大采高超长工作面顶板灾害预警研究(1).pdf

太原理工大学 硕士学位论文 大采高超长工作面顶板灾害预警研究 姓名李志军 申请学位级别硕士 专业 指导教师宋选民 太原理工大学硕士研究生学位论文 I 大采高超长工作面顶板灾害预警研究 大采高超长工作面顶板灾害预警研究 摘 要 大采高超长工作面顶板灾害预警是在山西省科技攻关计划项目 200631118-02和国家支撑计划矿井顶板安全状态连续监测与灾害预警系 统的研究2007BAK29B02大背景下，结合神东集团委托的采高 7m 开 采技术研究项目提出的。7m 采高 300m 工作面顶板灾害预警及防治是采 矿工程实践中遇到的迫切需要解决的重大工程问题，是前人有所涉及但未 从根本上解决，能形成重大突破的前沿领域。本论文在对神东特厚煤层的 地质开采条件现场调研和总结大量相关资料的基础上，综合运用煤矿开采 学、岩层控制理论、力学等手段，采用理论分析、数值计算和现场实测的 方法，应用矿井顶板安全状态连续监测与灾害预警系统软件，分析大采高 超长工作面顶板灾害，做出预警并给出防治措施。通过研究得出以下结论 1）依据补连塔煤矿三盘区 2-2煤层、大柳塔矿三盘区 5-1煤层和上湾矿 一盘区 1-2煤层的工程背景，搞清神东矿区 7m 以上特厚煤层的储量以及煤 层特征， 针对神东矿区 7m 以上特厚煤层的煤层以及顶板岩层的结构赋存条 件，从提高资源回收率、回采巷道工程量、安全可靠以及能否高产高效的 角度，选择最优的特厚煤层开采方法。 2）通过对大采高超长工作面矿压观测，总结出大采高超长工作面支架 压力增大的规律，并分析了原因，指导大采高液压支架的选型。 3） 建立顶板 O-X 型垮落伴随飓风预测理论模型， 提出大规模顶板 O-X 型垮落伴随飓风灾害的差分解法，预测空气冲出巷道时在巷道中空气的瞬 时速度，考虑沿程阻力，给出巷道中飓风速度计算公式和冲击载荷的计算 太原理工大学硕士研究生学位论文 II 公式。 4）分析煤矿顶板安全状态连续监测与灾害预警系统研究背景，找到项 目研究存在的问题，看清项目研究的发展趋势，明确顶板监测研究的主要 内容和监测传感器的布点方式，确立煤矿顶板安全状态连续监测与灾害预 警系统实现的目标，定义顶板动态监测系统结构与组成，编写采场支架载 荷分析算法和程序，解决了预警的关键技术，为实际生产和指挥提供了可 靠的依据。 因此，本次 7m 大采高 300m 超长工作面的尝试，对于采矿行业科技发 展有重大工程应用价值和推广意义，对采矿学科发展有推动作用，不仅丰 富了大采高超长工作面开采顶板灾害预警与防治的理论和实践，同时对于 神东矿区厚煤层提高煤炭资源回收率有重要的实际价值和现实意义。 关键词大采高，超长工作面，开采方法，顶板灾害，灾害预警与防治 太原理工大学硕士研究生学位论文 III STUDY ON ROOF DISASTER PRE-WARNING 0F LARGE MING HEIGHT AND SUPER-LONG WORKING FACE ABSTRACT Study on roof disaster pre-warning of large and ming height super-long working face is a scientific research project in Shanxi Province 200631118-02 and the National Support Program 2007BAK29B02 continuous monitoring of security status of mine roof and disaster pre-warning system against the background of the study, combined with SHENDONG GROUP, commissioned to “research on mining technology of 7m mining height “ project proposed. Disaster pre-warning and prevention of 7m mining height and 300m working face is the practice of mining engineering to solve an urgent need encountered in the major engineering problems, which related to previous but not a fundamental solution. The research can a major breakthrough in the forefront of the field. In this paper, based on the site investigation and summarize a