項(xiàng)目名稱(chēng): 高瓦斯礦區(qū)千萬(wàn)噸級(jí)礦井建設(shè)

申報(bào)單位: 山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司

主要完成人：袁宗本  朱曉明  蘇清政   賀天才  文士華

高玉斌  姜鐵明  閆振東  郝海金 董文敏 陳漢英  常新富  陳緒正  楊倉(cāng)勛 韓邦樞 王俊杰  普為東  呂延廷  宋紅剛 馬洪禮 王江璽

主要完成單位: 山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司

專(zhuān)業(yè)（學(xué)科）分類(lèi)名稱(chēng)代碼: 大型工程

所屬?lài)?guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè): B類(lèi)型

項(xiàng)目起止時(shí)間：1997年1月-2004 年 12 月

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：高瓦斯礦區(qū)千萬(wàn)噸級(jí)礦井建設(shè)屬于大型工程類(lèi)領(lǐng)域。寺河礦是國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)的“九五”時(shí)期國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。

寺河礦井屬高瓦斯礦井，根據(jù)煤科總院重慶分院測(cè)定，東區(qū)3#煤層瓦斯含量為6.88~11.28 m³/t，平均為9.03 m³/t；西區(qū)3#煤層的瓦斯含量為15.04~19.52m³/t,平均為16.6m³/t。北區(qū)煤層瓦斯含量約為28.7m³/t,2004年礦井瓦斯測(cè)定絕對(duì)瓦斯涌出量為386m³/min，相對(duì)瓦斯涌出量為25.28m³/t。

井田可采煤層為3層，總厚度10.32m，其中，主采煤層3號(hào)煤厚度平均6.2m。煤種為低硫、低中灰、高發(fā)熱量、高機(jī)械強(qiáng)度的無(wú)煙煤，為優(yōu)質(zhì)化工原料和動(dòng)力用煤。

根據(jù)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，認(rèn)為在高瓦斯礦區(qū)要建設(shè)千萬(wàn)噸級(jí)礦井，必須解決的主要技術(shù)難題有：1)瓦斯治理問(wèn)題；2)如何實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效問(wèn)題；3)快速掘進(jìn)問(wèn)題；4)大斷面巷道支護(hù)問(wèn)題； 5)主、輔運(yùn)輸問(wèn)題；6)洗煤?jiǎn)栴}、外運(yùn)問(wèn)題。

該項(xiàng)目主要是根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和生產(chǎn)技術(shù)水平，在引進(jìn)和吸收國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的同時(shí)，研究和開(kāi)發(fā)了適合寺河礦地質(zhì)條件的巷道快速掘進(jìn)和支護(hù)工藝、高效的大采高回采工藝、雙系統(tǒng)瓦斯抽放技術(shù)、工作面快速搬家工藝以及無(wú)軌膠輪車(chē)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)和長(zhǎng)距離(7km)皮帶輸技術(shù)送等工藝技術(shù)，在高瓦斯礦區(qū)實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效和安全生產(chǎn)，使礦井的原煤生產(chǎn)達(dá)到了千萬(wàn)噸水平。

立項(xiàng)背景：寺河礦是國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)的“九五”時(shí)期國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是《煤炭工業(yè)“九五”計(jì)劃和2010年遠(yuǎn)景目標(biāo)》重點(diǎn)建設(shè)的八大礦區(qū)之一，也是晉城煤業(yè)集團(tuán)一座新建的特大型現(xiàn)代化礦井。

寺河礦井屬高瓦斯礦井，根據(jù)煤科總院重慶分院測(cè)定，東區(qū)3#煤層瓦斯含量為6.88~11.28 m³/t，平均為9.03 m³/t；西區(qū)3#煤層的瓦斯含量為15.04~19.52m³/t,平均為16.6m³/t。北區(qū)煤層瓦斯含量約為28.7m³/t,2004年礦井瓦斯測(cè)定絕對(duì)瓦斯涌出量為386m³/min，相對(duì)瓦斯涌出量為25.28m³/t。

從新老礦井接替、市場(chǎng)需求及礦井的高產(chǎn)高效考慮，寺河礦的產(chǎn)量必須有一個(gè)大幅度的提高。同時(shí)，隨著采礦技術(shù)的發(fā)展，采掘運(yùn)設(shè)備的大功率和高可靠性，也為礦井大型化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但按照過(guò)去的井田劃分，寺河礦井的年產(chǎn)量不可能達(dá)到千萬(wàn)噸，否則礦井服務(wù)年限太短，所以，寺河礦的建設(shè)采取多井田聯(lián)合開(kāi)發(fā)的建設(shè)模式。

1996年開(kāi)始建設(shè)時(shí)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有千萬(wàn)噸級(jí)礦井，特別是在高瓦斯礦區(qū)更上沒(méi)有。工作面最大的截割高度為4.5m?；夭晒ぷ髅娴哪暝寒a(chǎn)量在400萬(wàn)噸以下，工作掘進(jìn)工作進(jìn)尺在1000m以下。礦井瓦斯主要以井下抽放為主，抽放量多在１億m³以下，抽出的瓦斯主要是作為民為燃料加以利用。

根據(jù)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，認(rèn)為在高瓦斯礦區(qū)要建設(shè)千萬(wàn)噸級(jí)礦井，必須解決的主要技術(shù)難題有：1)瓦斯治理問(wèn)題；2)如何實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效問(wèn)題；3)快速掘進(jìn)問(wèn)題；4)大斷面巷道支護(hù)問(wèn)題； 5)主、輔運(yùn)輸問(wèn)題。

總體思路：１．高瓦斯礦區(qū)要實(shí)現(xiàn)礦井的高產(chǎn)高效，必須首先解決瓦斯問(wèn)題，擬采取的主要技術(shù)措施有：地面的鉆孔瓦斯預(yù)抽、井下長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽相結(jié)合，盡量降低煤層瓦斯含量，為礦井高產(chǎn)高效提供條件。

２．提高掘進(jìn)工作面掘進(jìn)速度，確保采掘正常銜接，擬采取的措施為引進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)及其配套設(shè)備，加快掘進(jìn)速度。同時(shí)要根據(jù)寺河礦的特點(diǎn)，優(yōu)化掘進(jìn)工藝，并在消化進(jìn)口設(shè)備的基礎(chǔ)上，爭(zhēng)取開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)化的掘進(jìn)配套設(shè)備和掘進(jìn)工藝。確保單機(jī)月掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到1500m。

３．大幅度提高工作單產(chǎn)和回采工效。擬采取的措施為引進(jìn)大采高設(shè)備和技術(shù)，加大工作面采高，初步試驗(yàn)時(shí)，采高達(dá)到5.2－5.5m，試驗(yàn)成功后，采高達(dá)到6.2m。在此過(guò)程中，要加大對(duì)大采高工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的研究，為液壓支架的國(guó)產(chǎn)化奠定基礎(chǔ)。確?；夭晒ぷ髅婺戤a(chǎn)原煤達(dá)到700萬(wàn)噸。

４．加大回采工作面通風(fēng)量，確保工作面瓦斯不超限。擬采用三進(jìn)兩回偏Y型通風(fēng)方式，加大工作面通風(fēng)量。

５．大斷面煤巷順槽支護(hù)問(wèn)題，擬采用煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)來(lái)解決。擬采用動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法，運(yùn)用次生承載層、組合支護(hù)體系理論來(lái)研究寺河礦的錨桿支護(hù)，以求支護(hù)體系經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。確保簡(jiǎn)化回采工作面端頭支護(hù)，加快工作面的推進(jìn)速度。

６．輔助運(yùn)輸問(wèn)題。由于寺河礦井盤(pán)區(qū)距離遠(yuǎn)，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，為滿(mǎn)足設(shè)備快速運(yùn)輸與安裝，以減少搬家停工時(shí)間，擬選用防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的無(wú)軌膠輪車(chē)作為輔助運(yùn)輸?shù)墓ぞ摺?

７．為了盡量減少回采工作面的搬家和安裝時(shí)間，擬采取提前掘切眼尾巷和回撤通道的方法，確保回采面搬家時(shí)間控制在15天之內(nèi)。

技術(shù)方案：１.寺河礦大采高一次采全厚采煤工藝研究

目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)采緩傾斜厚煤層有分層開(kāi)采、放頂煤開(kāi)采和大采高開(kāi)采三種方法。近幾年來(lái)，隨著開(kāi)采技術(shù)的不斷進(jìn)步，大采高采煤方法以其生產(chǎn)能力大、安全程度高和經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)逐漸顯示出其強(qiáng)大的生命力，成為厚煤層開(kāi)采技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。

實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效礦井的一井一面或一井二面模式，就必須提高采煤工作面的單產(chǎn)，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，寺河礦根據(jù)礦井地質(zhì)條件，借鑒神東公司長(zhǎng)壁工作面大采高開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，決定采用大采高一次采全厚開(kāi)采方法。

寺河礦大采高一次采厚工作面的主要設(shè)備全部引進(jìn)，并在開(kāi)采工藝和設(shè)備方面進(jìn)行了一系列改革和技術(shù)開(kāi)發(fā)，形成了生產(chǎn)能力大、自動(dòng)化程度高、安全可靠和工效高的成套綜采設(shè)備，使一次采全高工作面高產(chǎn)高效成為可能。

1.1 大采高工作面支架?chē)鷰r關(guān)系的研究，為了了解大采高綜采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，集團(tuán)公司曾多次派有關(guān)單位到使用大采高綜采技術(shù)的礦區(qū)進(jìn)行調(diào)研和收集資料，并且在2000年與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和太原理工大學(xué)合作，對(duì)寺河礦3號(hào)煤層的頂?shù)装逦锢砹W(xué)性質(zhì)進(jìn)行了取樣和參數(shù)測(cè)定，同時(shí)運(yùn)用大比例相似材料平面和三維模型及計(jì)算機(jī)數(shù)值分析方法研究了不同采高條件下工作面礦壓顯現(xiàn)的特點(diǎn)，并對(duì)不同傾角時(shí)的工作面支架受力進(jìn)行了分析，用于指導(dǎo)工作面設(shè)備，特別是液壓支架的選型。

研究表明：在我國(guó)目前的大采高（采高5.5m左右）開(kāi)采條件下，形成基本頂穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的位置一般在煤層以上2~3M（M為采高）處或更高的層位。因此11.2M以下的直接頂巖層可視為不規(guī)則冒落帶；1~1.2M至2~3M之間的直接頂巖層為規(guī)則冒落帶，并且在其上部可能形成比較穩(wěn)定的平衡結(jié)構(gòu)。

大量的研究和現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)表明：通常情況下，基本頂是超前工作面斷裂，由于剛斷裂的巖塊受到煤壁支承的影響，開(kāi)始時(shí)回轉(zhuǎn)角較小?；卷攷r梁超前斷裂后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受力狀態(tài)及支承壓力分布對(duì)于采場(chǎng)礦壓控制具有非常重要的意義。為了保持平衡，斷裂后的基本頂要實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)的時(shí)間和角度的大小與直接頂巖性及其損傷程度、支架的工作阻力等有關(guān)。

基本頂巖塊回轉(zhuǎn)形成的給定變形主要與采空區(qū)處理方法及采高有關(guān)，而回采工作面頂板下沉量是由基本頂、直接頂和支架耦合作用的結(jié)果，這種作用的結(jié)果使直接頂產(chǎn)生了多次損傷。工作面支架載荷主要與直接頂?shù)膿p傷特性有關(guān)。地質(zhì)及生產(chǎn)條件類(lèi)似的情況下，損傷后的直接頂轉(zhuǎn)壓效果好，支架載荷就大，否則就較小。在直接頂特性，特別是損傷特性已知的情況下，可以根據(jù)其應(yīng)變確定出應(yīng)力的分布，研究直接頂與上位巖體力的作用，這一關(guān)系是工作面空間“來(lái)壓”與支架?chē)鷰r關(guān)系的內(nèi)在決定因素。

隨著采高的增大，支架的最大工作載荷也在增加，但不是呈線(xiàn)性增加。考慮直接頂損傷特性及基本頂給定變形壓力時(shí)可用來(lái)計(jì)算支架的最大載荷。用該式計(jì)算得到的支架最大載荷值要小于按6倍采高巖柱重計(jì)算得到的值，并且更加接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀(guān)測(cè)到的支架載荷。同時(shí)，研究表明，隨著采高的更一步增大，支架載荷增高的趨勢(shì)有減緩的現(xiàn)象。直接頂重量和給定變形壓力隨采高的變化情況見(jiàn)圖1所示。

 

曲線(xiàn)1為給定變形壓力與采高的關(guān)系；曲線(xiàn)2為直接頂重量與采高的關(guān)系

圖1  直接頂重量和給定變形壓力隨采高變化

隨著采高的增加，直接頂重量增加的幅度要大于給定變形壓力增加的幅度。也就是說(shuō)，隨著采高的增加，直接頂重量在支架載荷中所占的比例上升，同時(shí)，由于直接頂厚度的增加，基本頂對(duì)支架的影響減少，由給定變形所產(chǎn)生的載荷減少， 進(jìn)一步證明了工作面支架載荷并不會(huì)隨著采高的增大而呈線(xiàn)性增加，這為大采高工作面支架選型奠定了理論基礎(chǔ)。

1.2 大采高工作面的地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件，首采工作面走向長(zhǎng)1660m，傾斜長(zhǎng)220m，煤層平均厚度6.10m。工作面回采巷道采用“三進(jìn)兩回”布置方式。設(shè)計(jì)采高5.0m，實(shí)際采高5.5m,機(jī)頭、機(jī)尾15m隨巷道頂?shù)灼椒€(wěn)過(guò)渡，循環(huán)方式為多循環(huán)。該工作面最大蓋山厚度494m，最小蓋山厚度208m，平均蓋山厚度351m。

