霍宝干河煤矿边角煤开采可行性研究及试行方案的报告霍宝干河煤矿有限公司二〇一二年七月边角煤开采方案根据集团公司关于边角煤开采推进会工作安排要求，我们通过对中煤东坡煤矿及神华布尔塔煤矿的考察，结合我们干河煤矿实际情况，在一采区各工作面开采过程中，由于受构造及村庄等影响，形成的边角煤、块段煤较多，为了合理开采边角煤、块段煤，就开采方案汇报如下：一、边角煤连采目的、意义及条件、：1、开采的目的和意义：①首先由于机械化采煤水平的不断提高，构造影响及其他条件影响形成的边角煤、块段煤不断增加；其次干河矿2#煤对霍州煤电属资源稀缺煤种，必须精采细采，提高资源回收率，保证配洗需要；其三现在开采可利用现有采区系统，一起把采区内的煤回采结束，不需二次配套系统。

②为下一步村庄下开采探求路径。

③为快速掘进、提高万吨掘进率寻求技术支撑。

2、边角煤连采必须具备三个条件：①开采范围内瓦斯为低瓦斯煤层。

②开采范围没有水的影响，水文条件较好。

③煤层顶板条件完整。

二、霍宝干河煤矿概况：干河矿井设计生产能力：210万T/a。

矿井与2010年3月份投产，现主要开采一采区2#煤层，一采区右翼2-106已回采完毕，一采区左翼已回采完毕2-101、2-100两个工作面，2-103工作面正在回采，预计2012年9月份结束，衔接2-112工作面。

从已开采的工作面采集的资料来看煤层结构相对简单，煤层平均厚度4m，煤层夹矸0.2m左右，煤层结构简单，煤层倾角3-8°，直接顶为泥岩，泥质结构疏松,易风化,层理发育，基本顶为K8中砂岩，坚硬密实,裂隙不发育。

期间由于受断层及保安煤柱影响，在采区内留有多块段边角煤。

根据已开采的工作面情况，2-101工作面最大涌水量100m2/h，正常涌水量50m2/h，2-106工作面最大涌水量20m2/h，正常涌水量10m2/h，2-100工作面最大涌水量10m2/h，正常涌水量5m2/h，从已开采的工作面涌水情况分析开采是安全的。

干河矿一采区2#煤层属低瓦斯煤层，根据《2011年瓦斯基础参数测定报告》批复为低瓦斯煤层，瓦斯绝对涌出量为2.99，相对涌出量为0.53，煤层自燃倾向性属Ⅱ级自燃煤层，煤尘爆炸指数为32.77~37.50%，具有爆炸性。

可采用连采机开采。

三、河矿一采区各类影响压煤情况：总计1245.6万吨。

1、干村庄压煤总量：927万吨，其中2-103外部受村庄影响，压煤量70万吨，2-112工作面外部影响压煤160量万吨，一采区左翼村庄压煤量697万吨。

2、区段煤、块段煤压煤总量：318.6万吨，见下表。

四、上马连采机实施步骤：1、首先解决边角煤、块段煤、构造影响压煤，不考虑村庄等压煤，村庄下开采待边角煤开采成功后，还需请科研院所研究制定开采方案。

2、实验成功后根据现场条件全面铺开，并为全局推广提供技术保障。

五、边角煤开采工作面确定：根据干河矿现状，连采工作面确定在2-112受F15断层影响5号块段试采。

根据我们考察得知，旺格维利短壁式采煤法在东坡煤矿开采回收率大概为53%左右，而且相对工艺简单、通风及巷道布置比较合理，相对于边角煤、构造压煤及村庄下压煤比较适应。

六、边角煤短壁开采暂定方案：1、干河煤矿2-112外段煤层赋存条件：煤层倾角在2-6°之间，属于近水平煤层，煤层为1、2#煤合并层，厚度4米。

①顶底板条件：直接顶为砂质泥岩：厚度6.35m，夹细粒砂岩条带，下部见较丰富的植物茎化石碎片。

直接底为粉砂岩厚度2-3.5m，顶部见少量植物化石碎片。

基本底为泥岩:厚度2-10m，厚层状，均匀层理，松软。

②瓦斯情况：该区段2#煤层属低瓦斯煤层，短壁连采范围预计瓦斯绝对涌出量为0.5-1.0m /min,为低沼气煤层，煤层自燃倾向性属Ⅱ级自燃煤层，煤尘爆炸指数为32.77-37.50%，具有爆炸性。

