項(xiàng)目名稱: 高瓦斯礦區(qū)千萬噸級(jí)礦井建設(shè)

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

專業(yè)（學(xué)科）分類名稱代碼: 大型工程

所屬國民經(jīng)濟(jì)行業(yè): B類型

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

項(xiàng)目簡介：高瓦斯礦區(qū)千萬噸級(jí)礦井建設(shè)屬于大型工程類領(lǐng)域。寺河礦是國家計(jì)委批準(zhǔn)的“九五”時(shí)期國家重點(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年礦井瓦斯測定絕對瓦斯涌出量為386m³/min，相對瓦斯涌出量為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)千萬噸級(jí)礦井，必須解決的主要技術(shù)難題有：1)瓦斯治理問題；2)如何實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效問題；3)快速掘進(jìn)問題；4)大斷面巷道支護(hù)問題； 5)主、輔運(yùn)輸問題；6)洗煤問題、外運(yùn)問題。

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)和吸收國外先進(jìn)設(shè)備的同時(shí)，研究和開發(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軌膠輪車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)和長距離(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)到了千萬噸水平。

立項(xiàng)背景：寺河礦是國家計(jì)委批準(zhǔn)的“九五”時(shí)期國家重點(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年礦井瓦斯測定絕對瓦斯涌出量為386m³/min，相對瓦斯涌出量為25.28m³/t。

從新老礦井接替、市場需求及礦井的高產(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)。但按照過去的井田劃分，寺河礦井的年產(chǎn)量不可能達(dá)到千萬噸，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)合開發(fā)的建設(shè)模式。

1996年開始建設(shè)時(shí)，國內(nèi)還沒有千萬噸級(jí)礦井，特別是在高瓦斯礦區(qū)更上沒有。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)千萬噸級(jí)礦井，必須解決的主要技術(shù)難題有：1)瓦斯治理問題；2)如何實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效問題；3)快速掘進(jìn)問題；4)大斷面巷道支護(hù)問題； 5)主、輔運(yùn)輸問題。

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，爭取開發(fā)國產(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。在此過程中，要加大對大采高工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的研究，為液壓支架的國產(chǎn)化奠定基礎(chǔ)。確?；夭晒ぷ髅婺戤a(chǎn)原煤達(dá)到700萬噸。

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)問題，擬采用煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)來解決。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)輸問題。由于寺河礦井盤區(qū)距離遠(yuǎn)，運(yùn)輸距離長，為滿足設(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)的無軌膠輪車作為輔助運(yùn)輸?shù)墓ぞ摺?/span>

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?；夭擅姘峒視r(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，國內(nèi)外開采緩傾斜厚煤層有分層開采、放頂煤開采和大采高開采三種方法。近幾年來，隨著開采技術(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，借鑒神東公司長壁工作面大采高開采經(jīng)驗(yàn)，決定采用大采高一次采全厚開采方法。

寺河礦大采高一次采厚工作面的主要設(shè)備全部引進(jìn)，并在開采工藝和設(shè)備方面進(jìn)行了一系列改革和技術(shù)開發(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 大采高工作面支架圍巖關(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年與中國礦業(yè)大學(xué)和太原理工大學(xué)合作，對寺河礦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：在我國目前的大采高（采高5.5m左右）開采條件下，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)場觀測表明：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)及支承壓力分布對于采場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“來壓”與支架圍巖關(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，但不是呈線性增加?？紤]直接頂損傷特性及基本頂給定變形壓力時(shí)可用來計(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)場實(shí)際觀測到的支架載荷。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圖1所示。

 

曲線1為給定變形壓力與采高的關(guān)系；曲線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，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1660m，傾斜長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附近，向斜軸部位于工作面中部。工作面東高西低，相對高差3m左右。工作面水文情況簡單，涌水來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)展新趨勢要求出發(fā)，必須增大工作面設(shè)計(jì)長度，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。

1）采煤機(jī)