lot of relevant ination in the SHENDONG thick seam mining geological conditions, Integrated use of coal mining science, strata control theory, mechanical and other means, using theoretical analysis, numerical calculation and field s, Developed a software system which can continuous monitor the state to mine roof safety and warn the disaster. Analyses of roof disaster, and make a warning and gives the control measures. Through research we get the following conclusions 1 Based on the engineering background of BULIANTA coal mine three zones 2-2 coal seam, DALIUTA coal mine three zones 5-1 coal seam and SHANGWAN coal mine one zone of 1-2 coal seam, figure out the reserves and coal seam characteristics more than 7m thick coal seam mining, for 太原理工大学硕士研究生学位论文 IV SHENDONG Mine more than 7m thick coal seam and the roof structure of rock occurrence conditions, from the improve resource recovery rate, the amount of roadway construction, safe and reliable and whether the high yield and efficiency point of view, choose the best The extra-thick seam mining s. 2 Through the long face of large mining rock pressure observation, summarized Mining rock pressure super-long working face the rule, and analyzes the reasons for large mining guide selection of high-powered support. 3 The establishment of O-X-type collapse of the roof with hurricane prediction theory model, a large-scale collapse of roof with OX-type hurricane of the differential to predict the air out of roadway when roadway instantaneous velocity in the air, taking along the way resistance, given the speed of air tunnel ula for calculating the impact load. 4 Analysis of the security status of coal mine roof in a continuous monitoring and disaster warning system research background, research projects have found problems in research and development of the project to see the trend of clear roof of the main content monitoring studies and monitoring of the sensor layout mode to establish security status of coal mine roof continuous monitoring and disaster warning system to achieve objectives, defines the dynamic