首采工作面開(kāi)采3^#煤層，煤層以黑色亮煤為主，煤層厚度5.75~6.90m，平均6.20m；煤層傾角0~5.0⁰，平均3.0⁰。底板向上1.4m處有一層較穩(wěn)定的粉砂質(zhì)泥巖夾矸，厚度0.1~1.1m，平均0.2m。煤層節(jié)理、裂隙較發(fā)育。其煤層和頂?shù)装鍘r性特征見(jiàn)表1。

表1         煤層和頂?shù)装鍘r性特征

工作面總體呈一背、向斜構(gòu)造；背斜軸部位于停采線(xiàn)附近，向斜軸部位于工作面中部。工作面東高西低，相對(duì)高差3m左右。工作面水文情況簡(jiǎn)單，涌水來(lái)源主要為頂板砂巖裂隙水。

1.3 工作面設(shè)備選型，從高產(chǎn)高效，一井一面，集中生產(chǎn)的綜采發(fā)展新趨勢(shì)要求出發(fā)，必須增大工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，加大截深，選用能切割硬煤的特大功率采煤機(jī)組，提高割煤速度，相應(yīng)地提高液壓支架的移架速度，與大運(yùn)量、高強(qiáng)度的工作面運(yùn)輸機(jī)的相匹配，順槽也必須采用長(zhǎng)距離大運(yùn)量的膠帶輸運(yùn)機(jī)。從設(shè)備技術(shù)性能要求出發(fā)，所選綜采機(jī)械設(shè)備必須是技術(shù)上先進(jìn)，性能優(yōu)良，可靠性高，以保證綜采設(shè)備的開(kāi)機(jī)率，同時(shí)各設(shè)備間要相互配套性好，保持采運(yùn)平衡，最大限度地發(fā)揮綜采優(yōu)勢(shì)。

1）采煤機(jī)

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，國(guó)外高產(chǎn)高效工作面開(kāi)機(jī)率一般在70%以上，最高達(dá)95%。國(guó)內(nèi)高產(chǎn)高效面先進(jìn)水平一般在40~45%，引進(jìn)國(guó)外設(shè)備按比國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平有所提高。 

按照計(jì)算，采煤機(jī)的實(shí)際截煤速度應(yīng)達(dá)到6~7 m/min,空載時(shí)要求其速度不小于12 m/min，以減少輔助工作時(shí)間。國(guó)外雙高工作面的采煤機(jī)實(shí)際截煤速度普遍在8 m/min以上，最高達(dá)13 m/min。最大牽引速度已達(dá)31.8 m/min。因此，厚煤層大采高采煤機(jī)總功率一般應(yīng)在1700~1800 kW 。

寺河礦區(qū)煤質(zhì)較硬，普氏硬度f=1.8~2左右，有煤層構(gòu)造。工作面超前壓力顯現(xiàn)較明顯，在采煤過(guò)程中易出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。通過(guò)選型計(jì)算，結(jié)合工作面地質(zhì)情況，選用德國(guó)艾柯夫公司的Sl500型交流電牽引采煤機(jī)，裝備了強(qiáng)大的截割功率，牽引速度快并具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，可保證在厚煤層和堅(jiān)硬截割條件下的安全使用。機(jī)身三段間采用高強(qiáng)度液壓螺栓連接，截割電機(jī)橫向布置；整機(jī)采用十六位微機(jī)MICOS68控制，具有狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷功能，并裝備了自動(dòng)化功能：（1）采煤機(jī)在有人控制下截割一刀后，其后的截割就可以進(jìn)行無(wú)人操作；（2）限量控制臥底和采高，幫助操作人員作業(yè)。采煤機(jī)通過(guò)先導(dǎo)控制線(xiàn)或數(shù)據(jù)線(xiàn)可與順槽主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?。采煤機(jī)的具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2 。

表2     SL500采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

2）工作面可彎曲刮板輸送機(jī)

工作面刮板輸送機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)保證采煤機(jī)落煤能被及時(shí)全部運(yùn)出，并留有一定備用能力。運(yùn)輸機(jī)的鋪設(shè)長(zhǎng)度和裝機(jī)功率應(yīng)依照工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和采煤機(jī)參數(shù)確定

初步計(jì)算，功率應(yīng)在1200kW以上，結(jié)構(gòu)應(yīng)堅(jiān)固耐用，機(jī)頭結(jié)構(gòu)為交叉?zhèn)刃妒?，?qū)動(dòng)裝置垂直布置，中部槽為整件鑄造槽幫，封底結(jié)構(gòu)，雙中鏈，鏈條不小于2×Φ34mm，機(jī)尾可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)張緊鏈條，軟啟動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，電腦控制。最終選擇DBT公司PF4/1132工作面刮板輸送機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3    工作面PF₄1132刮板輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3）轉(zhuǎn)載機(jī)與破碎機(jī)

轉(zhuǎn)載機(jī)應(yīng)具有高強(qiáng)度，皮帶機(jī)尾能夠整體自移。選擇參數(shù)以工作面運(yùn)輸機(jī)額定運(yùn)量乘1.1環(huán)節(jié)系數(shù)確定，額定運(yùn)輸能力2750 t/h，因此選擇DBT公司PF4/1332轉(zhuǎn)載機(jī)，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4：

破碎機(jī)通過(guò)能力應(yīng)確保工作面刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)煤流的及時(shí)通過(guò)，應(yīng)不小于1.2×2500=3000t/h，另外根據(jù)晉城煤作為煤化工原料要求，塊率要高，因此選用滾筒形式為截齒式，要求截齒（座）強(qiáng)度高、數(shù)量少，以減少塊率損失，懸垂高度可調(diào)節(jié)，溜槽底板應(yīng)具有足夠強(qiáng)度。根據(jù)這些需求，選擇DBT公司的WB1418破碎機(jī)，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表5：

表5 破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

破碎機(jī)帶有濕式除塵裝置，由22kW液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸向通風(fēng)機(jī) ，可實(shí)現(xiàn)程序控制，起動(dòng)破碎機(jī)前先開(kāi)起集塵裝置，保證集塵效果。

4）液壓支架的選擇

液壓支架是綜采工作面最重要的設(shè)備之一，從目前世界先進(jìn)采煤國(guó)家長(zhǎng)壁工作面中的液壓支架看，液壓支架基本以掩護(hù)式為主，約占全部架型的96%，且有向兩柱式發(fā)展的明顯趨勢(shì)。多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，高工作阻力的兩柱掩護(hù)式支架適應(yīng)頂板中等穩(wěn)定的長(zhǎng)壁工作面。寺河礦井煤層賦存條件及頂?shù)装鍡l件與美國(guó)相類(lèi)似，借鑒國(guó)外高產(chǎn)高效工作面生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)架型選擇要求，工作面液壓支架采用掩護(hù)式。最大高度H_max=h_max+S₁=5.2+0.3=5.5m；最小高度：H_min≤h_min- S₂-a-b=2900-200-50-50=2.6m

根據(jù)計(jì)算確定液壓支架的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表6：

表6掩護(hù)式壓支架技術(shù)參數(shù)           

 DBT-shield255/550-2×ST₂-4319

首采工作面共設(shè)計(jì)配套了130個(gè)支架，其中端頭架、過(guò)渡架共15架，支承高度2. 25~4.5m；中間架115架，支承高度2.55~5.5m；每個(gè)支架由一個(gè)帶微處理器的PM4和若干傳感器組成。每8個(gè)PM4提供一個(gè)電源，順槽安裝有一個(gè)主PM4服務(wù)器和一個(gè)Windows操作界面的主計(jì)算機(jī)MCU，通過(guò)快速插頭連接線(xiàn)組成整個(gè)工作面PM4電液控制系統(tǒng)。

5)乳化液泵的選型及液箱配置  

乳化液泵的壓力要滿(mǎn)足初撐力和千斤頂所需最大推力的要求，流量要滿(mǎn)足每架（組）在移動(dòng)循環(huán)中所需的動(dòng)作的立柱和千斤頂?shù)淖畲罅髁浚瑫r(shí)要滿(mǎn)足支架追機(jī)速度要求。控制方面要求隨支架載荷變化，根據(jù)系統(tǒng)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)啟泵的臺(tái)數(shù)，能根據(jù)對(duì)液位自動(dòng)控制補(bǔ)水，具有乳化液自動(dòng)配液裝置，并對(duì)乳化液出口壓力、泵潤(rùn)滑油壓力進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)。

依據(jù)原則，泵站壓力應(yīng)滿(mǎn)足：

1）P_b1=4/ZπD²P₁=4/2×3.14×0.325²×5890=35518kPa=35.5MPa

式中：Z—支架的主立柱根數(shù)

D—支架立柱缸體內(nèi)徑0.325m

P₁—初撐力5890kN

2）P_b2=4/πD₁²×P_n=4/3.14×0.1²×310=36470kPa=36.5 MPa

式中：D₁—千斤頂缸體內(nèi)徑0.1m

P_n—千斤頂?shù)淖畲笸屏?10kN

滿(mǎn)足1）、2）的泵站壓力P=K P_b1（P_b2）=1.05×36.5=38.3 MPa

式中：K—泵站系統(tǒng)壓力損失系數(shù)，K取1.05~1.1

泵站流量應(yīng)考慮成組快速移架的需要，按6架/組計(jì)算：

Q≥〔〔n₁s₁（F₁+F₂）+n₃BF₃〕/（1000(L/Vq-t₄)）〕（1/η）

=((1×290（934.82×1056.24）+6×86.5×98.17)/（1000（1.756×6/7-0.2））×（1/0.91）=563.6L/min

式中：Q—L/min,液壓泵站的工作流量

n₁、n₃—移架時(shí)立柱的行程和千斤頂?shù)男谐?90cm、86.5cm。

F₁、F₂、F₃—立柱環(huán)形腔、活塞腔及千斤頂移架腔的作用面積分別為934.82cm²、1056.24cm²、298.17cm²。

L—支架架間距，1.756m×6

V_q—采煤機(jī)牽引速度，取7m/min

t₄—移架過(guò)程中的其它輔助時(shí)間0.2min

η—泵站容積效率取η=0.9~0.92

液箱以滿(mǎn)足①V≥3Q+Q=563.6×3+200=1890.8L。②停泵時(shí)全部進(jìn)回液管回液和煤層厚度變化使立柱伸縮造成的流量變化等因素，選擇德國(guó)豪森科公司的EHP-3K200型泵和液箱。

礦井采用大采高綜合機(jī)械化采煤，首采工作面于2002年7月1日完成設(shè)備安裝，采煤機(jī)引進(jìn)德國(guó)艾柯夫公司SL-500型交流電牽引采煤機(jī)，該機(jī)最大采高5.6m,截深0.865m,牽引速度0~31.8m/min。液壓支架及工作面刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)從德國(guó)DBT公司引進(jìn)。液壓支架形式為二柱支撐掩護(hù)式，過(guò)渡架高度為2.25~4.5m,中間架高度為2.55~5.5m,支架中心距1.756m,工作阻力8638kN,初撐力5890kN,支護(hù)強(qiáng)度0.74~0.91MPa,支架重量為28t。液壓支架采用了先進(jìn)的PM4電液控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)成組快速移架，移架循環(huán)時(shí)間6~8s。其它配套設(shè)備包括德國(guó)豪辛科乳化液泵，澳大利亞ACE公司順槽膠帶輸送機(jī)，法國(guó)SITE公司負(fù)荷中心以及天津貝克公司監(jiān)控系統(tǒng)。該套綜采設(shè)備于2002年7月1日投入運(yùn)行，最高日產(chǎn)量達(dá)2.8萬(wàn)t。

先進(jìn)的長(zhǎng)壁工作面裝備必須有完善的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。工作面共裝備了工作面三機(jī)PROMOS監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和乳化液泵的PROMOS監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和順槽膠帶機(jī)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控PROMOS保護(hù)系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)。大采高工作面采用霍尼維爾廠(chǎng)景監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)（KJ72型）。以3302工作面為例，每條進(jìn)回風(fēng)巷中均安設(shè)了瓦斯傳感器，進(jìn)風(fēng)2個(gè)，上隅角1個(gè)，回風(fēng)4個(gè)，共7個(gè)。瓦斯傳感器布置位置及報(bào)警、斷電濃度見(jiàn)圖2所示。

圖2    瓦斯傳感器布置位置示意圖

1.4 回采工藝，采用傾斜長(zhǎng)壁一次采全高自然冒落后退式綜合機(jī)械化采煤法。

工作面支架選用德國(guó)DBT公司生產(chǎn)的二柱式掩護(hù)支架及其相配套的端頭支架。

采煤工藝為：割煤——拉架——移溜——清煤；進(jìn)刀方式采用端部斜切割三角煤進(jìn)刀，采煤工藝與普通綜采基本相同，工作面沿底板推進(jìn)，采高一般控制在5.4m以上，機(jī)頭、機(jī)尾各15m隨巷道頂?shù)装迤骄忂^(guò)渡。

四六制作業(yè)(一個(gè)班檢修，三個(gè)班生產(chǎn))，循環(huán)方式為生產(chǎn)班進(jìn)4個(gè)循環(huán)，日進(jìn)12個(gè)循環(huán),循環(huán)進(jìn)度0.865米。循環(huán)產(chǎn)量1297.84t,日產(chǎn)量15574.08t,月產(chǎn)量467222.4t。

進(jìn)刀方式：采用端部斜切割三角煤進(jìn)刀。進(jìn)刀方法為，首先機(jī)組割透機(jī)頭（機(jī)尾）煤壁后，將上滾筒降下割底煤，下滾筒升起割頂煤，采煤機(jī)反向沿溜子彎曲段斜切入煤壁，待采煤機(jī)機(jī)身全部進(jìn)入直線(xiàn)段且兩個(gè)滾筒的截深全部達(dá)到0.865m后停機(jī)；然后將支架拉過(guò)并順序移溜頂過(guò)機(jī)頭（機(jī)尾）后調(diào)換上、下滾筒位置向機(jī)頭（機(jī)尾）割煤；采煤機(jī)再次割透機(jī)頭（機(jī)尾）煤壁后，再次調(diào)換上、下滾筒位置，向機(jī)尾（機(jī)頭）割煤，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)的割煤，割過(guò)煤后及時(shí)拉架－－頂機(jī)頭（機(jī)尾）－－移溜。機(jī)組進(jìn)刀總長(zhǎng)度控制在30m左右。