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，國外高產(chǎn)高效工作面開機(jī)率一般在70%以上，最高達(dá)95%。國內(nèi)高產(chǎn)高效面先進(jìn)水平一般在40~45%，引進(jìn)國外設(shè)備按比國內(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，在采煤過程中易出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。通過選型計(jì)算，結(jié)合工作面地質(zhì)情況，選用德國艾柯夫公司的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)通過先導(dǎo)控制線或數(shù)據(jù)線可與順槽主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛妗２擅簷C(jī)的具體技術(shù)參數(shù)見表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)長度和裝機(jī)功率應(yīng)依照工作面設(shè)計(jì)長度和采煤機(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)見表4：

破碎機(jī)通過能力應(yīng)確保工作面刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)煤流的及時(shí)通過，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)采煤國家長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。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)定的長壁工作面。寺河礦井煤層賦存條件及頂?shù)装鍡l件與美國相類似，借鑒國外高產(chǎn)高效工作面生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國架型選擇要求，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，通過快速插頭連接線組成整個(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足初撐力和千斤頂所需最大推力的要求，流量要滿足每架（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?，同時(shí)要滿足支架追機(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)開啟泵的臺(tái)數(shù)，能根據(jù)對液位自動(dòng)控制補(bǔ)水，具有乳化液自動(dòng)配液裝置，并對乳化液出口壓力、泵潤滑油壓力進(jìn)行檢測和保護(hù)。

依據(jù)原則，泵站壓力應(yīng)滿足：

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DBT公司引進(jìn)。液壓支架形式為二柱支撐掩護(hù)式，過渡架高度為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)備包括德國豪辛科乳化液泵，澳大利亞ACE公司順槽膠帶輸送機(jī)，法國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t。

先進(jìn)的長壁工作面裝備必須有完善的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。工作面共裝備了工作面三機(jī)PROMOS監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和乳化液泵的PROMOS監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和順槽膠帶機(jī)的監(jiān)測監(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景監(jiān)測監(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^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)；然后將支架拉過并順序移溜頂過機(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，開始下一個(gè)循環(huán)的割煤，割過煤后及時(shí)拉架－－頂機(jī)頭（機(jī)尾）－－移溜。機(jī)組進(jìn)刀總長度控制在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、支架叉車由切眼尾巷運(yùn)往切眼，配合支架叉車調(diào)向安裝，

工作面設(shè)備的安裝順序?yàn)椋涸O(shè)備列車（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)備列車的安裝

安裝軌道、絞車→用瓦格娜鏟車按照由外向里的順序?qū)⒃O(shè)備列車和其設(shè)備安放到已經(jīng)鋪設(shè)的軌道上→用絞車?yán)吝m當(dāng)位置→將各輛平板車用專用的連接裝置可靠連接→連接負(fù)荷中心電源線、負(fù)荷線、本布羅控制線、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)頭過渡槽→機(jī)頭特殊槽→中部槽→機(jī)尾特殊槽→機(jī)尾過渡槽→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、控制線→連接主電纜和水管→安裝其它附屬小件及管路→試車。

5)液壓支架的安裝

液壓支架的安裝從機(jī)頭開始依次向機(jī)尾安裝。

第一臺(tái)支架運(yùn)到安裝地點(diǎn)后，利用支架車的自卸裝置將其卸車，用叉車（絞車配合）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ＶЪ苎爻芳芡ǖ琅懦蓛蓷l線，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，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→指定地點(diǎn)。

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

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?/span>

1）利用絞車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。回35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，絞車配合FBL-15支架拖車自拉或FBL-40叉車將支架裝車或叉裝運(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型支架利用絞車或叉車從撤架通道撤出。

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，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“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，這一工序稱為“采垛”工序。連續(xù)采煤機(jī)就是通過“切槽”和“采垛”工序來完成巷道的掘進(jìn)。

無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→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)

寺河礦的開采方式為走向長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。針對自身的特殊條件，開展了大斷面煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用。通過巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試、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)研究內(nèi)容

1)巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試

巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測試是本項(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)度測定、地應(yīng)力測量、鉆孔節(jié)理裂隙觀察。

