可行性研究報告
平頂山煤業股份****平寶公司
2023年12月25日
採場頂板安全保障技術及應用研究
一、概述
（一）專案名稱：採場頂板安全保障技術及應用研究
（二）起止時間：2023年1月～12月
（三）承擔單位：平煤股份平寶公司
協作單位：
（四）礦井概況
井田位於平頂山礦區李口向斜北翼東部，河南省許昌市襄城縣紫雲鎮，距平頂山市區25公里。井田東西走向14.5km，南北傾斜寬1.
1～4.6km，面積47km2，可採煤層探明地質儲量5.8億噸，工業儲量4.
8億噸，精查範圍內可採儲量3.1億噸。主採煤層兩層，戊9-10煤層平均厚2.
5公尺。己16-17煤層平均厚6.5公尺，礦井設計生產能力240萬噸/年，服務年限92年。
己15-12010首採工作面位於己二採區上部，採面可採走向長1080m，採長210m,煤層厚度1.8～7.2 m，平均3.
2m。煤層傾角0°～8°，平均4°。回採面積24.
9萬㎡，可採儲量91.42萬噸。採面地面標高+150m～+230m，工作面標高為：
-572m～-628m。平均埋藏深度790m。
採面位於白石山背斜南翼，緊鄰白石山背斜。採面內斷層構造較為發育，斷層落差0.3～2.
2m居多，多為正斷層。斷層落差在1m以上的有11條，對回採有較大影響。工作面煤層直接頂板為1.
8～3.5m泥岩，具滑面，易離層脫落。基本頂為7.
7～14.2m中粒砂岩。直接底板大部為泥岩、砂質泥岩，厚度8.
5～13m，基本底為6.2～12.3m泥灰巖或灰岩。
工作面水文地質較為簡單，主要為煤層底板灰岩岩溶裂隙含水層，一般由3～4層灰岩組成，厚度13.97～23.40m，平均17.
48m，埋深多在-600m以下，富水性弱～極弱。工作面最大湧水量1.0m3/min，正常湧水量0.
5m3/min。煤層具有自燃傾向，自燃發火期4～6個月。工作面煤層瓦斯壓力為2.
2～2.3mpa，瓦斯相對湧出量4.94～13.
77m3/t，平均9.36 m3/t。
工作面安裝139架zy6400/20/40型液壓支架、一部sgz800/630型刮板運輸機、一部szz800/250型**機和一部mg300/700-gwd型採煤機。採用單一走向長壁後退式採煤法，綜合機械化採煤工藝，全部陷落法管理頂板。
（五）專案的現狀、研究的目的、意義及國內外技術概況
平寶公司首山一礦為新建礦井，年設計生產能力240萬噸。其首採面己15-12010綜採工作面已經投產，由於其地質狀況複雜，採場頂板礦山壓力大，巷道採用聯合支護。因此，存在巷內支護、錨網、索支護的影響造成礦壓顯現規律模糊和頂板來壓與支架增阻互動性差等問題，致使綜採支架時常出現傾斜歪倒和冒頂現象，支架的穩定性和頂板管理受到嚴重威脅，同時也造成回採巷道和採區準備巷道支護、維護困難。
在採區設計方面，由於沒有詳細的礦壓觀測資料，不能掌握和**礦壓分布規律，給礦井回採和巷道維護帶來很大的技術難題。由於沒有可靠的實時監測手段，給設計、生產管理帶來諸多困難，嚴重地制約了礦井的高產高效的發展。因此，需要尋找可靠的監測方法和手段進行礦壓規律研究。
此外，回採煤層為高瓦斯突出煤層，支撐壓力與煤層突出、瓦斯湧出之間有什麼內在聯絡，需要**研究，以期找出科學的綜合治理方案，並建立完善的突出煤層採場安全技術保障體系。並建立完整的突出煤層採場安全保障技術體系。
該項目的研究成果，必將提高礦井支護設計的科學性，更有效地保證安全生產。同時，也使公司礦壓研究處於國內先進水平，並可為其它礦井所借鑑，從而產生巨大的經濟效益和社會效益。
（六）承擔單位與協作單位技術力量概況
平寶公司為新型的數位化安全示範礦井，有專業自動化研究機構，礦井自動化水平普及到礦井生產的方方面面，技術力量雄厚。承擔現場試驗的綜採隊管理嚴格，職工技術素質較高。具體負責試驗工作的生產技術部採煤組有主任工程師1人，採煤工程師3人，技術水平較高的礦壓觀測工8人。
有專用計算機操作室和2名技術熟練的操作員。因此，完全有能力從事本專案的研究。
試驗工作面所在的一水平己二採區生產系統簡單、合理，運輸系統可靠，裝置配套合理，為專案的順利開展創造了必要條件。
二、研究的關鍵技術與方案
（一） 主要研究內容：採場頂板安全保障技術及其應用研究。主要包括：
1、研製開發一套適用於採場頂板壓力和支架工作引數的實時**智慧型化監測裝置。
2、研製開發一套用於採場頂板壓力分布規律的計算機分析軟體系統。
3、支承壓力及其顯現變化規律。
（1）支承壓力變化的基本規律，包括支承壓力影響範圍、峰值點位置、應力集中係數等。
（2）基本頂運動時支承壓力分布的影響。
（3）採場兩側支承壓力分布。
（4）支承壓力顯現變化規律：主要研究巷道、工作面圍岩位移和支架受力與支撐力的關係。