根據(jù)本工作面的地質(zhì)條件及工人的操作習(xí)慣，拉架采用雙向鄰架自動(dòng)順序移架，每次移一架；推溜采用雙向成組推溜。

工作面主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表7。

表7 工作面主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

2 工作面快速安裝與搬家

2.1 利用切眼尾巷安裝工作面，寺河礦2301工作面南部，平行于切眼距切眼30m布置有一條尾巷，與切眼有3個(gè)橫貫相連。安裝時(shí)，工作面的支架、溜子、采煤機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備均采用支架搬運(yùn)車(chē)、支架叉車(chē)由切眼尾巷運(yùn)往切眼，配合支架叉車(chē)調(diào)向安裝，

工作面設(shè)備的安裝順序?yàn)椋涸O(shè)備列車(chē)（負(fù)荷中心、泵站）→馬蒂爾液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)→刮板機(jī)→采煤機(jī)→支架。

1)設(shè)備列車(chē)的安裝

安裝軌道、絞車(chē)→用瓦格娜鏟車(chē)按照由外向里的順序?qū)⒃O(shè)備列車(chē)和其設(shè)備安放到已經(jīng)鋪設(shè)的軌道上→用絞車(chē)?yán)吝m當(dāng)位置→將各輛平板車(chē)用專(zhuān)用的連接裝置可靠連接→連接負(fù)荷中心電源線(xiàn)、負(fù)荷線(xiàn)、本布羅控制線(xiàn)、接地保護(hù)系統(tǒng)→形成工作面臨時(shí)泵站→調(diào)試工作面供電、供液系統(tǒng)

2）馬蒂爾系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的安裝

馬蒂爾液壓系統(tǒng)（上井檢修下井復(fù)用）→轉(zhuǎn)載機(jī)（上井檢修下井復(fù)用）機(jī)頭、電機(jī)、減速器→橋身部→凸槽→傾斜槽→凹槽→破碎機(jī)→旋轉(zhuǎn)槽→鵝頸槽→轉(zhuǎn)載機(jī)尾（刮板機(jī)機(jī)頭）。

3)刮板機(jī)的安裝

機(jī)頭部→機(jī)頭過(guò)渡槽→機(jī)頭特殊槽→中部槽→機(jī)尾特殊槽→機(jī)尾過(guò)渡槽→機(jī)尾部。

4) 采煤機(jī)的安裝

做好準(zhǔn)備工作→將采煤機(jī)的滾筒、搖臂運(yùn)到安裝地點(diǎn)→把采煤機(jī)機(jī)身運(yùn)到貝殼內(nèi)和已安裝好的溜槽對(duì)接好→將搖臂安裝在機(jī)身上→安裝滾筒→接好各部位電機(jī)的電源線(xiàn)、控制線(xiàn)→連接主電纜和水管→安裝其它附屬小件及管路→試車(chē)。

5)液壓支架的安裝

液壓支架的安裝從機(jī)頭開(kāi)始依次向機(jī)尾安裝。

第一臺(tái)支架運(yùn)到安裝地點(diǎn)后，利用支架車(chē)的自卸裝置將其卸車(chē)，用叉車(chē)（絞車(chē)配合）將其調(diào)向、安裝到位。

將已入位的支架與臨時(shí)泵站接通供液。升起支架使其頂梁與頂板接觸嚴(yán)密，并達(dá)到初撐力。并保證支架和運(yùn)輸機(jī)溜槽垂直，縮小安裝誤差。機(jī)頭、尾過(guò)渡架不能互換，必須按編號(hào)依次排放安裝。 當(dāng)工作面130個(gè)支架安裝完畢后，連接安裝PM4及其電源系統(tǒng)。工作面整個(gè)安裝工作完成后，將臨時(shí)泵站供液改為永久泵站供液。

2301工作面借鑒神華經(jīng)驗(yàn)提前在停采線(xiàn)處，提前掘進(jìn)出主撤架通道（寬×高：5.5×3.8m），距離主撤架通道25m掘出輔助撤架通道（寬×高：4.5×3.8m），主副撤架通道之間利用4個(gè)橫川相連（橫川寬×高：4.5×3.8m）。

在主撤架通道內(nèi)安裝三種支架共106架，其中BC7D-400/1735型支架64架，BYE-400/1735型支架26架，垛式支架6架（置于主撤通道中部靠近工作面?zhèn)扰欧牛?。支架沿撤架通道排成兩條線(xiàn)，呈品字形擺放。

2.2 利用主副撤架通道回撤設(shè)備的方法，2301工作面提前在停采線(xiàn)處掘進(jìn)出主撤架通道(寬×高：5.5×3.8米)，距離主撤架通道25米掘出輔助撤架通道（寬×高：4.5×3.8米），主副撤架通道之間利用四個(gè)橫川相連（橫川寬×高：4.5×3.8米）。2301工作面主副撤架通道的提前施工,實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的快速停采搬家，充分利用四個(gè)橫川優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)撤架，分段回收。

利用Z7200/23/38A型垛式支架作為大采高撤架的掩護(hù)支架,采用慢速絞車(chē)牽引和支架自拉的方式將支架調(diào)向、撤出，木垛及時(shí)維護(hù)頂板的辦法回撤支架。

撤架工序：回撤工作面待撤支架前點(diǎn)柱和通道內(nèi)平行于通道的35型支架(降35型支架后必須將原支護(hù)和上方的木垛回掉)→工作面支架縮護(hù)壁、側(cè)護(hù)板→降架→拆液管→絞車(chē)牽引前移→調(diào)向→維護(hù)三角區(qū)→移掩護(hù)支架→拖運(yùn)→裝車(chē)→指定地點(diǎn)。

撤架設(shè)備：鏟車(chē)4輛，ST—3.5S瓦格那鏟車(chē)；牽引車(chē)2輛， FBL—15型森內(nèi)卡牽引車(chē)；支架牽引車(chē)2輛，F(xiàn)BL—40型森內(nèi)卡牽引車(chē)；支架拖車(chē)2輛，CHT—50型DBT支架拖車(chē)。

以工作面中部支架為界，向機(jī)頭、機(jī)尾分兩段順序?qū)⒅Ъ艹烦觥?

1）利用絞車(chē)牽引將工作面中部支架從工作面通道撤出

首先撤出回撤通道內(nèi)影響中部支架回撤的前點(diǎn)柱及通道內(nèi)平行于通道的35型掩護(hù)支架。撤出通道內(nèi)的單體柱及35支架時(shí)，先回單體柱（35架前后、左右側(cè)的單體柱），再撤35支架?；?5架時(shí)，先回靠工作面?zhèn)戎Ъ?，再回靠副撤架通道?cè)的支架，并及時(shí)在回撤區(qū)域打木垛護(hù)頂，且必須有足夠的安全的調(diào)架空間，不能影響調(diào)架。利用絞車(chē)將工作面最中部的一架支架從通道撤出。

2）利用工作面中部絞車(chē)調(diào)向，分別沿機(jī)頭、機(jī)尾方向，順序撤出緊鄰中部支架的各兩架支架，使用端頭絞車(chē)牽引至機(jī)頭方向的巷道內(nèi)或機(jī)尾方向的巷道內(nèi)。再調(diào)正機(jī)頭段、機(jī)尾段的掩護(hù)架。利用中部支架前方通道內(nèi)兩臺(tái)Z7200/23/38A垛式支架作為掩護(hù)支架，其中一臺(tái)作為機(jī)尾方向的掩護(hù)支架，另一臺(tái)作為機(jī)頭方向的掩護(hù)支架。調(diào)向時(shí)滑輪固定在待撤支架前方的垛式支架或35架底座上。然后，絞車(chē)配合FBL-15支架拖車(chē)自拉或FBL-40叉車(chē)將支架裝車(chē)或叉裝運(yùn)輸。

3）依次分別向機(jī)尾、機(jī)頭方向撤出剩余支架。

4）拉掩護(hù)架。

每撤一架，利用絞車(chē)牽引前移掩護(hù)架，始終保持掩護(hù)架頂梁與待撤支架靠三角區(qū)側(cè)有500mm左右的空間。

5）利用主、副撤架通道間的1^#、2^#、3^#、4^#橫川將橫川內(nèi)及橫川與主撤通道交叉區(qū)域的35型支架撤出，撤出后在距橫川口5m處打兩個(gè)木垛護(hù)頂。其它35型支架利用絞車(chē)或叉車(chē)從撤架通道撤出。

6）支架回撤至機(jī)頭和機(jī)尾分別剩余兩架支架時(shí)，先撤出撤架通道內(nèi)的掩護(hù)架，再分別撤出機(jī)頭和機(jī)尾的兩架支架。機(jī)頭和機(jī)尾的兩架支架均采用交替邁步前移的方式，分別由機(jī)頭方向的巷道內(nèi)或機(jī)尾方向的巷道內(nèi)撤出。

利用工作面開(kāi)切眼尾巷，采用先進(jìn)的運(yùn)輸設(shè)備，回撤和安裝一個(gè)工作面僅需要7~15d，比傳統(tǒng)的安裝方式節(jié)省時(shí)間15~20d，實(shí)現(xiàn)了工作面的快速搬家，縮短了搬家時(shí)間，為礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效創(chuàng)造了條件。

3 寺河礦連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工藝研究

掘進(jìn)設(shè)備引進(jìn)美國(guó)久益公司兩套12CM27－10E型連續(xù)采煤機(jī)， Fletcher公司生產(chǎn)的CHDDR型雙臂錨桿鉆機(jī)，菲利普斯公司生產(chǎn)的PM2110－C型運(yùn)煤梭車(chē)，斯坦姆勒公司生產(chǎn)的BF－14B－54－64C型給料破碎機(jī)，瓦格娜公司生產(chǎn)的ST－3.5型柴油驅(qū)動(dòng)鏟車(chē)進(jìn)行清煤和運(yùn)料。采用連續(xù)采煤機(jī)割煤、錨桿機(jī)支護(hù)、全斷面掘進(jìn)的機(jī)械化掘進(jìn)方式。循環(huán)方式為多循環(huán)，最大循環(huán)進(jìn)度為12m。

采用這套設(shè)備進(jìn)行錨桿支護(hù)施工，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了掘進(jìn)速度。最大控頂距為10m，遇見(jiàn)特殊地質(zhì)條件，隨時(shí)減小控頂距，這套設(shè)備平均進(jìn)尺達(dá)到800~900m/月。最高進(jìn)尺達(dá)到1500m/月。

連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)過(guò)程分為“切槽”和“采垛”兩個(gè)工序，司機(jī)在激光指向儀的導(dǎo)向下，確定連續(xù)采煤機(jī)的進(jìn)刀位置，先在巷道的一側(cè)掘進(jìn)，按照巷道尺寸截割深度達(dá)循環(huán)進(jìn)度后退機(jī)，這一工序稱(chēng)“切槽”工序。然后連采機(jī)退出，調(diào)整到巷道的另一側(cè)，再切割剩余的煤壁，使巷道掘至所要求的寬度和循環(huán)進(jìn)度，這一工序稱(chēng)為“采垛”工序。連續(xù)采煤機(jī)就是通過(guò)“切槽”和“采垛”工序來(lái)完成巷道的掘進(jìn)。

無(wú)論是切槽還是采垛工序，連續(xù)采煤機(jī)截割時(shí)，首先連采機(jī)司機(jī)將截割頭調(diào)整到巷道頂板，將截割頭切入煤體，切入深度不大于截割頭的直徑，然后逐漸調(diào)整截割頭高度，截割頭由上而下切割煤體，當(dāng)截割頭切到煤層底部時(shí)，連采機(jī)稍向后移，割平底板，并裝完余煤，然后連采機(jī)再進(jìn)行下一個(gè)切割循環(huán)。連采機(jī)依此反復(fù)循環(huán)，完成切槽和采垛工序，直到一次掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到規(guī)定的循環(huán)進(jìn)度后轉(zhuǎn)移到鄰近巷道作業(yè)。

以3301工作面33012、33014、33013三條回采巷道掘進(jìn)為例。連采機(jī)在33012巷割煤達(dá)循環(huán)進(jìn)度后，調(diào)機(jī)到33014巷割煤，此時(shí)，錨桿機(jī)調(diào)機(jī)到33012巷支護(hù)；連采機(jī)在33014巷割煤達(dá)循環(huán)進(jìn)度后，調(diào)機(jī)到33013巷割煤，此時(shí)，錨桿機(jī)完成了33012巷的支護(hù)，調(diào)機(jī)到33014巷支護(hù)；連采機(jī)在33013巷割煤達(dá)循環(huán)進(jìn)度后，調(diào)機(jī)又到33012巷割煤，此時(shí)，錨桿機(jī)完成了33014巷的支護(hù)，調(diào)機(jī)到33013巷支護(hù)。依此反復(fù)循環(huán)連續(xù)作業(yè)，連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工序示意圖見(jiàn)圖3

掘進(jìn)工藝流程：交接班→安全檢查→掘進(jìn)機(jī)割、運(yùn)煤→達(dá)循環(huán)進(jìn)度→鏟、清煤→掘進(jìn)機(jī)調(diào)機(jī)到合適位置→進(jìn)行敲幫問(wèn)頂找掉→單體錨桿鉆機(jī)、單體錨索鉆機(jī)進(jìn)入巷道內(nèi)支護(hù)→人工清煤→接溜槽→自檢驗(yàn)收→進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

截割方式：采用縱軸式橫向連續(xù)擺動(dòng)截割方式。截割工藝為：進(jìn)刀→截割→修周邊→成形。截割頭由巷道一側(cè)底部進(jìn)刀，進(jìn)刀深度800~1000mm，然后在巷道內(nèi)水平截割，周邊留下300~400mm厚的邊煤，每水平擺動(dòng)截割一次，抬高700-800mm，按照截割運(yùn)行曲線(xiàn)示意圖連續(xù)擺動(dòng)截割至初步成形，截完一個(gè)循環(huán)進(jìn)度后，修周邊達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