表9 2^#車場圍巖強(qiáng)度測試結(jié)果（頂板）

巷道圍巖強(qiáng)度采用WQCZ-56型圍巖強(qiáng)度測定裝置在井下進(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)測站，測定了巖層和3^#煤層的強(qiáng)度。測試結(jié)果如表9。

對煤幫煤層強(qiáng)度進(jìn)行的測量結(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)力測量結(jié)果(表10)表明，寺河礦地應(yīng)力場形式主要為 σ_H>σ_h >σ_V，在所測試的三個(gè)地點(diǎn)中共11個(gè)測試段，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)測試地點(diǎn)主要集中在N71.2°W~N83.4°W之間，第二測試地點(diǎn)為N39.2°E。這種情況與煤層底板等高線圖所示的構(gòu)造比較一致。

表10 寺河礦地應(yīng)力測試結(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#車場第二條順槽開口	282	7.04	16.44	8.76	0.47	N71.2oW
2	2#車場距入口23m	384	9.60	18.26	8.67	3.56	N39.2oE
3	東軌大巷2盤區(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)纖維窺視儀觀察鉆孔內(nèi)節(jié)理、裂隙分布，監(jiān)測不連續(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)度測試孔中進(jìn)行的。采用美國 FS70′20鉆孔窺視儀進(jìn)行鉆孔觀察。該儀器由柔性光導(dǎo)纖維、觀察鏡、目鏡等組成。該儀器觀察鉆孔直徑為28mm，鉆孔深度為6m。

在窺視過程中發(fā)現(xiàn)1^#車場測試點(diǎn)頂板在3.35m和5.18m處有輕微離層或存在明顯的層理；2^#車場和東軌大巷頂板沒有發(fā)現(xiàn)有離層現(xiàn)象發(fā)生。說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、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脂端部錨固預(yù)應(yīng)力錨索。采用樹脂藥卷錨固，通過錨索攪拌器可以象安裝普通樹脂錨桿對錨索進(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)涉及到三類巷道：工作面順槽巷道、工作面切眼和撤架通道。三類巷道服務(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)。三類巷道都采用樹脂加長錨固錨桿組合支護(hù)系統(tǒng)，并進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)。三類巷道支護(hù)方案見表。

4.3 錨桿支護(hù)監(jiān)測技術(shù)

1）錨桿支護(hù)監(jiān)測技術(shù)內(nèi)容

錨桿支護(hù)實(shí)施于井下后，要對巷道圍巖變形狀況，錨桿受力分布和大小進(jìn)行全方位監(jiān)測，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)測信息，修改初始設(shè)計(jì)，使其逐步趨于合理。

三類巷道支護(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#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.4m，桿尾螺紋為M22,樹脂加長錨固。 2 鋼筋托梁采用f16mm的鋼筋焊接而成，寬度100mm，長度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，長度7.3m，加長錨固錨索每排2根，排距為3.0m。	1 工作面?zhèn)葞湾^桿桿體為f18mm 玻璃鋼錨桿，長度2.0m，桿尾螺紋為M20。煤柱側(cè)煤幫: 錨桿桿體為f18mm圓鋼，長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#左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2.4m，樹脂加長錨固。 2 鋼筋托梁采用f16mm的鋼筋焊接而成，寬度100mm，長度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，長度6.3m，加長錨固。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，長度2.0m。工作面一側(cè)為玻璃鋼錨桿，桿體直徑18mm，長度2.0m。樹脂端部錨固。 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型左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，樹脂加長錨固。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?？拷背芳芡ǖ纻?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)場監(jiān)測分綜合監(jiān)測和日常監(jiān)測。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)測內(nèi)容如表23所列。頂板離層值采用頂板離層儀測定，它可測出頂板錨固區(qū)內(nèi)外的離層值。錨桿受力監(jiān)測有兩種形式，一種是測量端部錨固錨桿(索)工作阻力的錨桿測力計(jì)，另一種是測量加長錨固、全長錨固錨桿受力的測力錨桿。