monitoring system, roof structure and composition, the preparation of stope supports load analysis algorithms and procedures to address the key technology for early warning, command of the actual production and provide a reliable basis. Thus, the large mining height 7m and 300m super-long working face attempt to scientific and technological development for the mining industry have a significant engineering application value and promote the meaning and role in promoting the development of the mining disciplines, not only enrich the big mining disasters, the high roof long face mining pre-warning and prevention theory and practice, while for the SHENGDONG mining thick coal seam of coal resources to improve the recovery rate has important practical value and 太原理工大学硕士研究生学位论文 V significance. KEY WORDSlarge mining height, super-long face, mining , roof disaster, disaster pre-warning and prevention 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 第一章 绪论 1.1 课题研究背景及意义 近十余年，大采高超长工作面得到长足的发展，其优势越来越得到普遍认可，大采 高开采技术发展到一个新的阶段。开采高度突破 5m，日产量达到了万 t 级水平，个别 工作面的产量及效率达到并超过国际水平，成为国际一流的大采高超长工作面。神东公 司补连塔矿 2003 年综采工作面年产原煤 924 万 t，采高 4.5m4.8m。2004 年，神东公司 上湾煤矿大采高工作面年产原煤 1075 万 t，矿井回采工效达到了 927t/工，实际采高达 到了 5.4 m。晋城煤业集团寺河矿则在高瓦斯矿井条件下，采高达到了 5.5，m 为我国首 次达到采高 5.5m 的矿井，最高日产达 3.332 万 t，最高月达到了 57.3101 万 t。大同煤矿 集团公司四老沟矿则在“两硬”条件下，使用国产 zz9900 一 29.5/50 液压支架成功地开 采了平均 5.lm 厚的 14 号煤层，实际采高 4.5 m，工作面最高月产为 31.55 万 t，为普通 综采的 3.26 倍，最高日产达 15110t，最高直接工效达到 212.8t/工。晋城煤业集团寺河 矿采用 ZY9400-28/62 支架采高达到了 6.0m。目前已从初期采高 3.54.5m，过渡到 5.5m 采高和 6.3m 采高，工作面长度也已从 240m，逐步增加到 300m 和 360m，目前已有榆 家梁矿 4-2 煤层 400m 长度工作面的试验开采成功。我国大采高开采部分指标己进入世 界先进行列[1][2] 。 当前， 我国采掘工作面顶板伤亡事故的比重仍然保持在 45％左右。 中小煤矿顶板伤 亡事故的比重则超过 50％[3]。进入 21 世纪以来，随着国家经济形势的好转，对能源的 需求大幅度增加， 要求能源的龙头煤炭企业实现超常规的跨越式发展。 在这种形式下， 全国大规模地改扩建和新建大型现代化矿井。 为了实现高产高效， 多采用一次采全高 （大 采高 3-7m）超长工作面（220-300m）和超长推进长度（1500-3500m）的高新技术支持 的现代化综采工作面，并且日推进度非常快20-35m/天。由于采用大采高超长工作面和 超大推进长度，高产快速推进技术，从而使工作面的顶板垮落表现出与以往截然不同的 性质。以往属于缓慢释放、频繁多次垮落的顶板，在此趋向于急速地、超范围地大面积 垮落来压的动力冲击现象，而且更加严重的是把采空区的空气瞬间排出，形成巨大的飓 风，其破坏力极强。顶板垮落时少则几千平方米多则几万甚至几十万平方米，飓风的力 量不但能够对采场中的人员造成伤害，甚至采场中的机械设备也会遭到破坏，造成了冲 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 击灾害威胁。