(完整版)沿空留巷技术汇报-ok

薛湖煤矿高突煤层矸石充填沿空留巷技术及配套工艺方案神火集团薛湖煤矿河南理工大学矿山开发设计研究所2009.11汇报提纲工程概况实施方案主要研究内容技术经济分析2河南理工大学矿山开发设计研究所1）主采煤层为单一高瓦斯突出煤层，实施区域防突难度大，巷道掘进安全性差，掘进速度慢，成本高。2）现有工作面接替顺序为跳采，势必形成孤岛工作面，突出煤层中孤岛工作面掘进和回采过程中煤与瓦斯突出的危险性会大大增加，同时由于采深较大，工作面冲击和突出动力灾害发生的可能性更大。3）主采煤层厚度仅为2.41m，巷道掘进率较高，采掘接替紧张。因此，薛湖矿大埋深突出煤层巷道掘进安全及采掘接替紧张是制约薛湖煤矿发展的两个重大问题。采用沿空留巷技术可有效缓解或解决这两个大问题。1.1薛湖矿开展沿空留巷的必要性和紧迫性3技术背景1河南理工大学矿山开发设计研究所薛湖煤矿基本情况矿井设计生产能力1.2Mt/a，服务年限56.4a。井田面积约73.95Km2，可采储量8674万吨；主采二2煤层，煤层平均厚度2.4m；煤层具有煤与瓦斯突出危险，无自燃发火。；首采区采用条带式俯斜开采；巷道埋深约810m左右。采掘工程平面图见图1试验工作面概况准备试验回采工作面为2106、2107。开采二2煤层、-780水平、采区名称为21采区，地面标高+37.6m，采面标高-773~-640m，煤层厚度0～3.0m，平均2.41m，煤层结构简单，煤层倾角0~16°，平均7°。煤层赋存稳定，属简单结构中厚稳定煤层。局部有底板隆起，造成煤层变薄。煤质为贫煤，煤岩硬度较大，为Ⅱ～Ⅲ类，构造煤不发育。2106工作面2107工作面2106机巷图1采掘工程平面图岩石名称层厚（m）柱状图岩性描述泥岩22.92粉砂岩7.20中粒砂岩7.48砂质泥岩3.22粉砂岩5.53煤层3.10泥岩0.45粉砂岩13.48细粒砂岩7.05粉砂岩5.28灰色，含铝土质，具鲕粒及暗斑。局部夹镜煤条带。灰色，中厚层状，具层理，局部夹煤线。灰白色，成份以石英为主，具水平层理。灰色，成份以石英为主，具水平层理。灰色，成份以石英为主，具水平层理。。灰色，成份以石英为主，硅泥质胶结。深灰色，成份以石英为主，具水平层理。图2地质综合柱状图2实施方案图3充填工作面位置关系2106工作面2107工作面2106机巷2107机巷总回风巷-780轨道巷-780运输巷2106风巷矸石仓破碎机硐室2107切眼1）留巷实施地点充填留2106机巷92）充填工艺流程及充填工艺系统实施方案2河南理工大学矿山开发设计研究所充填流程矸石破碎→矸石仓→皮带运输→螺旋输送机加胶结料、混合搅拌、上充填运输机→矸石充填→矸石挤压强化→移架→下一循环充填巷道超前较强支护→巷内加强支护→巷道整修充填工艺总流程见图4600mm运矸皮带破碎机上料皮带矸石破碎系统矸石运输系统充填材料配料系统混合配料机充填运输机水管矸石仓运煤皮带挤压机构胶结材料充填系统充填支架图4充填工艺总流程充填硐室矸石破碎→矸石仓→2107皮带机→2107开切眼小皮带→2106机巷螺旋输送机（加胶结料、混合搅拌、上充填运输机）→工作面端头充填留巷充填工艺系统图（图5）图5充填工艺系统图2106工作面2107工作面2106机巷2107机巷总回风巷-780轨道巷-780运输巷2106风巷矸石仓破碎机硐室2107切眼转载机采煤机刮板运输机普通液压支架过渡支架充填支架胶带运输机胶带运输机运矸皮带运矸皮带单体液压支柱破碎机搅拌机充填混合材料搅拌混合材料主要由破碎矸石及水泥、石灰、黄土等配比而成材料混合和搅拌在工作面端头进行混合完成后立即充填到充填地点。