裝運(yùn)煤：施工中破落的煤由掘進(jìn)工作面→機(jī)組小溜（一、二部）→梭車(chē)→掘進(jìn)工作面溜子→掘進(jìn)巷皮帶→聯(lián)絡(luò)巷溜子→膠帶大巷溜子→北翼膠帶巷皮帶→東膠皮帶→主井皮帶→地面。

巷道錨桿支護(hù)施工：巷道錨桿支護(hù)施工分臨時(shí)支護(hù)的安設(shè)和永久支護(hù)的施工。其中，永久支護(hù)分為頂板錨桿的施工、頂板錨索施工、幫錨桿施工。

連采掘進(jìn)工藝的施工組織管理采用“四六”制作業(yè)形式，三掘一準(zhǔn)作業(yè)方式。掘進(jìn)工作面主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表8。在斷面為17.5㎡的回采巷道內(nèi)，采用連采工藝三巷掘進(jìn)，巷道使用錨桿支護(hù)方式，月進(jìn)度（25d）1500m。

表8連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)工作面主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表

4 大斷面全煤巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

寺河礦的開(kāi)采方式為走向長(zhǎng)壁一次采全高全部垮落法，由于設(shè)備規(guī)格大、煤層瓦斯含量高、工作面推進(jìn)速度快，因而其回采巷道數(shù)量多、斷面大（巷道寬×高一般在5×3.5m以上），支護(hù)難度也很大。針對(duì)自身的特殊條件，開(kāi)展了大斷面煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用。通過(guò)巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試、錨桿支護(hù)機(jī)理與設(shè)計(jì)方法、數(shù)值模擬、支護(hù)材料、井下施工和礦壓監(jiān)測(cè)等各方面相關(guān)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，大斷面煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)最終在晉城煤業(yè)集團(tuán)應(yīng)用成功。

4.1 煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)研究?jī)?nèi)容

1)巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試

巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試是本項(xiàng)目的重要組成部分，為錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為了比較全面地了解寺河礦首采工作面巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)，井下進(jìn)行了巷道圍巖強(qiáng)度測(cè)定、地應(yīng)力測(cè)量、鉆孔節(jié)理裂隙觀(guān)察。

表9 2^#車(chē)場(chǎng)圍巖強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果（頂板）

巷道圍巖強(qiáng)度采用WQCZ-56型圍巖強(qiáng)度測(cè)定裝置在井下進(jìn)行。這種方法具有快速和準(zhǔn)確的特點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果更接近于實(shí)際。在寺河礦首采區(qū)布置了3個(gè)測(cè)站，測(cè)定了巖層和3^#煤層的強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果如表9。

對(duì)煤幫煤層強(qiáng)度進(jìn)行的測(cè)量結(jié)果為，煤體強(qiáng)度最大為32.8MPa，最小為7.64MPa，平均21.9MPa。

地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果(表10)表明，寺河礦地應(yīng)力場(chǎng)形式主要為 σ_H>σ_h >σ_V，在所測(cè)試的三個(gè)地點(diǎn)中共11個(gè)測(cè)試段，8個(gè)為這種情況。但最大主應(yīng)力方向由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響，表現(xiàn)的規(guī)律性不是很強(qiáng)，主要以北偏西為主，其中一、三兩個(gè)測(cè)試地點(diǎn)主要集中在N71.2°W~N83.4°W之間，第二測(cè)試地點(diǎn)為N39.2°E。這種情況與煤層底板等高線(xiàn)圖所示的構(gòu)造比較一致。

表10 寺河礦地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

序號(hào)	巷道	埋深 （m）	垂直應(yīng)力 （MPa）	最大水平 主應(yīng)力 （MPa）	最小水平 主應(yīng)力 （MPa）	巖石 抗張強(qiáng)度(MPa)	最大水平 主應(yīng)力方向
1	1#車(chē)場(chǎng)第二條順槽開(kāi)口	282	7.04	16.44	8.76	0.47	N71.2oW
2	2#車(chē)場(chǎng)距入口23m	384	9.60	18.26	8.67	3.56	N39.2oE
3	東軌大巷2盤(pán)區(qū)變電所西23m	376	9.40	18.92	9.67	0.17	N83.4oW

在巷道圍巖中鉆孔，采用光導(dǎo)纖維窺視儀觀(guān)察鉆孔內(nèi)節(jié)理、裂隙分布，監(jiān)測(cè)不連續(xù)面發(fā)展，如巷道頂板離層狀況。結(jié)合鉆孔巖芯分析圍巖不連續(xù)面的特征。

本次鉆孔窺視時(shí)在圍巖強(qiáng)度測(cè)試孔中進(jìn)行的。采用美國(guó) FS70′20鉆孔窺視儀進(jìn)行鉆孔觀(guān)察。該儀器由柔性光導(dǎo)纖維、觀(guān)察鏡、目鏡等組成。該儀器觀(guān)察鉆孔直徑為28mm，鉆孔深度為6m。

在窺視過(guò)程中發(fā)現(xiàn)1^#車(chē)場(chǎng)測(cè)試點(diǎn)頂板在3.35m和5.18m處有輕微離層或存在明顯的層理；2^#車(chē)場(chǎng)和東軌大巷頂板沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有離層現(xiàn)象發(fā)生。說(shuō)明頂板巖層的巖性較好。

2)錨桿支護(hù)理論

根據(jù)圍巖變形、破壞的特點(diǎn)，提出了錨桿支護(hù)的擴(kuò)容—穩(wěn)定理論，其要點(diǎn)為：錨桿的早期作用主要是阻止破碎巖塊掉落并抑制淺部圍巖擴(kuò)容和離層，減小巖層壓曲和彎曲失穩(wěn)的可能性。錨桿安裝越及時(shí)，預(yù)緊力越大，支護(hù)效果越好。隨著時(shí)間的推移和受到采動(dòng)影響，巷道圍巖的破壞范圍會(huì)逐漸擴(kuò)大。當(dāng)錨桿能伸入穩(wěn)定巖層中時(shí)，其作用主要表現(xiàn)為，將破壞區(qū)巖層與穩(wěn)定層相連，阻止破壞巖層垮落。同時(shí)，錨桿提供徑向和切向約束，阻止破壞區(qū)巖層擴(kuò)容、離層、滑動(dòng)，從而提高其承載能力。(4) 錨桿不能伸入穩(wěn)定巖層時(shí)，其作用主要是在破壞區(qū)內(nèi)形成次生承載層(圖9)，它可以阻止上部破壞巖層的進(jìn)一步擴(kuò)容和離層。同時(shí)使圍巖深部的應(yīng)力分布趨于均勻和內(nèi)移。

3)錨桿支護(hù)材料

錨桿支護(hù)材料包括錨桿桿體、錨固劑、托盤(pán)、螺母、鋼帶(鋼筋托梁) 、金屬網(wǎng)、錨索等。這些材料是錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)，它們的力學(xué)特性顯著控制著錨桿支護(hù)效果的發(fā)揮。

高強(qiáng)度錨桿具有良好的價(jià)格性能比使錨桿支護(hù)的優(yōu)越性得到充分發(fā)揮，并保證巷道支護(hù)的可靠性。在寺河礦首采工作面回采巷道井下施工中，頂板采用φ20的高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，極限拉斷力190kN，屈服力為126kN，延伸率17%。幫錨桿采用兩種形式，一種為圓鋼錨桿，桿體直徑18mm；另一種為玻璃鋼錨桿，桿體直徑為18mm，極限拉斷力70kN。寺河礦首采工作面回采巷道井下施工中，采用了K2335、Z2360兩種樹(shù)脂錨固劑。根據(jù)具體條件，在寺河礦井下采用了鋼筋托梁。

在寺河礦井下采用了小孔徑樹(shù)脂端部錨固預(yù)應(yīng)力錨索。采用樹(shù)脂藥卷錨固，通過(guò)錨索攪拌器可以象安裝普通樹(shù)脂錨桿對(duì)錨索進(jìn)行端部錨固。用普通單體錨桿機(jī)即可完成打孔、安裝。

4.2 錨桿支護(hù)方案

寺河礦的錨桿支護(hù)涉及到三類(lèi)巷道：工作面順槽巷道、工作面切眼和撤架通道。三類(lèi)巷道服務(wù)的時(shí)間和使用的目的都不相同，巷道的斷面也不一樣，錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)采用有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算程序FLAC3.3進(jìn)行多方案比較，最后得出合理的錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)。三類(lèi)巷道都采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固錨桿組合支護(hù)系統(tǒng)，并進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)。三類(lèi)巷道支護(hù)方案見(jiàn)表。

4.3 錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)技術(shù)

1）錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)技術(shù)內(nèi)容

錨桿支護(hù)實(shí)施于井下后，要對(duì)巷道圍巖變形狀況，錨桿受力分布和大小進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，以獲得支護(hù)體和圍巖的位移和應(yīng)力信息，從而判斷錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，巷道圍巖的穩(wěn)定程度和安全性。進(jìn)而根據(jù)監(jiān)測(cè)信息，修改初始設(shè)計(jì)，使其逐步趨于合理。

三類(lèi)巷道支護(hù)方案

	斷 面	頂  板  支  護(hù)	巷  幫  支  護(hù)
順槽巷道錨桿支護(hù)	呈矩形，寬5.5m，高3.5m，掘進(jìn)斷面19.25m2。	1 錨桿桿體為20#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，長(zhǎng)度2.4m，桿尾螺紋為M22,樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固。 2 鋼筋托梁采用f16mm的鋼筋焊接而成，寬度100mm，長(zhǎng)度5.1m。   3 錨桿角度：靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度為與垂線(xiàn)成300。 4 網(wǎng)片規(guī)格：采用菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，規(guī)格為3.8×1.1m和2.3×1.1m。 5 錨桿布置：錨桿排距1.0m，每排6根錨桿，間距1.0m。 6 錨索直徑f15.24mm，長(zhǎng)度7.3m，加長(zhǎng)錨固錨索每排2根，排距為3.0m。	1 工作面?zhèn)葞湾^桿桿體為f18mm 玻璃鋼錨桿，長(zhǎng)度2.0m，桿尾螺紋為M20。煤柱側(cè)煤幫: 錨桿桿體為f18mm圓鋼，長(zhǎng)2.0m，桿尾螺紋M20。 2 錨桿角度：靠近頂板的巷幫錨桿安設(shè)角度為與水平成10度。 3 網(wǎng)片規(guī)格：當(dāng)煤幫破碎時(shí)，采用菱形金屬網(wǎng)護(hù)幫，規(guī)格為2.7×1.1m。 4 錨桿布置：錨桿排距1.0m，每排3根錨桿，間距1m。
開(kāi)切眼錨桿支護(hù)	呈矩形，寬8.2m，高3.5m，掘進(jìn)斷面積28.7m2	1 錨桿桿體為20#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，長(zhǎng)度2.4m，樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固。 2 鋼筋托梁采用f16mm的鋼筋焊接而成，寬度100mm，長(zhǎng)度3.6m。 3 錨桿角度：靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度為與垂線(xiàn)成300。 4 網(wǎng)片規(guī)格：采用菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂。 5 錨桿布置：錨桿排距1.2m，每排8根錨桿，間距1.0m。 6 錨索直徑f15.24mm，長(zhǎng)度6.3m，加長(zhǎng)錨固。錨索每2排3根。	1采空區(qū)一側(cè)為圓鋼錨桿，桿體直徑18mm，長(zhǎng)度2.0m。工作面一側(cè)為玻璃鋼錨桿，桿體直徑18mm，長(zhǎng)度2.0m。樹(shù)脂端部錨固。 2錨桿角度：靠近頂板的巷幫錨桿安設(shè)角度為與水平線(xiàn)成100。 3 網(wǎng)片規(guī)格：當(dāng)煤幫破碎時(shí)，采用菱形金屬網(wǎng)護(hù)幫。 4 錨桿布置：錨桿排距1.2m，每排每幫3根錨桿，間距1m。
回撤通道錨桿支護(hù)	主回撤通道寬5.5m，高4.0m，掘進(jìn)斷面積22.0m2。 輔回撤通道寬5.5m，高3.5m，掘進(jìn)斷面積19.25m2。	1 頂錨桿采用Φ20-M22-2400型左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固。排距800mm，間距900mm。 2 鋼筋托梁采用f16mm的鋼筋焊接而成，寬度100mm，長(zhǎng)度4.9m。 3 錨桿角度：靠近巷幫的頂板錨桿安設(shè)角度為與垂線(xiàn)成30度。 4 網(wǎng)片規(guī)格：采用菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，規(guī)格為5.7×0.9m。 5錨桿布置：錨桿排距800mm，每排7根錨桿，間距800mm。錨索采用Φ15.24×9300-1型錨索，加長(zhǎng)錨固。 6 錨索一排三根，采用14#-4400-3型槽鋼組合，排距1600mm，間距1400mm。	1靠近工作面?zhèn)葞湾^桿采用Φ18-M16-2000型玻璃鋼錨桿，同時(shí)采用Φ16-3500-100-5型鋼筋托梁加1500×300×50mm柱帽護(hù)幫。靠近副撤架通道側(cè)幫錨桿采用Φ18-M20-2000型螺紋鋼錨桿，同時(shí)采用Φ16-3300-100-4型鋼筋托梁護(hù)幫。 2 錨桿角度：靠近頂板的巷幫錨桿安設(shè)角度為與水平線(xiàn)成10度。 3錨桿布置：靠近工作面?zhèn)葞团啪?00mm，間距800mm；靠近副撤架通道側(cè)幫排距800mm，間距1000mm。 根據(jù)采動(dòng)壓力與采動(dòng)時(shí)間、采動(dòng)距離、工作面推進(jìn)速度、工作面采高之間的關(guān)系，在回撤通道內(nèi)可進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分綜合監(jiān)測(cè)和日常監(jiān)測(cè)。前者的目的是驗(yàn)證初始設(shè)計(jì)的合理性和可靠性，并為修正初始設(shè)計(jì)提供依據(jù)。后者在于保證巷道安全。