这种事故有很多（近 30 年，只大同矿区就发生 27 起） 。实际中，在浅埋 煤层坚硬顶板坚硬煤层开采条件下，采空区顶板长期悬露，坚硬的顶板在悬顶初期没有 明显的位移现象，但随着顶板变形的不断增大，顶板承受本身自重和上部老顶压力的能 力就越来越差，一旦受到外界的干扰或达到极限承载悬露步距时，采空区顶板突然性的 大规模垮落，造成顶板对支架载荷冲击和空气压缩冲击波载荷，大规模的顶板垮落由于 突然性强、时间短、影响范围大，发生征兆不很明显，目前尚难以预测等原因，往往灾 害影响较大。在大同、京西的坚硬顶板坚硬煤层开采，神东矿区的浅埋煤层开采工艺条 件下，均会发生大规模采空区顶板垮落所形成的飓风灾害威胁[4-16]。所有这些生产实践 中出现的新问题，都必须加以深入研究，才能促进煤炭工业的健康顺利发展。 我国重点煤矿，特别是采用综掘、综采的矿井，虽然顶板伤亡事故很少发生，但是 由于控制设计决策失控，实施管理失控，大范围支架倾倒或压死压坏的重大事故仍时有 发生。因此深化顶板控制设计和实施管理的理论及相关决策信息的研究，解决顶板控制 决策和实施管理现代化即信息化、智能化和可视化仍然是煤矿安全生产的紧迫任务。 总之，煤矿顶板事故频繁，安全生产形势严峻；大型化矿井与高产高效综采面的客 观需要；采场矿压控制基础理论的研究成果，达到能对顶板灾害事故进行定量分析和预 测的新阶段；采场顶板与巷道围岩安全状态监测技术的发展；矿用传感器与数据采集、 传输技术的进步。这些是大采高超长工作面顶板灾害预警的提出背景。 大采高超长工作面顶板灾害预警是在研究山西省科技攻关计划项目200631118-02 和国家支撑计划 矿井顶板安全状态连续监测与灾害预警系统的研究 2007BAK29B02 的大背景下，结合了神东集团委托的采高 7m 开采技术研究项目提出的。7m 采高 300m 工作面顶板灾害预警是采矿工程实践中遇到的迫切需要解决的重大工程问题，是 前人有所涉及但未从根本上解决，能形成重大突破的前沿领域。 1.2 采场顶板灾害的主要表现形式与分类 一般采场顶板事故分类如图 11 所示[3]。 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 1）按事故范围大小分类 1局部冒顶事故发生在顶板破碎的部位 2大面积切顶垮塌事故发生在直接顶或基本顶来压运动时刻 2）按劳故的力源分类 1直接顶来压运动造成的顶板事故 包括破碎的直接顶板局部冒落、直接顶运动压坏和推倒支架的大面积顶板垮塌事 故。 2基本顶来压运动造成的顶板事故 包括基本顶来压冲击破坏和推倒支架造成的大面积切顶垮面事故。 3）按顶板塌垮运动和支架失稳破坏特征分类 1压垮型事故 图 1-1 顶板事故系统分类 Figure 1-1 Roof accident systematic classification 回采工作面顶板事故分类 小范围局部冒顶 大面积切顶 直接顶破碎 直接顶运动老顶运动 推垮型 压垮型 冲 击 推 垮 型 压 垮 型 向 煤 壁 方 向 向 老 塘 方 向 沿 倾 斜 方 向 向 老 塘 方 向 向 煤 壁 方 向 采 煤 过 程 中 事 故 放 顶 过 程 中 事 故 太原理工大学硕士研究生学位论文 4 直接顶和基本顶来压时， 支架阻抗力不足或承缩量不够被压损破坏支柱被压弯或压 断等，所造成的顶板垮塌事故。 2推垮型事故 直接顶和基本顶来压时，支架因稳定性不够被推倒所造成的顶板垮塌事故。 4）按大采高超长工作面顶板灾害特征分类 1大采高超长工作面顶板大面积垮落对支架的冲击破坏载荷 大采高超长工作面坚硬顶板断裂后的迅速沉降， 在短时间内给支架以巨大的冲击载 荷，往往造成支架的折损甚至发生恶性顶板事故。因此，现场迫切需要解决“ 大采高 超长工作面支架压力增大的规律及原因分析” 问题。 冲击载荷的计算结果， 可以应用于坚硬顶板采场的综采支架选型以及预计采场的来 压强度，对于采用让压方案的综采支架，可以通过顶板运动的分析，确定大流量安全阀 的安全流量。 2大采高超长工作面顶板大面积垮落的飓风灾害 由于采用超长工作面和超大推进长度，高产快速推进技术，从而使工作面的顶板垮 落表现出与以往截然不同的性质。以往属于缓慢释放、频繁多次垮落的顶板，在此趋向 于急速地、超范围地大面积垮落来压的动力冲击现象，而且更加严重的是把采空区的空 气瞬间排出，形成巨大的飓风，其破坏力极强。顶板垮落时少则几千平方米，多则几万 甚至几十万平方米，飓风的力量不但能够对采场中的人员造成伤害，甚至采场中的机械 设备也会遭到破坏，造成冲击灾害威胁。 1.3 大采高超长工作面顶板灾害的研究现状及不足 1.3.1 大采高超长工作面顶板大面积垮落对支架冲击破坏载荷的研究现状 王家臣[17]教授介绍了我国厚煤层开采技术现状，提出需要解决的关键问题，但是针 对神东特定的地质条件和管理模式，7m 采高 300m 工作面需要进一步分析。 