工作面端头设备布置见图6。矸石及混合材料充填与压实矸石材料→充填输送机→支架内→充填地点→加压挡板→压实充填体。充填过程见图7，充填溜子结构见图8，支架压实挡板结构见图9、图1012图7充填过程图12345678L23L01L12L34L45L56L67L78L8909液压千斤顶工作状态图8充填溜子示意图图9充填支架示意图图10挤压档板结构示意图图6端头设备布置图2106工作面2107切眼2106机巷2106风巷运矸皮带运煤皮带采煤机转载机配料搅拌机采空区充填带二次加强支护充填溜子充填支架普通支架刮板运输机AABBCC点柱（a）A-A剖面（b）B-B剖面（c）C-C剖面充填材料强度及结果靠巷道内侧2~3m宽范围内的充填带添加胶结材料，其主要成分为水泥等。在一定的挤压加载条件下满足巷旁充填支护对强度的要求。2～3m以外（靠采空区）部分不加任何胶结料，靠合理的含水率和加压强度达到成型和强度要求。为了保证充填材料有合理的可缩量，对充填结构进行了合理的优化设计，其主导思想是通过加压板的结构，使充填体形成相对软硬结合的再生矸石结构体。3.883.271.61.91.371.2900.511.522.533.544.505101520水泥比例/%强度/MPa加压2MPa加压1.5MPa混合材料比例%矸石破碎及运输图11矸石破碎硐室位置2106机巷2106风巷矸石仓破碎机硐室2107机巷矸石充填通风系统方案一：2107机巷回风方案方案二：2107机巷进风方案图12通风系统图（方案一）图13通风系统图（方案二）2106工作面2107工作面2106机巷2107机巷总回风巷-780轨道巷-780运输巷2106风巷矸石仓破碎机硐室2107切眼2106工作面2107工作面2106机巷2107机巷总回风巷-780轨道巷-780运输巷2106风巷矸石仓破碎机硐室2107切眼193）充填巷道的一次支护及二次支护实施方案2河南理工大学矿山开发设计研究所一次巷道断面矩形四锚索，七根锚杆700㎜×750㎜。支护断面尺寸和规格见图14。锚杆：顶锚杆采用Ф20×2400mm左螺旋金属锚杆，帮锚杆采用Ф18×2400mm玻璃钢锚杆，间排距700×750mm，每孔使用3根K2335树脂锚固剂；盖板：使用金属托板，100mm×100mm×10mm；锚索：采用Ф15.24×8000钢绞线，间排距1050×1500mm，每孔使用6根K2335树脂锚固剂；锚网：采用金属钢板网，2000×1000mm，网格160×80mm；顶板锚杆采用W型钢带进行联接，加强支护。帮锚杆采用梯子梁进行联接锚索Φ15.24×8000mm锚杆Φ20×2400mm顶锚杆Φ20×2400mmW型钢带锚索金属网托盘100×100帮锚杆Φ20×2400mm锚索Φ15.24×8000mm锚杆Φ20×2400mm顶锚杆Φ20×2400mmW型钢带锚索金属网托盘100×100帮锚杆Φ20×2400mm锚索锚杆图14巷道断面一次支护设计河南理工大学矿山开发设计研究所锚索Φ15.24×8000mm锚杆Φ20×2400mm600工字钢梁巷帮护网单体液压支柱图15巷道断面二次支护设计二次加强支护在充填侧留出200mm的距离，进行单体液压支柱配工字钢梁加强支护，排距为600mm。在巷道中间加一排单体液压支柱点柱，排距为1200mm。为了防止充填体片帮候选人，对充填体外加钢丝网河南理工大学矿山开发设计研究所留巷整修工作面从切眼处开始留巷，做为下一个工作面的风巷沿空巷道的整修工作一般落后工作面120m开始，具体数据可根据矿压观测确定。