论深井巷道保护煤柱留设宽度计算方法.pdf

工业技术 L U I Z I“U ．I UC h in a N e w T e c h n o lo g ie s a n d P ro d u c ts 嗣囵囫图蓬豳 ● 嵋 嵋 ‘ 硼 ■ ■ 论深井巷道保护煤柱留设宽度计算方法 高长富 龙煤集 团龙煤 集团鸡 西分公 司东山煤矿 分公 司东山煤矿 ， 黑龙 江 鸡西 1 5 8 1 0 0 摘要 随着采深的加 大， 支撑压力加 大， 显现剧烈波及范围广， 为此应采用符合现场 实际条件的保护煤柱计算方法和公式， 确定合 理 的 煤柱 宽度 ， 合理 留设 煤柱 是保 证 井下巷 道 良好稳 定状 态的一 个重要保 证 。 关键词 深部开采； 煤柱宽度； 计算 中图分类号 T D 8 2 4 文献标识码 A 1概述 留设保护煤柱是保护巷道 ，使其不受开 采动压影响， 保持巷道良好稳定状态 ， 满足安 全生产的一个重要方法。 煤柱的强度和稳定性对煤 岩 层的控制 有极大 的影响。它的强度必须保证煤柱承受 荷载过程不受破坏 ，方可保证布置在煤柱内 的巷道不受破坏 ， 保持稳定状态 。 在特定煤 岩 层 中， 煤柱的强度 ， 取决于 煤柱的尺寸 ，而煤柱的高度一般等于煤层的 厚度， 故煤柱的强度只取决于其宽度 。 因此， 合理确定煤柱宽度， 留设煤柱是保 证井下巷道 良好稳定状态的一个重要保证。 2煤柱的用途及设计方法 煤柱是用于支护巷道， 保持巷道稳定的 ， 所以应设计成经历整个开采过程 ，即巷道掘 进和工作面 回采时承受荷载不被破坏。 2 ． 1煤柱的荷载煤柱受荷 载过程分两个 阶段 一 是巷道开凿后立即产生的荷载。二是 回采过程中产生的支撑压力 。 2 ． 1 ． 1开采前的荷载 巷道开掘后即在巷道周边煤岩柱上产生 一 荷载 ，开采前煤柱的荷载为煤柱体上方覆 盖岩层的重量 P 。 P L p Wo Wp Wo r h 1 其平均应力 o - a 盯 a ， __ 1 Wp ／ L p 1 Wo ／ Wp ’ r h 。 L pwP L pW p 式中 P 一 煤柱总荷载 t Wp 一 煤柱宽度 m Wo 一 巷道宽度 m L D 一 煤柱长度 m h ～ 覆岩层厚度 m r一岩层容重 t ／ m 2 ． 1 ． 2 回采过程中产生的荷载 长壁后退工作面 回采时在工作面周围和 护巷煤柱上 ， 将产生支撑压力 ， 其值等于 P 2 K r h K 一 应力系数 ， 支承压力沿煤柱 体 壁 面附近最高 ， 深入到煤柱中心则减小 ， 其分布 规律见图 1 。 最大峰值 P z m a x 一 2 5 h r 煤柱的荷载即是开采前荷载与开采过程 的最大支承压力之和。 根据井下实际观测和研究结果表明其平 面波及范围达 6 0 m 一 1 5 0 m 。 由于回采过程中产生的荷载远大于开采 前的荷载， 所 以说 ， 支撑压力对煤柱的破坏及 布置在煤柱区域内的巷道破坏起主要作用。 要想保持煤柱内巷道 围岩不受破坏 ， 必 须保持护巷煤柱的稳定 ，煤柱的强度要大于 煤柱的荷载。 2 ． 2煤柱宽度的选择依据 由于煤柱 的强度 主要取决于 煤柱的宽 度 ， 合理选择煤柱宽度是保证煤柱强度 ， 保持 巷道围岩稳定的关键。 目前采用的护巷煤柱有窄煤柱和宽煤柱 两 种形式 。 