綜合監(jiān)測(cè)內(nèi)容如表23所列。頂板離層值采用頂板離層儀測(cè)定，它可測(cè)出頂板錨固區(qū)內(nèi)外的離層值。錨桿受力監(jiān)測(cè)有兩種形式，一種是測(cè)量端部錨固錨桿(索)工作阻力的錨桿測(cè)力計(jì)，另一種是測(cè)量加長(zhǎng)錨固、全長(zhǎng)錨固錨桿受力的測(cè)力錨桿。

錨桿支護(hù)正常施工后，進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)，確保巷道的安全狀態(tài)。日常監(jiān)測(cè)包括三部分內(nèi)容：錨桿錨固力抽檢，頂板離層觀(guān)測(cè)和錨桿預(yù)緊力矩檢測(cè)。

2） 錨桿支護(hù)監(jiān)測(cè)具體要求

抽檢指標(biāo)為頂錨桿錨固力不得低于100kN，幫錨桿錨固力不得低于70kN。發(fā)現(xiàn)不合格錨桿，應(yīng)在其周?chē)?00mm的范圍內(nèi)補(bǔ)打錨桿。應(yīng)在施工過(guò)程中，每300根或300根以下錨桿，做抗拔力試驗(yàn)不得少于1組，每組不少于3根。用MLK－30（按1MPa=0.5t計(jì)算）型錨桿拉力計(jì)抽檢時(shí)，幫錨桿不小于14 MPa，頂錨桿不小于20MPa。對(duì)于抽檢不合格的的錨桿必須及時(shí)補(bǔ)打合格的錨桿。擰緊力矩頂錨桿不得低于120N·m，幫錨桿不得低于80N·m。

安裝錨索攪拌好后等待15分鐘，裝上托板，錨具，用漲拉千斤頂漲拉錨索至設(shè)計(jì)預(yù)緊力100KN，之后卸下千斤頂。采用SL-50型漲拉千斤頂（1MPa=0.5t）漲拉錨索為20 MPa; 當(dāng)采用SL-30型漲拉千斤頂（1MPa=0.3t）漲拉錨索為34 MPa。根據(jù)巷道圍巖條件每隔30-50m安設(shè)一頂板離層儀，每個(gè)巷道交岔點(diǎn)要安設(shè)頂板離層儀，斷層帶、圍巖破碎帶、頂板淋水、硐室等特殊地質(zhì)條件段必須安設(shè)頂板離層儀（離層儀一般布置在巷道頂板中心處），現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置離層數(shù)據(jù)牌板。

4.4 工作面順槽的礦壓觀(guān)測(cè)結(jié)論

1) 順槽巷道礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

在2011運(yùn)輸巷中對(duì)頂板離層進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。巷道掘進(jìn)期間頂板的離層監(jiān)測(cè)結(jié)果如

圖4  6號(hào)測(cè)站巷道掘進(jìn)期間頂板離層

圖4。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：頂板7m范圍內(nèi)巖層的總離層值只有4~10mm，頂板離層不大，說(shuō)明錨桿與錨索支護(hù)效果顯著，充分發(fā)揮了巖石的自承載能力。在巷道掘進(jìn)15天，頂板離層基本趨于穩(wěn)定。

在工作面回采期間，頂板離層值變化不大，巷道維護(hù)狀況良好，表明回采工作面超前支承壓力影響范圍小，影響程度不大。

頂板錨桿在掘進(jìn)期間的受力情況如圖11，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在掘進(jìn)期間頂板錨桿受力較小，一般在50kN左右，最大不超過(guò)90kN。在回采工作面動(dòng)壓影響期間頂板錨桿受力較大，一般在80kN左右，錨桿受力最大不超過(guò)160kN, 完全在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，錨桿保持一定的工作載荷且有部分余量。

圖5  1^#綜合測(cè)站5^#測(cè)力錨桿監(jiān)測(cè)結(jié)果

 

圖6  測(cè)力錨桿回采期間監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖7  測(cè)力錨桿回采期間受力變化

回采工作面動(dòng)壓影響期間頂板錨桿受力變化曲線(xiàn)如圖5、6。大部分錨桿受力變化很小，最大值僅為11kN。再次表明工作面超前支承壓力影響程度不大。

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固錨桿組合支護(hù)系統(tǒng)，并進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)是適合寺河礦井2011運(yùn)輸巷的支護(hù)形式，支護(hù)參數(shù)選擇比較合理，有效保證了巷道安全?；夭晒ぷ髅娉爸С袎毫τ绊懛秶?，影響程度不大。

2)工作面開(kāi)切眼的礦壓觀(guān)測(cè)結(jié)論

考慮開(kāi)切眼維護(hù)時(shí)間短，本次礦壓監(jiān)測(cè)主要進(jìn)行頂板離層監(jiān)測(cè)。開(kāi)切眼內(nèi)每30m安裝1個(gè)頂板離層指示儀，共8個(gè)。此外，還對(duì)錨桿錨固力和預(yù)緊力進(jìn)行了檢測(cè)。切眼掘進(jìn)期間典型的頂板離層監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖8所示。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：

頂板7m范圍內(nèi)巖層的總離層值只有7~10mm，頂板離層不大，說(shuō)明錨桿與錨索支護(hù)效果顯著，充分發(fā)揮了巖石的自承載能力。在巷道掘進(jìn)10天，頂板離層基本趨于

圖8 切眼掘進(jìn)期間頂板離層監(jiān)測(cè)結(jié)果

穩(wěn)定。錨桿、錨索支護(hù)系統(tǒng)有效控制了頂板變形，特別是在控制處于錨固范圍外軟弱巖層的破壞，以及在煤巖交界面上的離層方面發(fā)揮了重要作用。

3)工作面回撤通道的礦壓觀(guān)測(cè)結(jié)論

主撤架數(shù)字顯示頂板離層指示儀觀(guān)測(cè)結(jié)果：1^#-3^#數(shù)顯頂板離層儀觀(guān)測(cè)的頂板總離層數(shù)值分別為110mm、80mm和70mm。主撤架通道頂板高度及下沉量觀(guān)測(cè)結(jié)果如圖9、10。

圖9  主撤架通道頂板高度觀(guān)測(cè)結(jié)果

圖10  主撤架通道頂板下沉量觀(guān)測(cè)結(jié)果

 

4.5 巷道使用效果

寺河礦首采工作面順槽巷道、開(kāi)切眼、回撤通道均安全可靠地得到了使用。通過(guò)綜合監(jiān)測(cè)與日常監(jiān)測(cè)證明，工作面順槽巷道、開(kāi)切眼、回撤通道的永久支護(hù)和回撤通道的加強(qiáng)支護(hù)方式是合理的，保證了巷道的可靠使用，回撤通道的支護(hù)方式滿(mǎn)足了末采貫通要求。寺河礦首采工作面順槽巷道、開(kāi)切眼、回撤通道斷面大，沿煤層底板掘進(jìn)，頂板為比較破碎的煤層，而且部分區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，支護(hù)難度很大。而且順槽和回撤通道均受到回采動(dòng)壓影響，尤其是回撤通道，如采用工字鋼棚支護(hù)，技術(shù)上是不可行的，勢(shì)必會(huì)造成金屬棚明顯變形，巷道圍巖變形得不到有效控制。采用高強(qiáng)度錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)，從技術(shù)上是合理的。從安設(shè)的測(cè)力錨桿的受力分析和頂板離層儀的顯示數(shù)據(jù)來(lái)看，錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上也是合理、可靠的。

5 寺河礦瓦斯綜合治理技術(shù)

2002年礦井投產(chǎn)之前礦井瓦斯絕對(duì)涌出量達(dá)到158m³/min，2003年進(jìn)行礦井瓦斯等級(jí)鑒定時(shí)，寺河礦絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到337.8 m³/min，相對(duì)瓦斯涌出量為27.88m³/t，2006年絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到486 m³/min，如此之高的瓦斯涌出量勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重阻礙現(xiàn)代化設(shè)備的能力發(fā)揮。為了治理瓦斯，始終堅(jiān)定地貫徹落實(shí)瓦斯治理“十二字”方針：即在“以風(fēng)定產(chǎn)”方面堅(jiān)持“多風(fēng)井、大風(fēng)機(jī)、高風(fēng)量”；在“監(jiān)測(cè)監(jiān)控”方面堅(jiān)持“高投入、設(shè)備全、高性能”；在“先抽后采”方面堅(jiān)持“大能力、多方位、早預(yù)抽”，以此強(qiáng)化瓦斯治理工作，最終實(shí)現(xiàn)“本質(zhì)安全型”的最終目標(biāo)。

高瓦斯礦井開(kāi)采實(shí)踐：使我們深刻認(rèn)識(shí)到，治理瓦斯必須抓住根本，實(shí)施“強(qiáng)化抽放”戰(zhàn)略。同時(shí)將地面抽放與井下抽放充分結(jié)合起來(lái)，提高礦井瓦斯治理效果，保證礦井安全生產(chǎn)。

5.1進(jìn)行地面鉆井超前預(yù)抽，開(kāi)發(fā)煤層瓦斯

晉城煤業(yè)集團(tuán)于1992年引進(jìn)美國(guó)地面鉆孔釋壓技術(shù)，開(kāi)始展開(kāi)地面煤層瓦斯氣開(kāi)發(fā)研究工作，1995年與美國(guó)美中能源公司合資成立了山西晉丹能源研究開(kāi)發(fā)公司，主要從事寺河礦所屬潘莊井田地面煤層瓦斯氣開(kāi)發(fā)。

寺河礦潘莊區(qū)井田煤層瓦斯開(kāi)發(fā)首先施工了7口示范井（其中一口取芯化驗(yàn)井），1995年開(kāi)始施工，到1997年完工，均已產(chǎn)氣，其中最高單井日產(chǎn)氣量超過(guò)12000m³/d，單井平均產(chǎn)氣量2850m³/d。這一煤層瓦斯井群排采試驗(yàn)的成功，有力地推動(dòng)了沁水煤田煤層瓦斯的開(kāi)發(fā)工作。

2006年底在寺河礦潘莊區(qū)塊井田鹿底—下河地段已施工490口煤層瓦斯氣井，井距為310×250m，目前208口井運(yùn)行，2006年度累計(jì)產(chǎn)氣量10002萬(wàn)m³。到2010年完成整個(gè)寺河區(qū)塊的煤層瓦斯氣開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)氣量3億m³，為12萬(wàn)kW的煤層氣電廠(chǎng)提供充足氣源。

5.2 建立永久瓦斯抽放系統(tǒng)，實(shí)施井下雙系統(tǒng)瓦斯抽放

寺河礦于2000年5月建成了礦井瓦斯永久抽放系統(tǒng)。，地面泵站（布置示意圖見(jiàn)圖11）設(shè)計(jì)抽放能力為2億m³/a，安裝6臺(tái)CBF710-2BG₃型水環(huán)式真空泵，單臺(tái)抽氣速率440～480m³/min，最高運(yùn)行負(fù)壓80kPa，配套使用YB560M1-4W型防爆電機(jī)和SEW公司生產(chǎn)的風(fēng)冷式減速器，電機(jī)功率630kW，抽放能力達(dá)到400Nm³/min以上。

圖11  寺河礦井瓦斯永久抽放泵站布置示意圖

2002年底在東區(qū)井下又建成了永久瓦斯抽放系統(tǒng)，用于東區(qū)采空區(qū)瓦斯抽放并兼顧地面泵站接力加壓。

目前，寺河礦地面泵站并聯(lián)運(yùn)行了兩臺(tái)2BE1-710泵和一臺(tái)CBF710泵，標(biāo)態(tài)下，抽放混量為269m³/min，抽放瓦斯?jié)舛冗_(dá) 50~58％，甲烷純量在140Nm³/min以上。

井下泵站采空區(qū)抽放濃度在17~20％，抽放甲烷純量達(dá)15m³/min，全礦抽放瓦斯純量達(dá)到155m³/min，礦井的抽放率達(dá)到35～40％。全礦2006年的抽放量達(dá)到了13922萬(wàn)m³。

5.3 利用順煤層長(zhǎng)鉆孔實(shí)施煤層瓦斯區(qū)域性預(yù)抽放

根據(jù)順煤層長(zhǎng)鉆孔施工可以達(dá)到的長(zhǎng)度，在寺河礦進(jìn)行了區(qū)域性抽放技術(shù)的應(yīng)用研究(如圖12所示)，即在工作面圈定前兩至三年，甚至是更長(zhǎng)時(shí)間，將劃定的區(qū)域順煤層布置鉆孔進(jìn)行抽放，平均打鉆長(zhǎng)度達(dá)到300~400m，基本上能夠覆蓋兩個(gè)工作面區(qū)域。在寺河礦東二盤(pán)區(qū)輔助回風(fēng)巷以東500m煤層區(qū)域內(nèi)布置長(zhǎng)鉆孔123個(gè)，鉆孔間距6~8m，鉆孔總進(jìn)尺38000m，平均鉆孔長(zhǎng)度308.9m，最長(zhǎng)達(dá)507m。經(jīng)測(cè)定，寺河礦東二盤(pán)區(qū)輔助回風(fēng)巷以東500m抽放模塊區(qū)域內(nèi)，瓦斯儲(chǔ)量為5106萬(wàn)m³，2002年10月份鉆孔施工完畢在抽后，抽放瓦斯純量為27.13Nm³/min，平均百米鉆孔抽放量為0.0714Nm³/min，瓦斯抽放純量為24.85Nm³/min，百米鉆孔抽放量衰減至0.0654Nm³/min。到一年后停抽為止,累計(jì)抽放瓦斯量為1366m³/min，抽放模塊的預(yù)抽率達(dá)到26.75％。有效降低了該區(qū)域煤體采掘活動(dòng)過(guò)程中瓦斯治理的難度。目前寺河礦已進(jìn)行5個(gè)類(lèi)似的瓦斯區(qū)域抽放，都取得了明顯效果。如2002年在西軌1^#橫川附近約200m的區(qū)域?qū)嵤﹨^(qū)域抽放，共施工23個(gè)長(zhǎng)鉆孔，總進(jìn)尺9992m，平均孔長(zhǎng)435m，最長(zhǎng)孔505m，鉆孔平均瓦斯流量1.276m³/min，濃度為66%，百米鉆孔瓦斯抽放量達(dá)0.196m³/min。