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

2） 錨桿支護(hù)監(jiān)測具體要求

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)在其周圍200mm的范圍內(nèi)補(bǔ)打錨桿。應(yīng)在施工過程中，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)場設(shè)置離層數(shù)據(jù)牌板。

4.4 工作面順槽的礦壓觀測結(jié)論

1) 順槽巷道礦壓監(jiān)測結(jié)果及分析

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

圖4  6號(hào)測站巷道掘進(jìn)期間頂板離層

圖4。監(jiān)測結(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^#綜合測站5^#測力錨桿監(jiān)測結(jié)果

 

圖6  測力錨桿回采期間監(jiān)測結(jié)果

圖7  測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)測結(jié)果表明：樹脂加長錨固錨桿組合支護(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。回采工作面超前支承壓力影響范圍小，影響程度不大。

2)工作面開切眼的礦壓觀測結(jié)論

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

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

圖9  主撤架通道頂板高度觀測結(jié)果

圖10  主撤架通道頂板下沉量觀測結(jié)果

 

4.5 巷道使用效果

寺河礦首采工作面順槽巷道、開切眼、回撤通道均安全可靠地得到了使用。通過綜合監(jiān)測與日常監(jiān)測證明，工作面順槽巷道、開切眼、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)方式滿足了末采貫通要求。寺河礦首采工作面順槽巷道、開切眼、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)的測力錨桿的受力分析和頂板離層儀的顯示數(shù)據(jù)來看，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)，寺河礦絕對瓦斯涌出量達(dá)到337.8 m³/min，相對瓦斯涌出量為27.88m³/t，2006年絕對瓦斯涌出量達(dá)到486 m³/min，如此之高的瓦斯涌出量勢必會(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，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，開發(fā)煤層瓦斯

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

寺河礦潘莊區(qū)井田煤層瓦斯開發(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m³。到2010年完成整個(gè)寺河區(qū)塊的煤層瓦斯氣開發(fā)，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)氣量3億m³，為12萬kW的煤層氣電廠提供充足氣源。

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m³。

5.3 利用順煤層長鉆孔實(shí)施煤層瓦斯區(qū)域性預(yù)抽放

根據(jù)順煤層長鉆孔施工可以達(dá)到的長度，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。在寺河礦東二盤區(qū)輔助回風(fēng)巷以東500m煤層區(qū)域內(nèi)布置長鉆孔123個(gè)，鉆孔間距6~8m，鉆孔總進(jìn)尺38000m，平均鉆孔長度308.9m，最長達(dá)507m。經(jīng)測定，寺河礦東二盤區(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)過程中瓦斯治理的難度。目前寺河礦已進(jìn)行5個(gè)類似的瓦斯區(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)長鉆孔，總進(jìn)尺9992m，平均孔長435m，最長孔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)過程中，每隔150m，在工作面煤層內(nèi)設(shè)鉆場施工扇形長鉆孔（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）；針對工作面走向越往里開采時(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，以消除或減少開采時(shí)的瓦斯影響。順煤層長鉆孔的施工，減少了因封孔對鉆孔的損耗，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足大流量的瓦斯抽放，來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)能力同步增長的原則,新增風(fēng)井3個(gè)，新安裝大功率大風(fēng)量對旋主要通風(fēng)機(jī)4臺(tái)，新增礦井通風(fēng)能力688萬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24000m³/min，負(fù)壓超過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)開采的盤區(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 盤區(qū)及對應(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)流通過工作面，稀釋工作面瓦斯，33023巷的風(fēng)流通過回風(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)簡圖

這種通風(fēng)系統(tǒng)過風(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)在國內(nèi)甚至在世界上都是首次應(yīng)用，其巨大的過風(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)在國內(nèi)甚至在世界上都是首次應(yīng)用，其巨大的過風(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法掘進(jìn)。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測,在煤巷掘進(jìn)過程中, 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，原開路的尾部橫川必須封閉，每4~5d封閉一次采空區(qū)。通過兩年的不斷試驗(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500mm. 通過合理調(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kW的瓦斯發(fā)電站；瓦斯首先通過燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電，其排出的尾氣溫度可達(dá)400~450⁰C，通過余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽來驅(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m³,利潤可觀。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kW的煤層瓦斯氣電廠已經(jīng)于2003年7月1日開工建設(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。而寺河礦主運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)之一是距離長，從長壁大采高綜采工作面到洗煤廠入口總的運(yùn)輸距離在10km以上，運(yùn)距之長為國內(nèi)目前之最。寺河礦在礦井優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)對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礦山機(jī)械廠生產(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?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，水平長度為6757.886m，裝機(jī)功率為3×800kW，減速器為美國道奇公司生產(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。