根据 国内外有关井下实测资料及研究结 果表明 1 窄煤柱巷道位于 回采引起的支撑 压力峰值区附近，不仅在采动期间围岩变形 十分强烈 ， 而且在采动趋向稳定 ， 支撑压力衰 减期间围岩变形仍很大 ， 巷道维护十分困难 。 2 宽煤柱巷道在 回采强影响期间变形 比较 缓和， 且随采动影响的减弱 ， 支撑压力下降 ， 巷道围岩变形就趋向稳定， 巷道维护较容易。 2 _ 3宽煤柱护巷煤柱宽度的确定方法 宽煤柱护巷在我 国的实践研究较小 ， 没 有可供使用 的煤柱宽度计算方式 ，煤柱宽度 的确定 ，一般借鉴美国和英 国的经验公式计 算并与我们实地现场实践相结合。 美国阿什列 矿山检查员 公式 WP 0 ， 1 h 4 H 5 2 式中WP 一 边界煤柱宽度m H 一 煤柱 层 厚度 m h 一 上覆岩层厚度 采深 m 压力拱公式 Wp Wp a Wt ／ 2 3 Wp a 0 ． 1 5 H2 0 Wt ≤3 ， 4 wD a 一般取 3 ／ 4 式中 Wp a 一 最大压力拱最小宽度 Wt 一 多条巷道和间隔之煤柱总宽度 英国煤矿工作者经验公式 ／ ／ ／ ＼ ＼ ／ 一 A ／ 。 【 I ＼ ／ 、 I一 一 抡垮区 I I I 塑性 匿 图 I 『 1 桎 弛匡 I V 应力高弹性 区 Wp h ／ l O 1 5 4 3保护煤柱设计存在 的问题 及改进 东 海 煤 矿是 一 个 有 5 0多年开采历史 的老矿 ， 井深、 巷远 、 地压大。现开 采深度平均 9 0 0 m以上， 最 大开采深 度达 1 l O O m， 属 典型深井开采。巷道支护 极困难 ，由于特定条件所 限，我矿大部分主要巷道 均布置在煤层或距煤层较 近的岩层中 ， 而留设 的保护煤柱宽度较小 ， 一 般在 4 0 6 0 m。受采动压力影响较大 ， 巷道支 护虽采用了国内外先进 的高强度、高预应力 锚带网 锚索 喷砼等组合支护方式 ，但巷道 受采动压力影响破坏严重 ，胃顶片帮底鼓严 重。巷道需经多次维修支护 ， 维修量大， 费用 高每米维修费用平均达 1 5 0 0 2 0 0 0 元 ，每年 支出费用高达 4 0 0多万元 ， 且影响生产 、 威胁 安全 ， 严重影响企业健康发展 。 所以确定合理 的煤柱宽度是确保巷道稳减少费用降低成本 保证安全生产的一个重要途径。 我矿现采用的煤巷设计方法及 计算公 式 我矿井下巷道 采区上、 下山、 主运巷、 石 门留设保护煤柱采用依据和计算方法是我 国煤炭工业局制定的 建筑物 、 水体 、 铁路及 主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 之第 8 1 条一 9 0 条有关规定。 S 2 S 1 2 a 5 s 1 1 ／ H 2 ． 5 0 ． 6 M r 6 1 一V f 、 ～ 式中 s 一 煤柱总宽度； m s l 一 巷道保护煤柱的水平宽度 ； m a 一 受护斜巷， 巷道宽度的一半 ； m H 一 巷道的最大重深 ； m M一 煤厚 ； m f _ 煤的强度系数 ； f 0 ． 1 、 v ／ 1 0 R c R c 一 煤的单向抗压强度 ， M p a 存在的问题 采用岩层移动设计和公式 6 SI 计算的保护煤柱宽度值较小 随着采深 的加大 ， 支撑压力加大， 显现剧 烈 ， 波及范围广， 平面传播距离达 1 2 0 m以上 ， 向下传播距离达 6 0 m以上 。