赵宏珠[18]教授针对我国大采高使用初期的支架使用情况进行总结， 初步给出了支架 阻力计算及支架选型，主要结论是决定大采高支架阻力的主要因素是由于采高加大而 导致的老顶来压加剧，工作面上覆岩层断裂范围加大，而靠加大支架工作阻力改变围岩 应力分布，从而阻止上覆岩层断裂的作用不大，因此，大采高支架合理工作阻力按岩层 自重法确定。但是大采高支架合理工作阻力没有考虑顶板冲击载荷。 太原理工大学硕士研究生学位论文 5 文献[19]大采高液压支架的初撑力可按下式计算 2 k PK[L HHctg/ 2]θϒϒ （1-1） 式中，P 为支架初撑力，kN/m; k L 为支架控顶距，m;H 为顶板一次冒落的岩层厚度， m;ϒ为顶板岩石容重，kN/m3;θ为顶板岩石破断角，根据观测确定K 为冲击载荷系数， 考虑了冲击载荷，但是无法确定。 弓培林[1]教授研究了大采高采场覆岩结构及运动规律、大采高支承压力分布规律、 大采高直接顶的破坏变形规律、从理论上研究了大采高支架载荷确定方法。大采高工作 面所需支护强度高，高于按传统顶板分类推荐的支护强度。动载系数小，支架载荷分布 以正态分布为主。大采高支架载荷与顶板类别不明显，支架初撑力与工作阻力呈线性关 系，大采高以静载为主。按照 4 倍采高岩柱高度加悬顶部分岩层重量估算支架载荷与实 测值吻合，可作为支护阻力确定的重要方法之一。 姜福兴[4]教授对采场支架冲击载荷做了动力学分析，研究结果表明 （1）在已知顶 板运动参数和支架工作参数的基础上, 采场的来压强度是可以预计的。 （2）研究的结果 可以应用于坚硬顶板采场的支架选型。 它与威尔逊模型分析结果的差别在于考虑了顶板 运动时产生的动压。（3） 在坚硬顶板采场来压时, 可以通过计算顶板最大下沉角速度, 实 现大流量卸载阀的选型。 （4）为减小采场动压, 人工比较容易做到的是增加支架的初撑 力和工作阻力。但是他研究动压时, 没有考虑采空区风流阻力和岩板效应, 得到的结论 也是初步的, 有待于进一步深化和完善。 1.3.2 大采高超长工作面顶板大面积垮落的飓风灾害研究现状 大同、京西坚硬顶板坚硬煤层开采和神东矿区浅埋煤层开采条件下，均会发生大规 模采空区顶板垮落所形成的飓风灾害威胁。采矿工程实践中，主要限于顶板断裂和垮落 机理研究，对顶板垮落伴随的飓风灾害研究，有少量成果，且仅分析顶板冲击载荷和空 气的冲击压力，未将其作为一个关联的灾害系统，分析灾变过程规律、采空区压缩空气 的冲击波规律和飓风灾害的最大临界参数。 湖南科技大学熊仁钦教授对顶板大面积垮落做了许多研究， 研究成果可以计算回采 巷道的暴风速度和物体受力大小；提供初步的暴风灾害设计公式。但是采空区内空气的 可压缩性未考虑，存在过于简化的弊端；断面突然变小的局部阻力未准确考虑；伯努利 方程不适合于可压缩流体，且冲击力计算时未考虑压缩其他的静压强因素。 文献[14]基于熊仁钦的模型，研究飓风速度，设计防灾密闭墙结构，同样存在以上 太原理工大学硕士研究生学位论文 6 的问题。 文献[7]将采空区封闭，研究顶板大面积垮落过程中巷道的风速与静压强，计算密闭 墙的受力大小，设计防灾密闭墙。考虑了气体的可压缩性，对封闭采空区适用，能计算 巷道内冲击风速和静压强，密闭墙受载计算，设计防灾墙的工程结构。不足有考虑的 是顶板大面积垮落来压的初、终 2 个过程点，并未研究整个灾变发生过程，因此灾害结 束时巷道风速不一定是最大风速。无密闭墙的情况未考虑；只考虑整体切落的单岩块情 形，铰接岩块垮落情况缺失。飓风究竟是高压气浪还是激波的情况未能确定。文献[10] 用 ANSYS 的流体力学模块，分析无密闭条件下，该类问题的风速分布与巷道内风速变 化规律。 宋选民教授和息金波硕士建立了反映顶板大面积垮落时动力冲击和采场压缩空气 冲击气浪灾害并存的数理模型， 给出了运输平巷与回风平巷中形成飓风的流速的理论公 式，以及处于飓风中的物体所受作用力的理论公式。但他们考虑的是顶板整体垮落，相 比 O-X 型顶板垮落计算所得顶板下落速度、采空区气体速度、巷道口速度都偏大；采场 中空气进入巷道中时没有考虑局部能量损失；巷道中空气流动没有考虑沿程阻力的影 响。 1.3.3 矿井顶板安全状态连续监测与灾害预警系统国内外的研究现状 国外德国采场顶板安全状态监测技术较先进， DBT 公司支架配备有监测系统， 但缺 移近量传感器，系统的预警功能不足，初期投资费用昂贵，所以在国内没有得到推广。 山东科技大学和尤洛卡[2029]公司开发研制出采场顶板监测系统 KJ216， 在国内各大 矿区应用的比较多，用采集仪或有线信号传输，实现了井上计算机动态显示监测参数， 报警；井下现场显示数据和报警；监测数据自动记录存储；连续监测曲线显示、分析； 历史数据查询及报表输出；综合分析及顶板安全评估分析，但是分析与安全灾害预警模 块尚待完善，缺少大采高坚硬顶板冒落的离层遥测预报系统，缺少地质雷达在顶板大面 积时的预警，没有实现无线传输。 