采

掘

工

作

面

支

护

设

计

XX煤矿采、掘工作面支护设计

一、矿井概况

XX市XX煤矿位于湖北省XX市XX市XX镇XX村，始建于1994年，年生产6万吨，是一家私营煤矿。

XX煤矿矿区地处鄂西山区与江汉平原的过渡带，属丘陵区，区内地形北西高南东低。本区地层区划为扬子区黄陵八面山分区黄陵小区。区域出露的地层由老至新为三叠系下统嘉陵江组、中统巴东组和上统九里岗组、晓坪组；侏罗系下统香溪组、中统自流井组、下沙溪庙组、上沙溪庙组；白垩系上统罗镜滩组、红花套组、跑马岗组；上第三系掇刀石组；第四系。井田内地层从老到新依次为：侏罗系下统香溪组第一段（J1xn1）、香溪组第二段（J1xn2）、香溪组第三段（J1xn3）；侏罗系中统自流井群第一段（J2zl1）、自流井群第二段（J2zl2）、自流井群第三段（J2zl3）；侏罗系中统下沙溪庙组（J2x）及第四系（Q），其中侏罗系中统下沙溪庙组（J2x）位于井田东部外围和井田地层为断层接触关系。

矿井开采的煤层为侏罗系下统香溪组第二段（J1xn2）Ⅶ21煤层。煤层形态呈层状或似层状，煤层结构简单。煤的肉眼结构特征，一般有2～3个分层，夹1～2层夹矸，上部以粉状、粒状结构煤为主，中部以发热量较低，灰份较高的条带状结构煤为主，下部以煤质较好，层位稳定的块状煤为主。煤层综合统计厚度一般0.85～0.9m，倾角10°。

煤层的直接顶板为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，厚度3.5～12米，一般为7米，局部有炭质泥岩、泥岩伪顶，但都极薄，厚0.02～0.2米；其底板为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。其顶底板岩石完整性尚好，岩石的工程地质条件判定为良好。

XX煤矿自建矿以来，因为开采的煤层较薄，煤层赋存条件差，经济效益较差，其采、掘工艺一直较落后，采煤多采用落后的柱式采煤法，采用木支柱支护；掘进工作面多采用木棚子支护或裸巷。由于采、掘工艺及支护方式落后，给矿安全管理带来了极大的难度。

随着国家对煤矿安全监管力度的加大，安全工作成为企业各项工作的重中之重，落后的采掘工艺和支护方式已经不能满足安全生产的需要，为了保证安全生产，必须淘汰落后的采掘工艺和支护方式。

二、采、掘工作面支护设计

根据XX煤矿煤层赋存条件及顶底板情况，结合周边开采同煤层的其他矿井实际生产情况，决定采用走向长壁式采煤法代替以往的柱式采煤法，用单体液压支柱代替木支柱支护采面，用锚杆代替木棚子支护掘进巷道。