例如 五采区 3 2 层四段绞车道在标高一 6 4 0 m 一 6 9 0 m段 采 深 8 6 0 m一 9 1 0 m ， 距实际煤柱线达 8 0 m， 其采 动压力显现剧烈 ， 巷道 围岩变形量大， 破坏严 重 ， 出现 冒落 ， 片帮底鼓 ， 巷道变形量达 4 0 ％ 以上 ， 而煤柱宽度为 6 0 7 0 m的风道 ， 皮带道 和布置在底板岩层中的联络石 门车场 ， 距煤 层 1 4 4 0 m， 煤柱线 6 0 m 其破坏程度更为严 重 ，且巷道多处压垮 ，最大变形量达 7 0 ％以 上 ， 平均变形量 5 0 ％巷道修复工程量多 ， 难度 大 ，投资高 ，无法保证安全生产。在五采区 3 5 层巷道和六采区 3 2 层 的巷道等也出现 了同样状况 ， 严重制约安全生产。 建议改进计算方法 ， 确定合理煤柱宽度 通过现场实际状况反映出我矿现采用的煤柱 设计计算方法 ， 不符合现场实际状况需要 ， 留 设的煤柱宽度不够 ，没有使巷道布置在应力 变形的平稳区内，致使巷道承受了 K值加大 的支承压力 ， 变形量大 ， 无法保持 良好的状 中国新技术新产品 一 1 61 l 霍 盈 团圜圈 L U I L ． 1wu ．i u 。 a 电气设备接地装置问题分析 于泉海 黑龙江水运建设发展有限公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 0 1 工 业 技 术 摘要 在 电气设备接地保护 系统施 工中， 土壤特性对接地系统有很 大影响 ， 接地 电阻测量方法对接地电阻的测试结果也有影响， 结 合弱电机房和无线通讯设备的接地保护安装施工， 对电气设备接地保护技术进行分析探讨。电气设备接地装置 由接地体和接地线组 成。与土壤直接接触的金属体称为接地体 ； 连接 电气设备与接地体之间的导线减导体称为接地线。 关键词 电气设备 ； 接地装置； 运行； 维护 中图分类号 T U 9 6 3 文献标识码 A 概 述 在电力系统的安装使用过程中，因其电 流电压 的影响， 故安全事故很难避免， 所 以在 电气设备安装过程中，在充分考虑到接地系 统的正确安装，这样不仅可以保护 电气设备 本身免遭电流或雷电的损坏 ，也能有效 的保 护建筑物的安全性 ，在一定程度上也保护了 人身的安全。 现在随着建筑的高速发展， 以前 简单的接地方法 已无法满足当前调整发展的 建筑需求 ，如现在复杂的智能建筑和一些大 型的重要设备 ，在对这些进行接地系统安装 时就要充分考虑 到接地系统各方 面对电流 、 电阻的影响， 进行具体的数据分析， 选择正确 的安装办法。 1接地系统分类 1 ． 1 1 0 K V系统是没有零线的， 现在用的 是 O P G W 光纤复合架空地线。 1 ． 2 中性点直接接地成为大 电流接地 ， 中性点不接地或接大电阻接地称为小电流接 地 。 1 ． 3 低压接地系统分类主要有以下几种 I T 、 T F 、 T N 包括 T N C 、 T N S 、 T N C S 系统。 T N C系统的特点 P E N线兼有 N线和 P E的作用 ， 节省一根导线； 重复接地 ， 减小系 统的接地电阻； P E N线产生 电压降， 外露可导 电部分对地有电压 ； P E N线在系统 内传 导故 障电压 ； 过电流保护兼作接地故障保护。 