4、採場頂板及圍岩壓應力分布
（1）層面支承壓力分布，包括沿工作面推進方向和平行於工作面方面壓力分布規律。
（2）採場頂板壓應力分布及其運動規律。
5、採場底板岩層控制
（1）底板承載強度及載荷分布規律。
（2）綜採液壓支架、單體柱與底板岩層相互作用的力學特性。
（3）底板岩層分類。
（4）綜採支架對各類底板的適應性及支架選型。
（5）單體支柱鑽底控制。
6、**未開採採區礦壓分布規律
7、技術關鍵：智慧型化採場頂板來壓規律**監測裝備與礦壓資料的收集整理、實驗室試驗和**模型的建立。
(二) 實施方案
根據研究內容擬採用現場礦壓觀測、實驗室試驗和理論分析相結合。
(三) 技術路線及措施
1、現場礦壓觀測
(1) 採用位移動態儀監測巷道頂底板的位移和變形速度，由此分析工作面超前支承壓力分布規律、頂板斷裂線的位置、基本頂週期來壓規律。
(2) 用鋼弦壓力盒測量採空區垂直工作面推進方向和沿工作面推進方向的壓力分布。
(3) 用應力計測量超前支承壓力大小及分布規律。
(4) 用研製的智慧型化綜採壓力記錄儀監測工作面頂板來壓與支架增阻互動關係，分析圍岩應力分布與支架載荷的關係。
2、實驗室試驗
測試岩性：包括煤巖的抗拉、壓、剪、彎強度，彈模、內聚力、內磨擦角等引數，為理論計算提供可靠引數。
3、理論分析
根據理論計算對採場三維應力分布的大小進行計算，為應力分布曲線的繪製提供資料。
4．研究內容的分析總結
根據現場觀測、實驗室試驗和理論計算的資料，分析採場應力分布規律，繪製採場應力分布曲線，建立完善的頂板安全監測系統與安全保障體系，並撰寫研究報告和評審資料。
（四）預期達到的技術經濟指標：
1、高瓦斯突出工作面年產量提高6萬噸以上。
2、安全上杜絕**及二級以上非**事故。
3、監測系統採用國內先進的無線電波傳輸技術，並與礦井自動化系統聯網。
三、專案實施的措施、條件
平寶公司有專業的頂板監測和瓦斯監測人員，有專門的管理機構，技術力量雄厚。礦井已開展了巷道和採煤工作面部分礦壓監測，取得了一定的基礎資料，積累了一定的監測經驗，為專案的完成奠定了基礎。
試驗工作面所在的一水平己二採區生產系統簡單、合理，運輸系統可靠，裝置配套合理，為專案的順利開展創造了必要條件。
四、市場需求情況分析及經濟、社會和環境效益**
1、經濟效益：專案的研究成果必將有助於礦井新水平、新採區和新工作面巷道位置的合理確定，以及巷道支護、工作面支護（裝置選型）、回採工藝的合理安排和頂板安全管理。因此，避免了生產安全管理與技術指導的盲目性，必將產生很好的經濟效益。
按目前開採巷道計算，預計每年可節約頂板巷道管理費用及其他損失1000多萬元。
2、社會效益：根據礦壓分布規律指導生產，可使生產安全可靠，從而提高工人、幹部、工程技術人員的業務素質和勞動積極性，必將產生明顯的社會效益。
3、推廣應用前景：專案可在中平能化（集團）和全國統配煤礦推廣，應用前景十分廣闊。
五、經費概算和資金籌措
（一） 專案經費概算
1、科研費明細
（1）科研人工費20萬元；
（2）技術培訓費等0.8萬元；
（3）技術圖書資料費0.5萬元；
（4）委外科研試製費4萬元；
（5）開發機構辦公費2萬元；
（6）專案前期論證費0.6萬元；
（7）技術諮詢費0.5萬元；
（7）與技術開發相關其他費用2.6萬元。
合計：31萬元。
2、觀測儀器及材料費用
觀測儀器儀表及材料一覽表
3、專案總費用： 46萬元。
（二）專案資金籌措方案，包括配套資金落實情況
研究經費擬採取自籌和公司補助的方式解決。
申請集團科研補助資金23.6萬元。包括：
1、委外科研試製費4萬元；
2、裝置材料費15萬元；
3、開發機構辦公費2萬元；
4、驗收鑑定費等2.6萬元。
平寶公司自籌資金20萬元。
（三）專案經費使用計畫
1、 2023年1月～5月 28萬元，主要用於調研、儀器購置、軟體開發、圍岩應力測定。
2、2023年6月～9月 14萬元，主要用於現場試驗、岩石力學效能測試。
3、2023年10月～12月 4萬元，主要用於資料整理印刷、專案鑑定。
六、實施進度計畫
首先在己15—12010首採工作面進行全面的礦壓觀測和研究，並對相鄰巷道進行觀測。進度安排為：
2023年1月～2月調研，方案制定，儀器準備；
2023年3月～4月現場圍岩應力測試，底板比壓測定；
2023年4月～5月監測軟體開發，儀器安裝除錯；
2023年6月～9月井下工業性試驗，岩石力學效能實驗；
2023年10月～12月研究報告編制、專案鑑定。
採煤工作面頂板安全管理的應用研究
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