（一）、采煤工作面支护及顶板管理设计

1、支柱的型号选择计算

（1）、确定顶板下沉量

ΔSx=η×Mmin×L=0.025×0.85×4.2＝0.0m=mm

式中：η——顶板下沉系数，取0.025 

 Mmin——工作面开采范围内的煤层最小采高，取0.85m

 L——最大控顶距，取4.2m

（2）、支柱规格确定

采用WD外注式型单体液压支柱：

1、支柱最大高度计算

Hmax=Mmax－b0－e =0.9－0.1＝0.8m＝800mm

式中：b0——顶梁厚度，取0.1m； 

 Max——工作面开采范围内的煤层最大采高，取0.90m

 ——柱鞋厚度，根据本矿底板性质，支柱不穿鞋，为0。

2、支柱最小高度计算

Hmin＝Mmin－ΔSx－b0－a0

                    ＝0.85－0.0－0.1－0.05

＝0.611m＝611mm

式中：a0——工作面支柱备用下缩量，取0.05m。

选取DW08－300/100外注式单体液压支柱，支撑高度为800～573mm。 初撑力118～157kN，工作阻力为30kN/根。

2、支护密度计算

（1）、支护的强度

P=（4～8）×M×γ t/m2

P=8×0.9×2.2=15.84t/m2

式中：M——平均采高，0.9m；； 

 ——顶板容重，取2.2t/m3；

 按8倍采高取值。

（2）、支护密度确定

DW外注式单体液压支柱每柱的额定承载能力为30t，考虑相关因素的影响，使支撑能力减小，承载能力考虑0.8的系数，则每根支柱的承载能力为30×0.8=24t/根。

根据支护强度的计算，支护所需要的支护强度为15.84t/m2，因此，从理论上，工作面支护密度

n＝15.84t/m2÷24t/根＝0.66根/ m2

根据此结果，工作面的实际支护密度选择1根/ m2，完全能满足支护采场顶板的要求。

3、回采工作面支护方式及顶板管理

根据以上计算，工作面配备DW08－300/100外注式单体液压支柱，支撑高度为800～573mm。 初撑力118～157kN，工作阻力为30kN/根。工作面采用“三、五”排控顶，排距1.0m，柱距1.0m，最大控顶距4.2m、最小控顶2.2m，放顶步距2m。

根据回采工作面采高较小，且顶板完整，岩性坚硬以及周边开采同煤层的其他矿井经验等实际情况，单体液压支柱上不挂铰接顶梁，而采用长25cm，厚10cm的木方代替。

采用密集支柱切顶。密集支柱间距50cm，每组密集长5.0m，留设一个0.8m的安全门。切顶困难或顶板破碎时，可采用木垛、毛石垛等方法进行管理。采用全部陷落法管理顶板，回柱绞车安装在上部回风平巷，由下至上依次回收。

4、临时超前支护

根据《煤矿安全规程》第五十条规定：采煤工作面所有安全出口与巷道连接处20m范围内，必须加强支护。因此，采煤工作面上、下出口20m范围内，设临时超前支护，其中距采煤工作面前10m采用双排单体液压支柱支护，后10m采用单排单体液压支柱支护，柱距为1m，采用顺巷棚支护。

5、工作面上下出口支护及相关措施

（1）、在开采过程中根据顶板情况，若顶板压力较大，则将支柱柱距作适当调整。

（2）、工作面支柱要布置整齐，排、行成直线，接顶及时，防止出现过大伞檐（小于0.2 m）。

（3）、工作面破碎带处要加强支护，采用密集支柱和铺荆芭，防止串矸、漏矸等。

（4）、工作面煤层平均倾角10°，刮板运输机等设备不需设防滑固定装置。

（5）、要及时放顶，采用回柱绞车回柱，不得进入老塘作业；沿切顶线采用密集支柱和戗棚等加强支护并切顶。在回柱放顶前必须先打好放顶线的特殊支护，禁止先回后打。必须使用回柱绞车机械回柱，回下的支柱必须堆码整齐。

（6）、换柱时，一定要先打临时柱，后换柱；沿工作面不能打正式柱时，必须打临时柱，不得空顶作业。

（7）、特殊支护：在放顶线采用单体支柱密集支护、戗柱切顶。在煤壁线采用单体支柱打成贴帮柱进行支护，贴帮柱柱距1.6m。在上、下安全出口20 m范围内采用单体支柱打成托梁加强支护。

（8）、计算、估计和观测周期来压步距，在初次来压和周期采压期间必须在放顶线打双排丛柱，必须加打木垛，(木垛每6m打一个，呈“井”字形)切顶。并在来压时撤退人员。

（9）、注意观测顶板来压情况和顶板稳定完整情况，过断层和老巷时要制定专门措施。

（10）、回采工作面出口20 m内巷道的净高不得低于1.6m。

（11）、工作面回风巷和工作面运输巷出口处一段距离（包括回风巷和工作面运输巷离工作面前和工作面后）采用16根3.5m长工字钢梁一梁三柱成对加强支护，柱距0.8m、棚距为0.4～0.5 m。

（12）、工作面上下出口采用6m长的4根矿用22kg/m工字钢，走向交错抬棚加强支护，并保持上下出口畅通。

6、防止顶板事故措施

（1）、采煤工作面放炮后，必须及时打好临时护身顶柱，及时恢复好被放炮冲倒的支柱，人员必须在护身顶柱下攉煤，攉完煤及时打好支柱和贴帮柱，严格桉设计或作业规程规定及时支护，严禁空顶作业。