存在 以下不安全因素 P E N线断线时外壳带 2 2 0 v 电压 ； 此系统不能使用 R C D保护 ； 不能使用 四极开关 ， 不能断 P E N线 ； P E N线有电流， 外 壳有电位， 使用场所要求三相负载均衡 ， 并有 熟练得维修技术人员。T N S系统的特点 P E 线和 N线分开， 非故障时无电流 ， 外露可导电 部分不带电压 ， 比较安全 ， 但多一根线 ； P E线 在系统 内传导故障电压。使用场所防电击要 求高、爆炸和有火灾危险的环境以及建筑物 装有大量信息技术设备。T N C S 电源进户 前节省了 P E线 ， 进户后 P E线、 N线分开 ， 系 统安全水平与 T N S系统相同。 1 T r 系统特点 外露可导电部分有独立的接地保护，不传导 故障电压 ； 有两个独立的接地体 ， 发生故障时 接地故障时接地故障电流较小 ，不能采用过 流保护兼作接地故障保护，而采用剩余电流 保护器 ； 因采用剩余电流保护器保护线路 ， 故 双电源 双变压变压器与柴油发 电机组 转换 时采用四极开关； 易产生工频过电压。 使用场 所 等电位连接有效范围外的户外用电场所、 城市公用用电、高压中性点经低压电阻接地 的变电所 。 2电气设备接地技术原则 2 ． 1在电气设备接地线安 装过程中 ， 要 严格按照国家标准 g b 1 4 0 5 0 { 系统接地的形式 及安全技术要求 进行保护接地。 安装过程中 的接地线只能用做保护设备和建筑的安全防 护 ， 不能用作其他用途。 2 ．2 同用途和不同电压的电气设备 ， 除 有特殊要求外， 一般应使用一个总的接地体 ， 按等电位连接要求， 应将建筑物金属构件、 金 属管道 输送易燃易爆物的金属管道除外 与 总接地体相连接。 2 - 3在总接地体 的安装过程 中，安装地 点应选择建筑物外 ， 不应设在建筑物内， 对接 地的线体有严格的电阻要求 ，以各种接地体 中的最小电阻为宜。 2 ．4有特殊要求的接地， 如弱电系统、 计 算机系统及 中压系统，为中性点直接接地或 经小电阻接地时， 应按有关专项规定执行。 3电气设备接地装置运行 3 ． 1接地装置的技术要求 3 ． 1 ． 1变 配 电所的接地装置 变 配 电所的接地装置的接地体应水平 敷设 ； 其接地体采用长度为 2 ． 5 m、 直径不小 于 1 2 m m的圆钢或厚度不小于 4 m m的角钢 ， 或厚度不小于 4 m m的钢管 ， 并用截面不小于 2 5 m m x 4 m m的扁钢相连为闭合环形 ，外缘各 角要做成弧形； 接地体应埋设在变 配 所墙 外 ， 距离不小于 3 m， 接地 网的埋设深度应超 过当地冻土层厚度 ，最小埋设深度不得小于 0 ． 6 m； 变 配 电所的主变压器其工作接地和 保护接地 ， 要分别与人工接地网连接 ； 避雷针 线 宜设独立的接地装置 。 3 ． 1 ．2易燃 易爆场所的电气设备 的保护 接地 易燃易爆场所 的电气设备机械设备 、 金 属管道和建筑物的金属结构均应接地 ，并在 管道接头处敷设跨接线 ；在 l k v 以下 中性点 接地线路 中， 当线路过电流保护为熔断器时 ， 其保护装置的动作安全系数不小于 4 ，为断 路器时， 动作安全系数不小于 2 ； 接地干线与 接地体的连接点不得少于 2 个 ，并在建筑物 两端分别与接地体相连。 在易燃易爆安装接地线体时，在测量电 阻时要在无爆炸危险的地方进行，以免因测 量时产生火花产生爆炸。 