5.4 采掘過(guò)程中的瓦斯抽放

在采掘活動(dòng)中，為有效治理瓦斯還同時(shí)采取了多重的瓦斯抽放形式，也取得了非

常好的效果。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，每隔150m，在工作面煤層內(nèi)設(shè)鉆場(chǎng)施工扇形長(zhǎng)鉆孔（如圖13所示），抽放掘進(jìn)面前方和圈定區(qū)域內(nèi)的瓦斯，鉆孔長(zhǎng)度多在200m左右，這種方式不但消除了因巷道瓦斯的大量涌出而影響巷道前方掘進(jìn)，而且也對(duì)煤體進(jìn)行提前預(yù)抽，增加了采面預(yù)抽時(shí)間。在采煤工作面圈出后，在工作面另一側(cè)巷道內(nèi)向工作面煤體內(nèi)再布置平行順層孔進(jìn)行預(yù)抽放（如圖14所示）；針對(duì)工作面走向越往里開(kāi)采時(shí)間越早，采前預(yù)抽時(shí)間越短的特點(diǎn)，根據(jù)可抽時(shí)間有意識(shí)地加密鉆孔，實(shí)施強(qiáng)化抽放，以消除或減少開(kāi)采時(shí)的瓦斯影響。順煤層長(zhǎng)鉆孔的施工，減少了因封孔對(duì)鉆孔的損耗，緩解了高瓦斯礦井的通風(fēng)和采掘銜接，提高了煤體預(yù)抽效率。

5.5 采空區(qū)瓦斯抽放

半封閉或全封閉采空區(qū)抽放采空區(qū)瓦斯。采空區(qū)半封閉抽放是指采煤工作面在回采過(guò)程中，在尾巷橫川或者在尾巷口打密閉插管進(jìn)行抽放，這種抽放方法需要大直徑的抽放管道以滿(mǎn)足大流量的瓦斯抽放，來(lái)有效地改善上隅角風(fēng)流流動(dòng)狀況，從而使上隅角瓦斯流動(dòng)方向改向采空區(qū)，達(dá)到瓦斯治理的目的。全封閉采空區(qū)瓦斯抽放是在工作面回采結(jié)束后，在工作面進(jìn)回風(fēng)巷道口處進(jìn)行封閉，并在回風(fēng)巷口插管進(jìn)行抽放；或者是在工作面回采結(jié)束后，利用回采時(shí)大直徑傾斜鉆孔、采空區(qū)半封閉插管等遺留的抽放設(shè)施進(jìn)行進(jìn)一步的瓦斯抽放，以減少采空區(qū)瓦斯對(duì)臨近工作面的影響。

5.6 瓦斯抽放效果及抽放量

現(xiàn)寺河礦在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下抽放純瓦斯155m³/min,其中本煤層抽放140m³/min，采空區(qū)抽放15m³/min，礦井抽放率達(dá)到35~40％；2006年寺河礦瓦斯預(yù)抽放量達(dá)到了13922萬(wàn)m³。

6 采用多風(fēng)井分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，回采工作面三進(jìn)兩回通風(fēng)系統(tǒng),提高礦井通風(fēng)量

礦井通風(fēng)上的主要措施體:（1）堅(jiān)持以風(fēng)定產(chǎn)。在2002年至2006年間,寺河礦堅(jiān)持通風(fēng)能力和生產(chǎn)能力同步增長(zhǎng)的原則,新增風(fēng)井3個(gè)，新安裝大功率大風(fēng)量對(duì)旋主要通風(fēng)機(jī)4臺(tái)，新增礦井通風(fēng)能力688萬(wàn)t/a，適應(yīng)了礦井高速發(fā)展的要求。寺河礦2001~2005年通風(fēng)瓦斯變化情況見(jiàn)表11。

表11     寺河礦2001-2006年通風(fēng)瓦斯變化情況表

    寺河礦在上莊風(fēng)井裝備的BDK-10-4.0型通風(fēng)機(jī)是國(guó)內(nèi)運(yùn)行最大的主要通風(fēng)機(jī)之一，單臺(tái)風(fēng)機(jī)供風(fēng)能力超過(guò)24000m³/min，負(fù)壓超過(guò)6000Pa.（2）堅(jiān)持優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)。寺河礦現(xiàn)有5個(gè)進(jìn)風(fēng)井4個(gè)回風(fēng)井，實(shí)現(xiàn)了分區(qū)通風(fēng)（寺河礦現(xiàn)開(kāi)采的盤(pán)區(qū)與風(fēng)井布置情況如表12所示），一井一面的供風(fēng)模式，能夠有效解決工作面產(chǎn)量高，生產(chǎn)集中，瓦斯涌出量大，井田面積大的困難。實(shí)踐證明，分區(qū)通風(fēng)模式是成功的。

                表12 盤(pán)區(qū)及對(duì)應(yīng)的風(fēng)井

6.1回采工作面三進(jìn)兩回通風(fēng)系統(tǒng)

風(fēng)巷33023巷，兩條回風(fēng)巷33022、33024巷，33021、33025巷的風(fēng)流通過(guò)工作面，稀釋工作面瓦斯，33023巷的風(fēng)流通過(guò)回風(fēng)橫川回到兩條回風(fēng)巷，一方面稀釋回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛仍?.0%以下，另一方面給上隅角施加正壓，上隅角的風(fēng)流方向保持流向滯后的尾巷橫川，采空區(qū)瓦斯自從尾巷橫川回出，始終影響不到回采工作面，在生產(chǎn)過(guò)程中上隅角瓦斯保持在0.4%~0.8%之間，始終處于受控狀態(tài)。如圖16所示。

 

圖16         大采高工作面三進(jìn)兩回通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

這種通風(fēng)系統(tǒng)過(guò)風(fēng)量大，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，采用偏Y型尾巷的通風(fēng)技術(shù)，改變了上隅角風(fēng)流流動(dòng)方向，消除了上隅角風(fēng)流渦流狀況，從根本上解決了瓦斯集聚的因素，盡管整個(gè)工作面瓦斯涌出量大，但上隅角瓦斯穩(wěn)定地控制在《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定1.5％的管理范圍之內(nèi)，保證了工作面的安全生產(chǎn)。

寺河礦大采高工作面采用三進(jìn)兩回偏Y型通風(fēng)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)甚至在世界上都是首次應(yīng)用，其巨大的過(guò)風(fēng)能力和科學(xué)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為在高瓦斯礦井實(shí)施高產(chǎn)高效提供了保證，同時(shí)在應(yīng)用中形成了“超前打墻、分段封閉、調(diào)整風(fēng)量、控制瓦斯”通風(fēng)瓦斯管理模式，成為我們治理瓦斯的一項(xiàng)主要技術(shù)。

這種通風(fēng)系統(tǒng)過(guò)風(fēng)量大，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，采用偏Y型尾巷的通風(fēng)技術(shù)，改變了上隅角風(fēng)流流動(dòng)方向，消除了上隅角風(fēng)流渦流狀況，從根本上解決了瓦斯積聚的問(wèn)題，盡管整個(gè)工作面瓦斯涌出量大，但上隅角瓦斯穩(wěn)定地控制在《煤礦安全規(guī)程》允許的1.5％以下，保證了工作面的安全生產(chǎn)。

寺河礦大采高工作面采用三進(jìn)兩回偏Y型通風(fēng)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)甚至在世界上都是首次應(yīng)用，其巨大的過(guò)風(fēng)能力和科學(xué)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為在高瓦斯礦井實(shí)施高產(chǎn)高效提供了保證，同時(shí)在應(yīng)用中形成了“超前打墻、分段封閉、調(diào)整風(fēng)量、控制瓦斯”的通風(fēng)瓦斯管理模式，成為我們治理瓦斯的一項(xiàng)主要技術(shù)。

6.2 多巷掘進(jìn)時(shí)工作面通風(fēng)技術(shù)

高瓦斯的現(xiàn)狀決定寺河礦在煤層瓦斯未得到有效排放或抽放的條件下單巷無(wú)法掘進(jìn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),在煤巷掘進(jìn)過(guò)程中, 煤巷掘進(jìn)頭瓦斯涌出量一般為0.9~2.7 m³/min, 新鮮煤壁百米瓦斯涌出量平均達(dá)到1.4 m³/min,礦井巷道煤壁百米瓦斯涌出量平均達(dá)到0.3~0.7 m³/min  巷道百米煤壁的瓦斯衰減率為0.095 m³/min /月。當(dāng)遇到構(gòu)造時(shí),巷道百米瓦斯涌出量高達(dá)8~10 m³/min。

首先保證礦井有足夠的風(fēng)量稀釋排放的瓦斯，寺河礦目前有五個(gè)進(jìn)風(fēng)井、四個(gè)回風(fēng)井，礦井供風(fēng)能力達(dá)到每分鐘70000m³/min，為掘進(jìn)工作面掘進(jìn)提供了足夠的可用風(fēng)量。

其次保證安全技術(shù)裝備，掘進(jìn)工作面選用大功率風(fēng)機(jī)(2×30kW、2×55kW對(duì)旋風(fēng)機(jī),大直徑(800或1000mm)風(fēng)筒,使單頭供風(fēng)量達(dá)到500~1100 m³/min. 所有掘進(jìn)面均實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)雙電源自動(dòng)切換和三專(zhuān)兩閉鎖。

第三使用大功率風(fēng)機(jī)能夠保證單巷快速掘進(jìn)100m,瓦斯不超限的條件，寺河礦采用多巷機(jī)械化平行掘進(jìn)施工，在掘進(jìn)過(guò)程中不斷貫通新橫川,隨后采用板墻密閉舊橫川,引入全風(fēng)壓風(fēng)量稀釋煤壁瓦斯。

第四通過(guò)抽放手段，降低瓦斯的涌出量，減輕配風(fēng)的壓力。實(shí)踐證明，寺河礦在高瓦斯的條件下，采取機(jī)械化多巷平行掘進(jìn)施工使得礦井掘進(jìn)能力與礦井回采能力相匹配，達(dá)到了高產(chǎn)高效。

6.3 巷道快速密閉

工作面采用五巷布置，回風(fēng)側(cè)的回風(fēng)雙巷是下一個(gè)工作面的進(jìn)風(fēng)側(cè)雙巷，隨工作面的推進(jìn)，需要保留。工作面通風(fēng)系統(tǒng)始終只保持一個(gè)開(kāi)路尾部橫川，巷道橫川間距離為50m，每當(dāng)工作面推至一個(gè)橫川口，原開(kāi)路的尾部橫川必須封閉，每4~5d封閉一次采空區(qū)。通過(guò)兩年的不斷試驗(yàn)，形成了寺河礦特有的采空區(qū)快速密閉方式：

 ⑴ 采用化學(xué)聚合產(chǎn)品封閉：寺河礦采用羅克休、馬麗散泡沫等化學(xué)產(chǎn)品進(jìn)行了采空區(qū)密閉，取得了一些經(jīng)驗(yàn)。

 ⑵ 混凝土噴漿：寺河礦目前主要采用噴砼方式進(jìn)行采空區(qū)密閉，通過(guò)在噴漿料配比中添加外加劑后，快速凝固且成型好，大斷面條件下一次噴砼可以超過(guò)500mm. 通過(guò)合理調(diào)整施工時(shí)間，做到了封閉采空區(qū)不占用生產(chǎn)時(shí)間。

6.4 瓦斯綜合利用

寺河礦瓦斯綜合利用經(jīng)歷了多個(gè)發(fā)展階段，總的來(lái)看瓦斯利用的有效途徑為發(fā)電與民用。1997年為了充分利用地面試驗(yàn)鉆孔抽出的瓦斯，減少環(huán)境污染，建成了2×120kW瓦斯氣發(fā)電站，進(jìn)行發(fā)電嘗試。2000年隨著寺河礦建成了礦井瓦斯永久抽放系統(tǒng)，配套建成一座1萬(wàn)m³儲(chǔ)氣柜，瓦斯抽放量大增，為此從2000年到2003年寺河礦陸續(xù)安裝了6臺(tái)單機(jī)容量為2000kW的WJ6G1型燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐及配套3000kW的QFK-3-2型蒸汽輪機(jī)，形成了現(xiàn)在正在運(yùn)行的裝機(jī)容量為1.5萬(wàn)kW的瓦斯發(fā)電站；瓦斯首先通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電，其排出的尾氣溫度可達(dá)400~450⁰C，通過(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)再發(fā)電，剩余的蒸汽夏季制冷，冬季供暖，提高了瓦斯的利用率，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。

到目前為止電站年發(fā)電量近1×10⁸kWh，年消耗瓦斯量4885萬(wàn)m³,利潤(rùn)可觀(guān)。另外，寺河礦井下抽放瓦斯在鍋爐供暖、食堂做飯和職工洗浴等方面也得到了廣泛的應(yīng)用。目前，燃?xì)廨啓C(jī)的用氣量約94m³/min，鍋爐、食堂用氣量約為45m³/min，井下抽放瓦斯的利用率達(dá)到了90％。煤層瓦斯發(fā)電的成功更加堅(jiān)定了綜合利用瓦斯的信心，擬建的12萬(wàn)kW的煤層瓦斯氣電廠(chǎng)已經(jīng)于2003年7月1日開(kāi)工建設(shè)，2005年第一期工程可以投運(yùn)，2008年年底完工，寺河礦的瓦斯發(fā)電事業(yè)必將開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新局面。

