到现场要先检查后工作， 发现问题及时 处理和汇报。 2 过断层期间必须缩小循环进尺， 逐排施工。现 场必须根据帮体松软情况， 实施两帮的超前锚固 锚帮 跟到迎头 ， 防止折帮， 施工中如果巷道超高时， 两帮要 增补锚杆。 3 过断层时， 锚索采取加密布置， 由原来的“ 五花 五形” 改为“ 五花六形” ， 加密锚索布置范围必须延伸到 两端的正常巷道不低于5 m 。 4 过断层期间， 现场可采取分次放炮作业 ， 一次 内所装的炮眼必须一次起爆。 5 过断层期间， 现场必须根据顶板状况、 支护要 5 6 童 瞧晨 舛妓 2 0 0 8 年 第6 期 求以及考虑到巷道的实用性， 将破碎顶矸打掉找平后， 再进行支护。 3 施工中出现的问题和对策 1 材料道、 溜子道施工时遇到大于 3 ． 0 m的断层， 据巷道状况采取巷道按中线进行下刹、 挑顶等措施施 工 ， 并在断层处增打锚杆和锚索， 加密地质异常构造带 的支护， 提高巷道的支护强度， 有效控制巷道围岩。 2 溜子道靠近北一采空区掘进且穿过多条老巷， 过老巷时将会形成三、 四角门， 因此溜子道巷道围岩压 力大， 掘进过程中将采用锚杆与锚索联合支护， 两帮实 施补打锚索加强支护， 实现锚杆与锚索对围岩的耦合 控制作用， 从而有效控制围岩变形。 3 综掘机进入溜子道里段掘进时， 由于受向斜轴 影响， 巷道角度变大， 不适应综掘， 改为炮掘； 同时改用 侧卸式装煤机装煤， 实现了半机械化掘进。 4 由于切眼布置在向斜轴中， 呈“ 一’ 形曲线状， 施工时将根据向斜轴两翼倾角变化， 调整切眼与两道 斜交角度为8 6 。 ， 减缓了工作面“ 一’ 形曲线弧度。 4 结论 权台煤矿 3 5 1 6 9孤岛综放面开采优化设计与实 施 ， 缩短了安装准备时间， 缓解了生产接续； 精简了安 装期间的运输环节， 保障了安全生产； 提高了资源的回 收率， 3 5 6 1 9 孤岛综放面的成功回采， 多回收煤炭 2 ． 2 万 t ， 增加经济效益 1 9 6 万元； 采用综放回采工艺， 从根 本减轻了工人的劳动强度。 上接第5 3页 ④确定 I ／ O点数。要考虑未来扩充和 备用 典型 1 0 ％～2 0 ％备用 的需要。⑥离散输入输 出。标准的输入／ 输出接口可用于从传感器和开关 如 按钮、 限位开关等 及控制 开关 设备 如指示灯、 报警 器、 电动机起动器等 接收信号， 典型的交流输入输出 量程为2 4 2 4 0 V ， 直流输入输 出为 5 ～ 2 4 0 V 。若输入 输出设备由不同电源供电， 应当有带隔离公共线路。 ⑥模拟输人输出。模拟输入输出接口是用来感知传感 器产生信号的， 这些接1 1 测量流量、 温度和压力的数量 值， 并用于控制电压或电流输出设备， 典型接口量程为 一 1 0 4 1 0 V、 0 ～1 0 V 、 4 ～2 0 m A或 1 0 ～5 0 m A 。⑧特殊 功能输人输出。在选择一个 P I E时， 用户可能会面临 着需要一些特殊类型的且不能用标准 I ／ O实现的 I ／ O 限定 如定位、 快速输入、 频率等 的情况 ， 用户应当考 虑商家是否提供一些特殊的有助于最大限度减小控制 作用的模块。⑥智能式输入输出。模块本身带有处理 器， 对输入或输出信号作预先规定的处理， 将其处理结 果送人中央处理机或直接输出， 这样可提高 P IE 的处 理速度和节省存贮器的容量。智能式输入输出模块 有 高速计数器、 凸轮模拟器、 带速度补偿的凸轮模拟 器、 单回路或多回路的 P I D调节器及 R S 一 2 3 2 ／ 4 2 2 接 口模块等。 ③电源的选择。电源模块的选择一般只需考虑输 出电流， 电源模块的额定输出电流必须大于处理器模 块、 I ／ O 模块、 专用模块等消耗电流的总和。 ④考虑环境条件对可编程控制器的影响。可编程 控制器及其外部电路都是由半导体集成电路 简称 I C 、 晶体管和电阻、 电容等元器件构成的， 温度、 湿度、 振动和冲击及周围空气变化将直接影响这些元器件的 可靠性和寿命。 ⑤系统控制元器件的设计。系统控制元器件的设 计包括以下内容 存储器空间的分配； 专用存储器的确 定 ； 系统初始化程序的设计； 各功能子程序的编制； 故 障应急措施； 其他辅助程序的设计等。 4 系统的安装与接线。将熔断器、 接触器、 转换 开关、 P IE 装在一块配线板上。按 P L c接线图在配线 板上安装。 5 系统的调试。系统的调试包括软件和硬件两 大部分， 主要是软件的调试。 6 系统的试运行。在试运行 阶段， 系统设计者应 密切注视和观察系统的运行情况， 遇到问题及时停机， 认真分析产生问题的原因。 7 编制技术文件。 8 交付使用。 2 ． 3 基本设计原则 1 最大限度地满足被控对象的要求， 设计前， 应 深人现场进行调查研究 ， 搜集资料， 并与相关部分的设 计人员和实际操作人员密切配合， 共同拟定控制方案， 协同解决设计中出现的各种问题。 2 在满足控制要求的前提下 ， 力求使控制系统简 单、 经济， 使用及维修方便。 3 保证控制系统的安全可靠。 4 考虑到生产的发展和工艺的改进 ， 在选择 P IE 容量时， 应适当留余量。 2 ． 4 设计注意事项 1 选择机型时， 有的手册或产品目录上给出的最 大输入点数和最大输出点数实际上是输入和输出的容 量之和。 2 系统调试时， 应首先通过编程器将程序输入 P IE， 按照被控设备的动作要求进行模拟调试 ， 先调试 子程序功能模块， 然后调试初始化程序， 最后调试主程 序 ， 调试的输出部分， 尽可能逼近实际系统， 考虑到各 种出现的状态， 应做多次反复的调试， 发生问题应及时 分析和调整。 3 系统的试运行时间， 应视系统规模的大小、 复 杂程度、 系统对可靠性的要求以及系统实际运行的状 况而定。