3 ． 1 - 3直流设备的接地 由于直流 电流的作用 ， 对金属腐蚀严重 ， 使接触电阻增大 ，因此在直流线路上装设接 地装置时， 必须认真考虑以下措施。 对直流设 备的接地 ， 不能利用 自然接地体作为 P E线或 重复接地的接地体和接地线． 且不能与 自然 接地体相连。 直流系统的人工接地体 ， 其厚度 不应小于 5 m m， 并要定期检查侵蚀情况 。 3 ． 1 ．4手持式、 移动式电气设备的接地 手持式、移动式电气设备的接地线应采 用软铜线， 其截面不小于 1 ．5 mln ， 以保证足够 的机械强度。接地线与电气设备或接地体 的 连接应采用螺栓或专用的夹具 ，以保证其接 触 良好 ， 并符合短路电流作用下动 、 热稳定要 求。 3 ． 2接地装置运行的检查 在接地装置安装运行中，要定期对接地 线进行检查和测试 ，检查接地装置在长期 的 外力破坏和腐蚀下是否损坏或断裂 ，测试接 地电阻是否随着土壤的变化而发生了改变 。 结论 为了保证 电气设备的正常稳定运行 ， 在 电气设备的接地系统设计施工中，除 了在理 论上要严格接地装置的安装外 ，还在考虑接 地装置在施工中的各种 自然因素及外力因素 对其的影响，根据不 同的情况分别情况安装 接地装置 ，以保证电气设备的接地装置的正 确性 ， 实现电气设备的安全运转。 对待特殊环 境 下运行 的电气设备要采取特殊的接地措 施 ， 实现设备的安全运行。 参考文献 『 1 1 胡铭 ， 陈珩． 电 气设备 及 其接 地 装 置 的运行 维护 探讨 Ⅲ． 电 网技 术 ， 2 0 0 4 ， f 4 1 6 3 ． 【 2 1 吕雅琴． 电气设备接地装置及 其运行 维护 f J 1 _ 职业技 术 ， 2 0 0 5 ， 7 7 9 ． [ 3 ] 章艺， 孙悦． 电能质量的分析与测量I J 1 ． 测控 技 术 ， 2 0 0 6 ， 8 4 6 ． I 4 1 肖湘宁， 徐永海． 电气设备接地装置问题剖 析f J 1 ． 电网技术， 2 0 0 1 ， 3 7 3 ． 【 5 】 姜祥生， 江洪业． 电气设备接地装置及其运 行维护 江苏电机 工程 ， 2 0 0 6 ， 5 2 0 1 ． 态。 为此 ， 应采用符合现场实际条件的保护煤 柱计算方法和公式， 确定合理的煤柱宽度。 建议采用公式 2 3 4 之一公式计算 保护煤柱宽度。 示例 以五采区 3 2 层采区下山为例， 取 采深 8 0 0 m和 l O 0 0 m， 煤层厚度 1 ． 7 m 。 使用公式 3 一 1 6 2 一 中国新技术新产品 WP 0 ． 1 h 4 H 5 0 ． 1 8 0 0 1 0 0 0 4 x 1 ． 7 5 9 2 1 1 2 m 以上计算方法计算结果所得的煤柱宽度 和现场实践保证巷道稳定所需煤柱宽度相吻 合 ，且由于宽煤柱在采区报废时可以有计划 的进行回收， 故对资源回收率不造成影响。 所 以采用以上方法计算保护煤柱的宽度 ，以确 定合理可靠的煤柱宽度， 达到有效支护巷道， 保持巷道稳定的要求。 参考文献 [ 1 】 昊长春． 浅析煤矿开采系统 中的机械化 『 J 1 ． 黑龙江科技信息， 2 0 0 8 0 4 2 5 ． 【 2 1 康志红． 浅谈煤矿开采沉 陷区的综合治理 措施Ⅲ． 中国管理信息化 ， 2 0 1 1 - 0 9 0 1 ．