7 寺河礦主、輔運(yùn)輸系統(tǒng)

7.1 寺河礦長(zhǎng)距離皮帶運(yùn)輸主運(yùn)系統(tǒng)

提高礦井生產(chǎn)效率的關(guān)鍵是主運(yùn)輸，制約礦井產(chǎn)量增長(zhǎng)的瓶頸是主運(yùn)輸。因此，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)系統(tǒng)皮帶化成為提高礦井生產(chǎn)效率的必然趨勢(shì)。而寺河礦主運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)之一是距離長(zhǎng)，從長(zhǎng)壁大采高綜采工作面到洗煤廠(chǎng)入口總的運(yùn)輸距離在10km以上，運(yùn)距之長(zhǎng)為國(guó)內(nèi)目前之最。寺河礦在礦井優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)對(duì)主斜井的提升和東大巷的運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了良好的設(shè)備選型和配制。

寺河礦井主斜井選用了沈陽(yáng)礦山機(jī)械廠(chǎng)生產(chǎn)的DX-1400/744型鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)，輸送能力為1600t/h，擔(dān)負(fù)著礦井東翼的煤炭提升任務(wù)。該膠帶輸送機(jī)帶寬為1400mm，提升高度為213.96m，水平長(zhǎng)度為749.995m，膠帶運(yùn)行速度4m/s，裝機(jī)功率為2×800kW，可控啟動(dòng)裝置為美國(guó)道奇公司生產(chǎn)的750KS型CST，阻燃抗撕鋼絲繩芯輸送帶的型號(hào)為ST2500（上膠厚10mm，下膠厚6mm，總厚24mm），拉緊形式為機(jī)尾部重載小車(chē)?yán)o。主控系統(tǒng)采用天津貝克公司的PROMOS監(jiān)控系統(tǒng)。

寺河礦東膠大巷鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)主要承擔(dān)由各個(gè)工作面生產(chǎn)出的原煤，其型號(hào)為DX-1400/6900，帶寬為1400mm，輸送能力為2500t/h，提升高度為135.051m，水平長(zhǎng)度為6757.886m，裝機(jī)功率為3×800kW，減速器為美國(guó)道奇公司生產(chǎn)的630KS型CST，阻燃抗撕鋼絲繩芯輸送帶的型號(hào)為ST2000（上膠厚9.5mm，下膠厚5.5mm，總厚21mm），拉緊形式為澳大利亞APW公司生產(chǎn)的自動(dòng)張緊絞車(chē)。

寺河礦井東大巷帶式輸送機(jī)是國(guó)內(nèi)輸送距離最長(zhǎng)的輸送機(jī)系統(tǒng)，具有運(yùn)量大、距離長(zhǎng)、多點(diǎn)CST驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。其參數(shù)設(shè)定和設(shè)備選型有廣泛的參考和借鑒意義。

寺河礦自投產(chǎn)以來(lái)，采區(qū)經(jīng)過(guò)了許多復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，在過(guò)軟煤區(qū)過(guò)程中發(fā)生多次冒頂，產(chǎn)生了大量矸石，皮帶機(jī)成功經(jīng)受了惡劣地質(zhì)條件的考驗(yàn)。東大巷輸送機(jī)從開(kāi)始運(yùn)行至今, 始終運(yùn)行正常,為我礦的正常生產(chǎn)提供了可靠的保障。證明該套設(shè)備的整體運(yùn)行還是非?？煽康模瑵M(mǎn)足了寺河礦高產(chǎn)高效的要求。

7.2 寺河礦無(wú)軌化礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)

隨著煤礦企業(yè)的集約化生產(chǎn)，高產(chǎn)高效礦井的輔助運(yùn)輸方式已經(jīng)發(fā)生了根本性的變化，實(shí)現(xiàn)了有軌運(yùn)輸?shù)綗o(wú)軌運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)變。從而提高了礦井生產(chǎn)效率和解決了制約礦井可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

由于寺河礦井盤(pán)區(qū)距離遠(yuǎn)，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，為滿(mǎn)足設(shè)備快速運(yùn)輸與安裝，以減少搬家停工時(shí)間，設(shè)計(jì)選用防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的無(wú)軌膠輪車(chē)作為輔助運(yùn)輸?shù)墓ぞ摺?

⑴ 人員運(yùn)輸

人  員    ^{架空猴車(chē)}   井底車(chē)場(chǎng)  ^{膠輪車(chē)}      東軌大巷    ^{膠輪車(chē)}  各工作面

⑵ 設(shè)備、材料運(yùn)輸

設(shè)備、材料  ^付井提升  付井底    ^{電瓶車(chē)}   換裝站    ^{膠輪車(chē)} 東軌大巷  ^{膠輪車(chē)}   各工作面

8.寺河礦模塊式重介洗煤系統(tǒng)及定量裝車(chē)系統(tǒng)

晉城煤業(yè)集團(tuán)公司寺河礦選煤廠(chǎng)是一座特大型現(xiàn)代化無(wú)煙煤選煤廠(chǎng),設(shè)計(jì)處理能力為8Mt/a,其中塊煤系統(tǒng)能力為5Mt/a,末煤系統(tǒng)為3Mt/a,主洗系統(tǒng)由澳大利亞朗艾道公司設(shè)計(jì)施工,2002 年11月正式投產(chǎn),主要設(shè)備全部從國(guó)外引進(jìn)。工藝系統(tǒng)靈活、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可生產(chǎn)洗中塊、洗小塊、洗末、標(biāo)末等品種。分選工藝為:80~13mm塊原煤采用重介淺槽分選,13~1.5mm末原煤采用重介旋流器分選,1.5~0.1mm煤泥采用螺旋分選機(jī)分選。

塊煤采用兩臺(tái)重介淺槽分選機(jī)分選出精煤和矸石，精煤經(jīng)雙層篩脫水脫介篩后分中、小塊入倉(cāng)，矸石脫水脫介后入矸石倉(cāng)。末煤入洗采用兩種入洗方式，1.5mm以上物料采用重介旋流器分選，1.5mm以下物料采用36頭螺旋分選機(jī)分選。

寺河礦洗煤廠(chǎng)的總體設(shè)計(jì)、設(shè)備布置、設(shè)備選型及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化、自動(dòng)化工藝及設(shè)備創(chuàng)新等方面值得借鑒和推廣,寺河礦洗煤廠(chǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)改造和設(shè)備更新等方面尤其值得效仿,由此給企業(yè)帶來(lái)的效益將是可觀(guān)的,也更加有利于企業(yè)的可持續(xù)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

產(chǎn)品由產(chǎn)品倉(cāng)下給煤機(jī)給到皮帶機(jī)，經(jīng)四條總運(yùn)輸量為5000t/h皮帶轉(zhuǎn)載到裝車(chē)站進(jìn)行裝車(chē)。裝車(chē)站長(zhǎng)11.938m，寬16.58m,跨兩股道設(shè)置，每股道上各設(shè)一套美國(guó)KSS公司單元定量裝車(chē)漏斗,分別裝塊煤、末煤產(chǎn)品。單元定量裝車(chē)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，操作方便，裝車(chē)速度塊，每裝一節(jié)車(chē)皮僅用45s，裝車(chē)煤量精度高，裝車(chē)誤差在1‰內(nèi)。

9. 礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

寺河礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)為KJ72型安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2001年開(kāi)始籌建，2003年9月正式投運(yùn)。井下環(huán)境安全監(jiān)控及生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)使用HONEYWELL的廠(chǎng)景服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析、趨勢(shì)、事件和生產(chǎn)報(bào)表等功能，并與礦井信息系統(tǒng)（MIS）集成。井下15個(gè)分站，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊與13km光纜相連接，采用DH+工業(yè)控制總線(xiàn)模式，構(gòu)成監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主干同纜光環(huán)路網(wǎng)絡(luò)。由于采用先進(jìn)的自糾錯(cuò)技術(shù)，DH+不存在誤碼問(wèn)題。通訊干線(xiàn)采用礦用單模多芯阻燃光纜，傳輸距離超過(guò)25km。該主干網(wǎng)絡(luò)與井上ControlLogix網(wǎng)關(guān)相連，通過(guò)網(wǎng)關(guān)把分站從傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)傳給地面監(jiān)測(cè)控制中心，地面監(jiān)測(cè)控制中心的數(shù)據(jù)也是通過(guò)這個(gè)網(wǎng)關(guān)下傳給井下各分站。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用令牌傳輸技術(shù)，傳輸波特率為57.6kb/s。實(shí)現(xiàn)分站與分站，分站和地面之間的通訊。系統(tǒng)巡檢周期為5s。

寺河礦井于1996年12月開(kāi)工建設(shè)，2002年7月投入試生產(chǎn)，同年11月8日通過(guò)國(guó)家竣工驗(yàn)收，正式投產(chǎn)。在半年時(shí)間內(nèi)完成原煤產(chǎn)量203萬(wàn)t，當(dāng)年投產(chǎn)，當(dāng)年達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。2003年完成原煤產(chǎn)量501萬(wàn)t，2004年原煤產(chǎn)量達(dá)801萬(wàn)t。工作面最高日產(chǎn)超過(guò)3.4萬(wàn)t，連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)月單進(jìn)達(dá)1500m。2005年該礦原煤產(chǎn)量為1080萬(wàn)t。到2006年底完成原煤產(chǎn)量1080萬(wàn)t。

這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)為我國(guó)緩傾斜厚煤層的開(kāi)采探索了一種新的開(kāi)采工藝，為在高瓦斯礦區(qū)，復(fù)雜地質(zhì)條件下建設(shè)成年產(chǎn)量能達(dá)千萬(wàn)噸的礦井具有十分重要的意義，不僅能產(chǎn)生重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)我國(guó)高瓦斯礦區(qū)高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)和安全生產(chǎn)都具有十分重要的指導(dǎo)意義和借鑒作用，寺河礦的許多經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)都可在類(lèi)似條件的其它礦區(qū)使用和借鑒，對(duì)我國(guó)高瓦斯礦區(qū)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)和安全生產(chǎn)具有很大的推動(dòng)作用，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

實(shí)施效果：1. 礦井年產(chǎn)原煤達(dá)到了一千萬(wàn)噸

2004年寺河礦實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)原煤801萬(wàn)t，2005到2008連續(xù)四年原煤產(chǎn)量達(dá)到了1080萬(wàn)t，達(dá)到了預(yù)期有目標(biāo)。

2 .實(shí)施了地面的鉆孔瓦斯預(yù)抽；井下長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽和采空區(qū)雙系統(tǒng)抽放，瓦斯抽放率達(dá)到了60%

2004年底地面鉆孔瓦斯預(yù)抽開(kāi)工，到2006年完成了490口地面瓦斯抽鉆孔，運(yùn)行了208口井，形成了1.5億m³/年的煤層氣生產(chǎn)能力；2006年抽瓦斯1億多立方米,壓縮煤層瓦斯4000萬(wàn)m³。

目前，寺河礦地面泵站并聯(lián)運(yùn)行了兩臺(tái)2BE1-710泵和一臺(tái)CBF710泵，標(biāo)態(tài)下，長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽抽放混量為269m³/min，抽放瓦斯?jié)舛冗_(dá) 50~58％，甲烷純量在140Nm³/min以上；井下泵站采空區(qū)抽放濃度在17~20％，抽放甲烷純量達(dá)15m³/min，全礦抽放瓦斯純量達(dá)到155m³/min，礦井的抽放率達(dá)到35～40％。全礦2006年的抽放量達(dá)到了13922萬(wàn)m³。

3.巷道掘進(jìn)實(shí)現(xiàn)了月進(jìn)尺1500m的目標(biāo)，同時(shí)改造了國(guó)產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)，研制了錨桿機(jī)，組織了國(guó)產(chǎn)連掘配套裝置

寺河礦采用連續(xù)采煤機(jī)配套工藝進(jìn)行巷道掘進(jìn)時(shí)取得了較好的效果，連采設(shè)備月均進(jìn)尺1500m左右，但實(shí)踐中這種配套也存在明顯缺陷：

設(shè)備和配件價(jià)格昂貴且供應(yīng)不及時(shí)；頂錨桿、幫錨桿和錨索不能平行作業(yè)，支護(hù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；錨桿機(jī)超前支護(hù)為聯(lián)體式，對(duì)破碎頂板適應(yīng)性差；CHDDR  型錨機(jī)體過(guò)長(zhǎng)，調(diào)機(jī)速度慢。

在實(shí)踐的基礎(chǔ)上寺河礦開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的YMZ-2-2.5/6型自移行走式錨桿機(jī)錨桿錨索機(jī)、自制橋式轉(zhuǎn)載機(jī)（連運(yùn)機(jī)）和改進(jìn)后的國(guó)產(chǎn)S200MJ掘進(jìn)機(jī)組成了安全、高效、快速連續(xù)掘進(jìn)系統(tǒng)。該成果應(yīng)用在寺河礦斷面為16.5m²的煤巷中，月平均進(jìn)尺達(dá)1872ｍ，為我國(guó)煤礦采用掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)雙巷快速掘進(jìn)提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。

4.大采高工作面實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)原煤達(dá)650萬(wàn)t的目標(biāo)

礦井采用大采高綜合機(jī)械化采煤，首采工作面于2002年7月1日完成設(shè)備安裝，采煤機(jī)引進(jìn)德國(guó)艾柯夫公司SL-500型交流電牽引采煤機(jī)，該機(jī)最大采高5.6m,截深0.865m,牽引速度0~31.8m/min。液壓支架及工作面刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)從德國(guó)DBT公司引進(jìn)。液壓支架形式為二柱支撐掩護(hù)式，過(guò)渡架高度為2.25~4.5m,中間架高度為2.55~5.5m，移架循環(huán)時(shí)間6~8s。大采高綜采設(shè)備于投行以來(lái)，最高日產(chǎn)量達(dá)3.4萬(wàn)t，工作面產(chǎn)量年達(dá)到了650萬(wàn)t。