煤炭科学总院[3034]研制的顶板安全监测系统，KGJ-C 型综采工作面综合监测系统， 通过使用压力传感器对工作面支架的前后立柱的工作阻力， 位移传感器对支架立柱伸缩 量、 倾角传感器对支架顶梁倾角的监测可连续地掌握顶板压力的变化情况和准确预测顶 板初次来压及周期来压，采取有效防范措施，减少和排除顶板压力对生产和安全的不良 影响。同时可以及时发现损坏或不能正常工作的支架，还能够检查支架操作的初撑力是 太原理工大学硕士研究生学位论文 7 否符合要求，以检查和保证工作面的支护质量。通过使用锚杆拉力传感器对巷道支护质 量进行监测，可实现多截面多点监测；整个系统正在研制与完善过程中。 中国矿业大学[3540]引进了是波兰矿山研究总院采矿地震研究所设计制造的新一代 微震监测仪-SOS微震监测系统, SOS微震监测系统可实现对矿井包括冲击矿压在内的矿 震信号进行远距离（最大 10Km） 、实时、动态、自动监测，给出冲击矿压等矿震信号的 完全波形。通过分析研究，可准确计算出能量大于 100J 的震动及冲击矿压发生的时间、 能量及空间三维坐标，确定出每次震动的震动类型，判断出冲击矿压发生力源，对矿井 冲击矿压危险程度进行评价。能分析出矿井上覆岩层的断裂信息，实现描述空间岩层结 构运动和应力场的迁移演化规律，为煤矿的安全生产服务。 西安科技大学[41-44]开发出岩石离层多点位移测量指示仪、 围岩失稳声光电集成监测 系统及其监测方法、 研究出煤矿环境参数及工况参数无线监测装置和自动报警网络通信 控件系统。但是没有完整的煤矿顶板安全状态连续监测与灾害预警系统。 太原理工大学[45-48]与山西巨安电子科技公司[49]在顶板安全预警、 灾害决策以及顶板 状态监测传感器方面，做了很多研究，并有定型产品。但是采场支架载荷分析算法以及 预警的关键技术没有解决。 1.4 课题的主要研究内容与研究思路 1.4.1 课题的主要研究内容 系统化的大采高超长工作面顶板灾害预警与防治必须正确地回答以下问题 1）神东矿区 7m 以上特厚煤层选择最优的特厚煤层开采方法。 2）总结大采高超长工作面支架压力增大的规律，分析原因，并为神东矿区 7m 采高 工作面液压支架选型。 3）建立顶板 O-X 型垮落伴随飓风预测理论模型，预测空气冲出巷道时在巷道中空 气的瞬时速度，给出巷道中空气的速度计算公式和冲击载荷的计算公式。 4）定义顶板动态监测系统结构与组成，编写采场支架载荷分析算法和程序，解决 预警的关键技术，为实际生产和指挥提供可靠的依据。 1.4.2 课题的研究思路 依据补连塔煤矿三盘区 2-2煤层、大柳塔矿三盘区 5-1煤层和上湾矿一盘区 1-2煤层 的工程背景，搞清神东矿区 7m 以上特厚煤层的储量以及煤层特征，针对神东矿区 7m 太原理工大学硕士研究生学位论文 8 以上特厚煤层的煤层以及顶板岩层的结构赋存条件，从提高资源回收率、回采巷道工程 量、安全可靠以及能否高产高效的角度，满足技术上可行、经济上合理的原则，选择最 优的特厚煤层开采方法。 大采高超长工作面支架压力增大规律分析是对大采高工作面进行现场矿压观测， 结 合矿压控制理论，分析观测数据，总结支架压力增大规律，剖析原因，并指导补连塔煤 矿三盘区 2-2煤层工作面支架选型。 大采高超长工作面顶板大面积垮落的飓风灾害理论基础研究应用数学力学模型的 理论分析方法，在实测试验研究的基础上，分别建立顶板失稳冲击的数学模型和压缩空 气冲击波的传播衰减数学模型，分析给出两者的耦合联系方程，按照理论模型的边界条 件和初始时间条件，探讨顶板动力冲击的整个发展过程以及最大临界危险参数区间，力 求给出顶板动力冲击灾害的临界转化点， 以便以灾变理论为指导更好地控制顶板动力冲 击灾害。 分析煤矿顶板安全状态连续监测与灾害预警系统研究背景， 找到项目研究存在的问 题， 看清项目研究的发展趋势， 明确顶板监测研究的主要内容和监测传感器的布点方式， 确立煤矿顶板安全状态连续监测与灾害预警系统实现的目标， 定义顶板动态监测系统结 构与组成，编写采场支架载荷分析算法和程序，解决预警的关键技术，为实际生产和指 挥提供可靠的依据。 本论文在对神东特厚煤层的地质开采条件现场调研和总结大量相关资料的基础上， 综合运用煤矿开采学、岩层控制理论、力学等手段，采用理论分析、数值计算和现场实 测的方法，开发矿井顶板安全状态连续监测与灾害预警系统软件，分析大采高超长工作 面顶板灾害，做出预警并给出防治措施。 太原理工大学硕士研究生学位论文 9 第二章 神东矿区特厚煤层合理开采方法的优化选择 2.1 概述 神东矿区赋存有开采条件优越的厚及特厚煤层优质资源。在多年的开采实践中，总 结出一套技术先进、设备高效以及大规模高强度开采煤炭资源的综采技术，最大限度地 满足了国家经济建设的煤炭资源需求，有力地促进了晋陕蒙地方经济的发展。 