③涌水情况：根据已采工作面回采时涌水量情况，回采时出水水源主要为顶、底板水。

因此，本工作面预计正常涌水量按5m3/h —10m3/h 设防，最大涌水量按30m3/h设防。

2、开采方案：利用原2-1122巷双巷布置准备巷道，在原2-1122巷道左侧20米处再施工一条巷道作为回风巷道，原1122巷作为进风巷，每50米布置一条联巷，隔165米施工两条支巷，支巷间距20米，在主运巷后部再以204°方位角掘送两条主运巷，每间隔20米掘送支巷，主要推采外部不规则三角区部分，村庄煤柱预留，采用双翼对拉旺格维利巷道布置，每采3-5个支巷留设一段10米煤柱，采硐长度9米（回采时根据顶板变化情况及时调整）。

3、巷道断面与支护：准备巷道、工作面支巷均采用锚网梁锚索联合支护，巷道宽度为满足连采机与锚杆钻车的同步施工要求（连采机宽度（3300mm、钻车宽度3400mm），设计断面为宽×高=5400×4000mm 可满足要求（连采机和钻车掘进时交替在工作面作业、避车在联巷内），顶板支护采用Φ25×2500mm金属高强锚杆，每排7根，排间距800×850mm，顶板铺设钢筋网，每排施工3根Ф17.8×8300mm锚索，排间距3200×1700mm，帮锚杆采用Φ20×2000mm金属高强锚杆，每排5根，排间距800×870mm，帮部铺设树脂纤维网，在支巷端头配套两架履带式行走支架，对三角区进行支撑。

4、开采方式：采取后退式开采方式，，先里后外，先左后右交替进刀顺序，每刀煤之间留设1.2米煤柱，采取煤柱支撑法管理顶板。

回采完毕后及时对采面进行密闭处理。

5、通风方式：主运巷采取全负压通风，掘面和采面采取局部通风机通风，局扇安装在主运巷外30米范围内。

煤柱宽度计算6、煤柱宽度计算：在短壁采煤工艺中，留设的煤柱主要包括支巷隔离煤柱、主运巷护巷煤柱、相邻采硐间煤柱及大巷护巷煤柱。

在不同的煤层赋存地质条件和不同的顶板管理方式下，鉴于各种煤柱所起作用不同，对煤柱尺寸和支撑能力要求也完全不同。

根据回采工作要求，回采工艺的顶板控制分为煤柱支撑顶板和顶板自行垮落2种方式，垮落法管理顶板可减轻条形煤柱的支承压力，而支撑顶板则要求煤柱具有一定的支撑能力，保障回采期间顶板安全。

因此对煤柱的留设需进行详细计算和分析。

（1）煤柱设计理论目前主要有两种用于煤柱设计的理论，一种是极限强度理论，另一种是逐步破坏理论。

①极限强度理论极限强度理论认为：如果作用载荷达到煤柱的极限强度时，煤柱的承载能力降低到零，煤柱就会破坏。

即煤柱的破坏准则为：zl F σσ≤⋅ （2-1）式中 σ—作用在煤柱上的应力；F —安全系数；在大面积开采水平煤层的情况下，当煤柱的形状都相同时，每个煤柱将均匀地承受煤柱上方及煤柱周围1/2跨度范围内的巷道上方上覆岩层的重量。

煤房宽度为W0，对一个长度为Lp ，宽度为Wp 的煤柱，煤柱上的平均载荷为：v p p h p p p p L W W W h L W L W W W σγσ)1)(1())((0000++=∙∙++= （2-2）式中：v σ—深度为h 的地层处开采前的原岩应力，MPa ；h γ—顶板岩层的平均容重，N/m2。