5.研制了國(guó)產(chǎn)的5.5m液壓支架和 6.2 m 液壓支架 

由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格接去開(kāi)會(huì)昂貴，為此晉城煤業(yè)集團(tuán)于2003年開(kāi)始與國(guó)內(nèi)煤機(jī)制造單位合作研制國(guó)產(chǎn)5.5m液壓支架。

結(jié)合我國(guó)國(guó)情設(shè)計(jì)的液壓支架，具有梁端曲線(xiàn)變化小、合力及支護(hù)強(qiáng)度穩(wěn)定、具備了可靠的抬底機(jī)構(gòu)、支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、附件及輔助動(dòng)作少、采用了屈服強(qiáng)度為680Mpa的高強(qiáng)度鋼板、焊縫強(qiáng)度高且配備了自動(dòng)化程度高的電液控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。由北京煤機(jī)廠(chǎng)和鄭州煤機(jī)廠(chǎng)加工制造的樣機(jī)分別通過(guò)了國(guó)家檢測(cè)中心的5萬(wàn)次型式試驗(yàn)。經(jīng)出廠(chǎng)檢驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合MT312-2000標(biāo)準(zhǔn)。

從2005年3月起開(kāi)始在2303工作面生產(chǎn)，共生產(chǎn)了5個(gè)月。試采初期兩個(gè)月，開(kāi)機(jī)率較低，約為60%。工作面開(kāi)機(jī)率較低、產(chǎn)量不高的主要原因主要是運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、環(huán)節(jié)多，皮帶機(jī)電控故障率高；又遇到兩條周邊小煤窯的老巷穿過(guò)，對(duì)回采影響較大。所以把考核期定在2005年5月至7月。期間工作面最高日產(chǎn)量2.51萬(wàn)t，平均日產(chǎn)量2萬(wàn)t以上；工作面最高月產(chǎn)量63萬(wàn)t。

2006年4月1日，搬家到3312工作面，截止2006年5月1日，又使用了一個(gè)月，生產(chǎn)原煤56萬(wàn)t。

隨后又開(kāi)始研制國(guó)產(chǎn) 6.2 m 液壓支架。該支架最大工作阻力9400KN，最大支護(hù)高度達(dá)6.2m，樣機(jī)經(jīng)國(guó)家煤礦支護(hù)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心5萬(wàn)次耐久試驗(yàn)，性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)的CEN1804－1標(biāo)準(zhǔn)。

于2006年6月10日起正式開(kāi)始在2307大采高工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)半年多的井下使用，使用狀況良好，最高日產(chǎn)量達(dá)3.05萬(wàn)噸以上，最高月產(chǎn)78.17萬(wàn)噸，截止到2006年12月底，該套支架的過(guò)煤量已達(dá)到410萬(wàn)噸。

6.試驗(yàn)成功了大采高工作面三進(jìn)兩回偏Y型通風(fēng)方式，最大配風(fēng)量達(dá)1萬(wàn)m³/min，保證了大采高工作面的通風(fēng)要求

通過(guò)5個(gè)方案的研究比較和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，確立了三進(jìn)兩回偏Y型的工作面通風(fēng)方式，形成“超前打墻、分段封閉、調(diào)整風(fēng)量、控制瓦斯”通風(fēng)瓦斯管理模式；該系統(tǒng)n改變了上隅角區(qū)域的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，解決了上隅角瓦斯超限問(wèn)題。通風(fēng)能力巨大，最大配風(fēng)量達(dá)1萬(wàn)m³/min，保證了大采高工作面的通風(fēng)要求。

7.所有煤巷全部實(shí)現(xiàn)了錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)

采用了動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法，運(yùn)用次生承載層、組合支護(hù)體系理論，通過(guò)幾年的研究，找到了大斷面（4.5*5.5m）、大跨度(12m左右)、強(qiáng)烈采動(dòng)壓力影響下的寺河礦煤巷支護(hù)方法。通過(guò)在7個(gè)工作面14余萬(wàn)m巷道中的實(shí)踐，巷道使用安全可靠，確保巷道能夠正常使用。確保簡(jiǎn)化了回采工作面端頭支護(hù)，加快工作面的推進(jìn)速度。

寺河礦煤巷錨桿支護(hù)項(xiàng)目的試驗(yàn)成功，極大地推動(dòng)了高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，為改革礦井開(kāi)采方法、巷道掘進(jìn)技術(shù)、輔助運(yùn)輸方式等奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)也帶動(dòng)了整個(gè)晉城地區(qū)乃至全國(guó)煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的改革，促進(jìn)了煤礦的安全生產(chǎn)。

8.輔助運(yùn)輸完全實(shí)現(xiàn)了膠輪車(chē)運(yùn)輸，大大簡(jiǎn)化了輔助運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)，提高了運(yùn)輸?shù)男?/b>

⑴ 人員運(yùn)輸

人  員    ^{架空猴車(chē)}   井底車(chē)場(chǎng)  ^{膠輪車(chē)}      東軌大巷    ^{膠輪車(chē)}  各工作面

⑵ 設(shè)備、材料運(yùn)輸

設(shè)備、材料  ^付井提升  付井底    ^{電瓶車(chē)}   換裝站    ^{膠輪車(chē)} 東軌大巷  ^{膠輪車(chē)}   各工作面

9.采用了提前掘切眼輔巷和回撤通道的方法，回采面搬家時(shí)間控制在15天之內(nèi)

平行于切眼距切眼30m布置有一條輔巷，與切眼有3個(gè)橫貫相連。安裝時(shí)，工作面的支架、溜子、采煤機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備均采用支架搬運(yùn)車(chē)、支架叉車(chē)由切眼輔巷運(yùn)往切眼，配合支架叉車(chē)調(diào)向安裝。工作面設(shè)備的安裝順序?yàn)椋涸O(shè)備列車(chē)（負(fù)荷中心、泵站）→馬蒂爾液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)→刮板機(jī)→采煤機(jī)→支架。

利用主副撤架通道回撤設(shè)備的方法：在工作面停采線(xiàn)處，提前掘出主撤架通道（5.5×3.8m），距離主撤架通道25m掘出輔助撤架通道（4.5×3.8m），主副撤架通道之間利用4個(gè)橫川（4.5×3.8m）相連。主副撤架通道的提前施工,實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的快速停采搬家，充分利用四個(gè)橫川優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)撤架，分段回收。整個(gè)工作面搬家時(shí)間都在15天之內(nèi)。

發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn)：1）結(jié)合寺河礦煤層瓦斯賦存特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的成套瓦斯抽放技術(shù)，包括地面鉆孔壓裂預(yù)抽；工作面長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽和采空區(qū)抽放的井下雙系統(tǒng)抽放，年抽放量

達(dá)到了7409萬(wàn)m³，抽放瓦斯的90%以上都得到了利用；建立了完善的瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）大采高工作面首次采用三進(jìn)兩回偏Y型通風(fēng)系統(tǒng)，配風(fēng)能力達(dá)到15000 m³/min；

（3）根據(jù)寺河礦的地質(zhì)條件和生產(chǎn)技術(shù)水平，在沁水煤田首次采用大采高工作面回采工藝和裝備，工作面一次采高達(dá)到了6.2m，有效地提高了工作面的回收率，工作面日產(chǎn)量最高達(dá)到3.1萬(wàn)t，月產(chǎn)量最高達(dá)到78萬(wàn)t,為礦井高產(chǎn)高效奠定了基礎(chǔ)。

（4）研究和開(kāi)發(fā)了適合本礦地質(zhì)條件的煤巷快速掘進(jìn)配套裝備及工藝，使單機(jī)月進(jìn)尺達(dá)到1500m以上。

（5）解決了大斷面煤巷順槽、切眼和撤架通道的支護(hù)工藝和技術(shù)。

（6）實(shí)現(xiàn)了工作面快速搬家，采用了無(wú)軌膠輪車(chē)輔助運(yùn)輸和長(zhǎng)距離(7km)皮帶輸送技術(shù)。

應(yīng)用情況：晉城礦區(qū)3號(hào)煤層儲(chǔ)量豐富，煤層瓦斯含量較大，平均厚度6m左右，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層平緩，以寬緩的褶曲為主，適合大規(guī)模綜合開(kāi)發(fā)，建設(shè)大型高產(chǎn)高效礦井。         

根據(jù)開(kāi)采技術(shù)條件，為了提高資源回收率，將寺河礦、趙莊礦、長(zhǎng)平礦3對(duì)生產(chǎn)礦井定位于采用大采高開(kāi)采工藝的礦井。因此，大采高支架在晉城煤業(yè)集團(tuán)得到推廣應(yīng)用是毫無(wú)疑義的。

除寺河礦外，還有成莊礦采用了雙系統(tǒng)瓦斯抽放工藝；成莊礦、趙莊礦采用了雙巷快速掘進(jìn)工藝；趙莊礦的輔助運(yùn)輸采用了無(wú)軌膠輪車(chē)；晉城煤業(yè)集團(tuán)其它礦井都采用了煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)。

正是由于5.5m大采高工作面回采工藝的成功，促進(jìn)了晉城煤業(yè)集團(tuán)6.2m液壓支架的研制，把工作面的采高由原來(lái)的5.5m增加到了6.2m。同時(shí)也促進(jìn)了神華集團(tuán)把工作面的采高的增加和其6.3m液壓支架的研制

在高瓦斯礦區(qū)，建設(shè)年產(chǎn)量達(dá)千萬(wàn)噸的礦井具有十分重要的意義，不僅能產(chǎn)生重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)我國(guó)高瓦斯礦區(qū)高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)和安全生產(chǎn)都具有十分重要的指導(dǎo)意義和借鑒作用，寺河礦的許多經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)都可在類(lèi)似條件的其它礦區(qū)使用和借鑒，對(duì)我國(guó)高瓦斯礦區(qū)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)和安全生產(chǎn)具有很大的推動(dòng)作用，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

經(jīng)濟(jì)效益：

233536.2                     單位：萬(wàn)元(人民幣)
項(xiàng)目總投資額	270700萬(wàn)元		回收期(年)
欄目 年份	新增利潤(rùn)	新增稅收		創(chuàng)收外匯 (美元)		節(jié)支總額
2004	16200	21060				110310
2005	33700	43810				9055.2
2006	35000	43550				29271
累   計(jì)	84900	108420				148636.2

各欄目的計(jì)算依據(jù)：

2004年生產(chǎn)原煤801萬(wàn)t,利潤(rùn)1.6億元,稅收2.1億元；2005年生產(chǎn)原煤1080萬(wàn)t,利潤(rùn)3.3億元,稅收4.4億元；2006年生產(chǎn)原煤1080萬(wàn)t,利潤(rùn)3.5億元,稅收4.9億元。

與國(guó)內(nèi)煤機(jī)制造公司等單位合作研制了5.5m支架一套，每臺(tái)國(guó)產(chǎn)2.55/5.5支架平均每臺(tái)售價(jià)51.4萬(wàn)元（含進(jìn)口電液控制系統(tǒng)），進(jìn)口支架比國(guó)產(chǎn)支架每臺(tái)多售68.6萬(wàn)元。配套一個(gè)綜采工作面需安裝132個(gè)支架，采用國(guó)產(chǎn)支架可節(jié)約9055.2萬(wàn)元。

合作研制了6.2m液壓支架一套，如果采用整套進(jìn)口，折合到每架支架的單價(jià)為323萬(wàn)元，這樣一套支架共需要42728萬(wàn)元。而國(guó)產(chǎn)支架共用了13456萬(wàn)元,采用國(guó)產(chǎn)支架可節(jié)約29271萬(wàn)元，2004年，寺河礦裝備兩套連掘工作面。進(jìn)口設(shè)備6277萬(wàn)元,國(guó)產(chǎn)設(shè)備1122萬(wàn)元,兩套設(shè)備共節(jié)約資金110310萬(wàn)元.

社會(huì)效益： 該項(xiàng)目完成極大改善工作面的作業(yè)環(huán)境，有利于保護(hù)工人的身體健康。同時(shí)提高了礦區(qū)對(duì)高瓦斯煤層開(kāi)采有積極性，有利于保護(hù)國(guó)家資源。放頂煤相比，工作面回收率提高了5%，保護(hù)了煤炭資源。所抽放的瓦斯的得到了利用，保護(hù)了環(huán)境。

大采高對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的貢獻(xiàn)還表現(xiàn)在瓦斯、煤塵等惡性事故的預(yù)防方面。首先，采用6.2m大采高后，由于進(jìn)、回風(fēng)巷道斷面較大，保證了有效通風(fēng)斷面，對(duì)回采工作面瓦斯管理十分有利。其二，對(duì)于完整性差的煤層，頂煤發(fā)生松動(dòng)后，容易從支架間發(fā)生漏頂，形成許多冒落空洞，不僅接頂不實(shí)，而且容易造成局部瓦斯積聚。采用6.2m大采高，使頂板保持為一個(gè)整體，可有效避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)。

大采高液壓支架的成功研制促進(jìn)我國(guó)煤機(jī)制造業(yè)的快速發(fā)展。這一項(xiàng)目的完成為我國(guó)緩傾斜厚煤層的開(kāi)采探索了一種新的開(kāi)采工藝，為在高瓦斯礦區(qū)建設(shè)高產(chǎn)高效礦井具有十分重要指導(dǎo)意義和借鑒作用本項(xiàng)目取得的一系列技術(shù)水平高、實(shí)用性強(qiáng)的研究成果，可能應(yīng)用于煤炭行業(yè)各個(gè)大、中型礦區(qū)，將起到很好的技術(shù)輻射效應(yīng)，帶動(dòng)采煤方法及配套技術(shù)水平躍上一個(gè)新的臺(tái)階。

科技獎(jiǎng)勵(lì)情況：  2008年獲中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)“中國(guó)煤炭科技進(jìn)步獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)（證書(shū)未發(fā)）。

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