针对煤层资源的赋存厚度状况，结合采场支架设计与制造技术的飞速进步，逐渐地 提高开采高度，目前已从初期采高 3.54.5m，过渡到 5.5m 采高和 6.3m 采高，工作面长 度也已从 240m，逐步增加到 300m 和 360m，目前已有榆家梁矿 4-2煤层 400m 长度工作 面的试验开采成功。用此两项居于国际先进的开采技术，不可再生煤炭资源的回收率提 高了 58。 在此前期研究的基础上， 依据大柳塔矿三盘区 5-1煤层和上湾矿一盘区 1-2 煤层的工程背景，如何开采平均厚度达 7.0m 的特厚煤层，已经提到重要的议事日程[50]。 能否结合以往大采高超长工作面的开采经验，采用一次采全高的综采技术，快速开采出 煤炭资源，成为旨在进一步提高特厚（7.0m）煤层资源回收率项目成败的关键。 以下结合大柳塔矿三盘区 5-1煤层和上湾矿一盘区 1-2煤层的条件， 结合以往的现场 矿压观测资料分析结果，从矿压控制实践与矿压基础理论的层面上，分析选择神东矿区 特厚煤层合理开采方法。 目前，可供神东矿区特厚煤层开采选择的采煤方法有 3 种，即分层开采、综放开采 和一次采全高（即大采高整层开采）开采方法[51-57]，现将从各种开采方法对神东矿区特 厚煤层的适用性、经济性、安全可靠性以及能否高产高效等方面，分析论证如下。 2.2 神东矿区特厚煤层储量、煤厚统计分析 2.2.1 神东矿区特厚煤层储量分析 神东矿区范围内，超过 6m 以上特厚煤层赋存及各矿分布情况，储量的分类统计结 果参见表 2-12-3。 太原理工大学硕士研究生学位论文 10 表 2-1 上湾矿和补连塔矿 1- 2煤厚及资源储量统计 Table 2-1 Shangwan and Bulianta Coal Mine 1-2 seam thickness and coal reserves statistics 上湾矿 补连塔矿 项目 名称 工作面名称 平均煤 厚（m） 储量 （万 t） 工作面名称 平均煤厚 （m） 储量 （万 t） 合计 31502 工作面7 1132 31503 工作面6.8 1073 31504 工作面6.6 989 31505 工作面6.5 917 31506 工作面6.45 825 31507 工作面6.4 791 6-7m 31508 工作面6.25 691 小计 6419 6419 7-7.3m 31501 工作面7.2 1165 小计 1165 1165 51105 工作面 7.6 984 7.3-8m 51106 工作面 7.6 772 小计 1756 1756 51401 工作面 9.2 1191 51402 工作面 9.2 934 51403 工作面 9.25 2002 51404 工作面 9.25 2014 51405 工作面 9.2 2005 51406 工作面 9.2 2011 51407 工作面 9.05 1985 51408 工作面 8.85 1948 51409 工作面 8.65 1906 51410 工作面 8.45 1872 8m 以上 51411 工作面 8.25 1835 小计 19705 19705 合计 20896 7584 28480 太原理工大学硕士研究生学位论文 11 表 2-2 上湾矿和补连塔矿 2-2 煤层煤厚及资源储量统计 Table 2-2 Shangwan and Bulianta Coal Mine 2-2 seam thickness and coal reserves statistics 上湾矿 补连塔矿 项目 工作面 平均 煤厚（m） 储量 （万 t） 工作面 平均 煤厚（m） 储量 （万 t） 合计 52101 工作面6.75 1367 32401 工作面6.75 1243 52102 工作面6.4 1291 32402 工作面6.85 1258 52103 工作面6.2 1247 32403 工作面6.95 1273 52104 工作面6.2 1243 32404 工作面7 1279 52113 工作面6.25 1492 32405 工作面7 1273 52101 工作面7 1274 32406 工作面6.95 1263 52102 工作面6.8 1238 32407 工作面6.85 1033 52103 工作面6.7 1219 32408 工作面6.6 997 52104 工作面6.7 1470 32409 工作面6.35 955 52105 工作面6.5 1621 32410 工作面6.35 952 52106 工作面6.5 1615 32411 工作面6.5 973 52107 工作面6.8 1363 32412 工作面6.45 1155 52301 工作面6.45 1283 32413 工作面6.45 1152 52302 工作面6.45 1285 32414 工作面6.5 1127 52303 工作面6.5 1303 32415 工作面6.45 1116 52304 工作面6.55 1315 32416 工作面6.5 1152 52