用R 表示开采比，即采出面积与煤层原有总面积之比，则：v R σσ-=11 （2-3）在计算煤柱极限宽度时，并考虑应力集中现象产生的应力增量系数k ，代入得：p p k F R σσ∙∙∙-=11 （2-4）② 逐步强度理论由于巷道两侧的煤体中有应力集中，结果在煤柱中形成了两个区域：一个是在煤柱周边的塑性区，另一个是在煤柱中心部分被塑性区所包围相对来说未受扰动的柱核区。

在塑性区，煤柱遭到不同程度的破坏及产生一定的流变，但由于塑性区的约束和支承压力区较高的侧压力作用，提高了柱核区的强度，从而使煤柱核区基本上处于弹性变形状态，如图所示。

煤柱屈服区及其弹性核区A.H威尔逊通过大量的实验得出了屈服区宽度Y与采深H和采厚M 之间的关系为：=（2-5）MH.0Y00492有核区煤柱的最小宽度采用下式计算：=（2-6）kYa2式中，k—为安全系数，一般取1.2～1.4；工作面各类煤柱计算（2）大巷护巷煤柱该短壁工作面西东侧采区大巷范围内要求顶板不垮落，因此条形煤柱（房间煤柱）必须有稳定的核区存在，因此采用逐步破坏理论计算条形煤柱最小宽度。

依据工作面情况，埋深H按最深点450m计算，煤的比重γ取1.45t/m3，煤层开采厚度H取4.2m，安全系数k取1.4。

将上述数据代入公式（2-5）得，Y =9.3m。

将Y带入公式（2-6）得，a =26m，取30m。

（3）相邻采硐间最小煤柱宽度计算相邻采硐间的煤柱不作为永久性支撑煤柱，按无核区煤柱考虑，但要求煤柱能够支撑采硐上部直接顶的重量，以保证连采机在开采过程中直接顶不垮落。

根据顶板和煤柱作用关系，可以简化假设为上覆条形区域顶板为梁结构，其对煤柱的作用力为均布载荷，煤柱则可视为一系列可动铰支座来支撑上位岩梁。

即假设为刀间煤柱-顶板的“连续梁”模型，模型简化过程如图所示。

图2-3 “连续梁”结构煤柱支撑力示意图依据该工作面情况，采硐宽度取 3.3m，煤块单向抗压强度取c 为18.4MPa，煤层开采厚度为4.2m，通过模拟得出，在相邻采硐间煤柱为0.8m时可以支撑上部直接顶的重量，我们采取保守数值：即同支巷相邻采硐间的煤柱宽度留设为1.2m。

（4）支巷间煤柱尺寸计算短壁工作面要求顶板不垮落，因此护巷煤柱为永久煤柱，需按有核区煤柱考虑，通过上述分析计算，煤柱最小宽度取10m。

七、设备配备：根据我们考察掌握的信息，在矿井使用的设备中，太原煤科院的连采机及配套系统相对比较成熟，能够满足矿井的生产要求，通过和三一重工及上海创立的设备对比，建议使用太原煤科院的设备，预计配备装备如下表：设备配备表八、短壁开采工艺：1）工作面掘进工艺：设备布置完毕后，由连采机、间断运输系统组成快速掘进系统、配备四臂锚杆钻机用锚杆支护，连采机掘进与锚杆机支护交替作业。

即连采机在支巷掘进一个循环，然后退出连采机，锚杆机进行支护，待锚杆机支护完毕后，连采机和间断运输系统再进行支巷掘进。

2）工作面回采工艺：两台行走支架配合连续采煤机采用双翼斜切进刀后退式采煤法进行煤炭开采。

采硐与支巷呈45°角。

采硐尺寸为：长×宽×高=9m×3.3m×4m。

区段内支巷回采顺序为：由里向外后退式交错回采两翼。

支巷内回采顺序为：由支巷迎头向支巷开口位置后退式回采。

3）顶板管理：①为便于连续采煤机进刀回采及顶板控制，每相邻两个采硐间留设1～1.2m煤墙，各支巷口留设10m护巷保护煤柱。

支巷内每3~5个采硐留设5m宽煤柱，支巷内左右两侧5m宽煤柱平行布置。

②在工作面正常回采过程中采用两台型履带行走式液压支架支护顶板。