寺河礦井東大巷帶式輸送機(jī)是國內(nèi)輸送距離最長的輸送機(jī)系統(tǒng)，具有運(yùn)量大、距離長、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，采區(qū)經(jīng)過了許多復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，在過軟煤區(qū)過程中發(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)行還是非常可靠的，滿足了寺河礦高產(chǎn)高效的要求。

7.2 寺河礦無軌化礦井輔助運(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。

由于寺河礦井盤區(qū)距離遠(yuǎn)，運(yùn)輸距離長，為滿足設(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)的無軌膠輪車作為輔助運(yùn)輸?shù)墓ぞ摺?/span>

⑴ 人員運(yùn)輸

人  員    ^架空猴車   井底車場  ^膠輪車      東軌大巷    ^膠輪車  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   換裝站    ^膠輪車 東軌大巷  ^膠輪車   各工作面

8.寺河礦模塊式重介洗煤系統(tǒng)及定量裝車系統(tǒng)

晉城煤業(yè)集團(tuán)公司寺河礦選煤廠是一座特大型現(xiàn)代化無煙煤選煤廠,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，矸石脫水脫介后入矸石倉。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)帶來的效益將是可觀的,也更加有利于企業(yè)的可持續(xù)長遠(yuǎn)發(fā)展。

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

9. 礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

寺河礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)為KJ72型安全監(jiān)測系統(tǒng)，2001年開始籌建，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、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，通過光電轉(zhuǎn)換模塊與13km光纜相連接，采用DH+工業(yè)控制總線模式，構(gòu)成監(jiān)測監(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+不存在誤碼問題。通訊干線采用礦用單模多芯阻燃光纜，傳輸距離超過25km。該主干網(wǎng)絡(luò)與井上ControlLogix網(wǎng)關(guān)相連，通過網(wǎng)關(guān)把分站從傳感器采集來的數(shù)據(jù)傳給地面監(jiān)測控制中心，地面監(jiān)測控制中心的數(shù)據(jù)也是通過這個(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月開工建設(shè)，2002年7月投入試生產(chǎn)，同年11月8日通過國家竣工驗(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t，2004年原煤產(chǎn)量達(dá)801萬t。工作面最高日產(chǎn)超過3.4萬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t。到2006年底完成原煤產(chǎn)量1080萬t。

這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)為我國緩傾斜厚煤層的開采探索了一種新的開采工藝，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，而且對我國高瓦斯礦區(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)都可在類似條件的其它礦區(qū)使用和借鑒，對我國高瓦斯礦區(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)到了一千萬噸

2004年寺河礦實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)原煤801萬t，2005到2008連續(xù)四年原煤產(chǎn)量達(dá)到了1080萬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)改造了國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)，研制了錨桿機(jī)，組織了國產(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)間過長；錨桿機(jī)超前支護(hù)為聯(lián)體式，對破碎頂板適應(yīng)性差；CHDDR  型錨機(jī)體過長，調(diào)機(jī)速度慢。

在實(shí)踐的基礎(chǔ)上寺河礦開發(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DBT公司引進(jìn)。液壓支架形式為二柱支撐掩護(hù)式，過渡架高度為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，最高日產(chǎn)量達(dá)3.4萬t，工作面產(chǎn)量年達(dá)到了650萬t。

5.研制了國產(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)格接去開會(huì)昂貴，為此晉城煤業(yè)集團(tuán)于2003年開始與國內(nèi)煤機(jī)制造單位合作研制國產(chǎn)5.5m液壓支架。