（2）、当进入采面工作时，严格执行敲帮问顶制度，及时清理活石悬矸（煤），以免掉落伤人。

（3）、当遇顶板条件变化时，必须及时修改《作业规程》，制定有针对性的支护措施。

（4）、支柱必须垂直于顶、底板打设，严禁打在浮煤浮矸上，要保证支柱有足够的初撑力(90kN)。

（5）、在回柱时，必须使用回柱绞车回柱，人员不得站在绳道内及容易发生崩绳、崩柱的地方，以免断绳飞断钩伤人。指挥回柱绞车的停开必须使用清晰可靠的点铃信号，信号不清不明时，严禁启动回柱绞车。

（6）、工作面的浮煤必须清理干净，不得随意留顶、底煤。

（7）、支柱打设必须迎山有劲，支柱必须拉线打设,成排成行，保证排、柱距不超宽，确保有足够的支护密度。

（8）、打柱时必须用小板将顶背实，确保不发生漏顶。

（9）、回柱时，人员必须站在支柱完好、顶板完整的安全地点进行，回柱前必须事先清理好退路，确保退路畅通。

（10）、加强工作面的工程质量管理，不合格的支柱必须推倒重来，支柱或支架必须符合《作业规程》的规定。

（11）、在初次来压、周期来压期间必须加强支护，确保有足够的支护强度和支护密度。在初次来压或周期采压期间顶板悬露面积超过作业规程规定时，必须进行强制放顶，并制定强制放顶措施，并报有关主管部门审批后严格执行。

（12）、在回柱放顶前必须先打好放顶线的特殊支护，禁止先回后打，回下的支柱必须支设在新的切顶排上，梁子堆码整齐,保证退路畅通。

（13）、在作业过程中必须保持文明生产，杜绝冒险蛮干；狠反“三违”，严禁工人违章作业，干部违章指挥。

（14) 、损坏、卸压的柱梁必须及时出井检修，工作面严禁使用坏柱坏梁。

（15）、端面距超过300mm时，必须在煤壁侧加打贴帮柱。

（二）掘进工作面支护设计

掘进巷道采用锚杆配合锚梁支护

1、巷道锚杆参数确定及支护方式

根据XX煤矿的实际情况，采用巷道围岩分类法确定巷道锚杆参数。

根据原煤炭工业部颁布的《煤炭井巷工程锚喷支护设计试行规范》中关于煤矿锚杆支护围岩分类（见下表），XX煤矿巷道围岩别为Ⅲ类，属中等稳定岩层。

煤矿锚杆支护围岩分类

巷道顶板锚杆支护形式与主要支护参数选择

巷道

2、采用锚杆、锚喷支护安全措施

（1）、锚杆、锚喷等支护的端头与掘进工作面的距离，锚杆的形式、规格、安装角度，混凝土标号、喷体厚度，挂网所采用金属网的规格以及围岩涌水的处理等，必须在施工组织设计或作业规程中规定。

（2）、采用钻爆法掘进的岩石巷道，应采用光面爆破。

（3）、打锚杆眼前，必须首先“敲帮问顶”，将活矸处理掉，在确保安全的条件下，方可作业。

（4）、使用锚固剂固定锚杆时，应将孔壁冲洗干净。

（5）、软岩使用锚杆支护时，必须全长锚固。

（6）、采用人工上料喷射机喷射混凝土、砂浆时，必须采用潮料，并使用除尘机对上料口、余气口除尘。喷射前，必须冲洗岩帮。喷射后应有养护措施。作业人员必须佩戴劳动保护用口品。

（7）、锚杆必须按规定做拉力试验。煤巷还必须进行顶板离层监测，并用记录牌板显示。对喷体必须做厚度和强度检查，并有检查和试验记录。在井下做锚固力试验时，必须有安全措施。

（8）、钻杆必须用机械或力矩扳手拧紧，确保锚杆的托板紧贴巷壁。下载本文