結(jié)合我國國情設(shè)計(jì)的液壓支架，具有梁端曲線變化小、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)廠和鄭州煤機(jī)廠加工制造的樣機(jī)分別通過了國家檢測中心的5萬次型式試驗(yàn)。經(jīng)出廠檢驗(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，開機(jī)率較低，約為60%。工作面開機(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，對回采影響較大。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t，平均日產(chǎn)量2萬t以上；工作面最高月產(chǎn)量63萬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t。

隨后又開始研制國產(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)國家煤礦支護(hù)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心5萬次耐久試驗(yàn)，性能指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)的CEN1804－1標(biāo)準(zhǔn)。

于2006年6月10日起正式開始在2307大采高工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。經(jīng)過半年多的井下使用，使用狀況良好，最高日產(chǎn)量達(dá)3.05萬噸以上，最高月產(chǎn)78.17萬噸，截止到2006年12月底，該套支架的過煤量已達(dá)到410萬噸。

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m³/min，保證了大采高工作面的通風(fēng)要求

通過5個(gè)方案的研究比較和現(xiàn)場實(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)域的流場結(jié)構(gòu)，解決了上隅角瓦斯超限問題。通風(fēng)能力巨大，最大配風(fēng)量達(dá)1萬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。通過在7個(gè)工作面14余萬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)了膠輪車運(yùn)輸，大大簡化了輔助運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)，提高了運(yùn)輸?shù)男?/span>

⑴ 人員運(yùn)輸

人  員    ^架空猴車   井底車場  ^膠輪車      東軌大巷    ^膠輪車  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   換裝站    ^膠輪車 東軌大巷  ^膠輪車   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、支架叉車由切眼輔巷運(yùn)往切眼，配合支架叉車調(diào)向安裝。工作面設(shè)備的安裝順序?yàn)椋涸O(shè)備列車（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，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t，月產(chǎn)量最高達(dá)到78萬t,為礦井高產(chǎn)高效奠定了基礎(chǔ)。

（4）研究和開發(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，采用了無軌膠輪車輔助運(yùn)輸和長距離(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)造簡單，煤層平緩，以寬緩的褶曲為主，適合大規(guī)模綜合開發(fā)，建設(shè)大型高產(chǎn)高效礦井。         

根據(jù)開采技術(shù)條件，為了提高資源回收率，將寺河礦、趙莊礦、長平礦3對生產(chǎn)礦井定位于采用大采高開采工藝的礦井。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)輸采用了無軌膠輪車；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，而且對我國高瓦斯礦區(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)都可在類似條件的其它礦區(qū)使用和借鑒，對我國高瓦斯礦區(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：

各欄目的計(jì)算依據(jù)：

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

與國內(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)國產(chǎn)2.55/5.5支架平均每臺(tái)售價(jià)51.4萬元（含進(jìn)口電液控制系統(tǒng)），進(jìn)口支架比國產(chǎn)支架每臺(tái)多售68.6萬元。配套一個(gè)綜采工作面需安裝132個(gè)支架，采用國產(chǎn)支架可節(jié)約9055.2萬元。

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323萬元，這樣一套支架共需要42728萬元。而國產(chǎn)支架共用了13456萬元,采用國產(chǎn)支架可節(jié)約29271萬元，2004年，寺河礦裝備兩套連掘工作面。進(jìn)口設(shè)備6277萬元,國產(chǎn)設(shè)備1122萬元,兩套設(shè)備共節(jié)約資金110310萬元.

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)對高瓦斯煤層開采有積極性，有利于保護(hù)國家資源。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，對回采工作面瓦斯管理十分有利。其二，對于完整性差的煤層，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，可有效避免上述問題的出現(xiàn)。

大采高液壓支架的成功研制促進(jìn)我國煤機(jī)制造業(yè)的快速發(fā)展。這一項(xiàng)目的完成為我國緩傾斜厚煤層的開采探索了一種新的開采工藝，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年獲中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)“中國煤炭科技進(jìn)步獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)（證書未發(fā)）。

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