巷道整修时巷内有输送充填料的吊挂式皮带，整修过程中的矸石直接装入皮带运到充填地点充填，整修工作容易和轻松，整修后铺设轨道，即为下一个工作面搬家准备好条件河南理工大学矿山开发设计研究所234）充填留巷生产系统图16充填留巷生产系统2106工作面2107工作面2106机巷2107机巷总回风巷-780轨道巷-780运输巷2106风巷矸石仓破碎机硐室2107切眼转载机采煤机刮板运输机普通液压支架过渡支架充填支架胶带运输机胶带运输机运矸皮带运矸皮带单体液压支柱破碎机搅拌机244）工作面搬迁图17工作面搬迁路线2106工作面2107工作面2106机巷2107机巷总回风巷-780轨道巷-780运输巷搬家路线矸石仓破碎机硐室254）充填留巷瓦斯抽放系统瓦斯抽放图18瓦斯抽放管路布置2106工作面2107工作面2106机巷2107机巷2106风巷2107切眼瓦斯积聚区瓦斯积聚区抽放钻孔抽放管路主要研究内容3河南理工大学矿山开发设计研究所地质、开采技术条件调研分析沿空留巷围岩压力分布理论分析沿空留巷围岩移动及控制理论分析充填工艺流程及配套设备实验研究充填体材料配比及强度实验井下充填体现场配比及工艺模拟实验充填工艺和设备安装调试理论研究实验研究现场试验充填过程现场实验及相关参数测试充填液压支架改进及支护性能实验高突煤层矸石充填留巷科学开采系统及开采体系瓦斯抽采系统及其参数优化充填开采各生产系统优化沿空巷道矿压监测及稳定性评价井下矸石运输（或地面矸石回运）矸石临时存储及破碎充填体材料混合搅拌充填设备（包括充填支架、充填溜子、充填模具）271）建立沿空留巷矸石充填系统27主要研究内容3河南理工大学矿山开发设计研究所对具体的试验工作面，根据其回采工艺、巷道布置、生产系统及相关巷道及设备参数，优化充填工艺流程，实现充填成本最小化及充填工艺简单化。2）优化充填工艺流程28主要研究内容3河南理工大学矿山开发设计研究所运用力学理论及数值模拟方法，对充填带顶板运移规律、充填体受力分布、充填体变形移动特征等进行研究，为选择矸石充填带参数和支护参数的提供依据。对沿空留巷在一次超前支承压力期，采后岩层垮落影响期，二次采动影响期等几个阶段煤体及充填带受力状况，顶板下沉规律进行研究。293）沿空留巷充填技术矿山压力及岩层运动规律研究主要研究内容3河南理工大学矿山开发设计研究所充填带参数设计主要包括：充填体部分宽度W1、破碎矸石部分宽度W2，以及充填体的强度σ1等304）矸石充填带参数设计主要研究内容3顶板煤体机巷混合充填体破碎矸石采空区挡板W1W2河南理工大学矿山开发设计研究所一次支护方案的评价及改进二次支护方案设计加强支护方案设计与优化巷旁充填支护参数设计与优化。315）支护参数设计与优化主要研究内容3河南理工大学矿山开发设计研究所充填体材料以粉碎的矸石为主，配以石灰、水泥、黄土等，在实验室内对充填材料进行配比实验，以找到最优的充填体配比方案。326）充填体材料配比实验主要研究内容3河南理工大学矿山开发设计研究所对沿空巷道在受到一次采动影响以前一直到下区段工作面推过后的全过程进行围岩及充填体变形、受力分布等方面的监测。337）沿空留巷矿压监测河南理工大学矿山开发设计研究所主要研究内容3ABCDO图19矿压观测测点布置图20表面位移测点示意图图21两帮及顶底板离层预测原理图2106工作面2107工作面2106机巷2107机巷总回风巷-780轨道巷-780运输巷2106风巷矸石仓破碎机硐室1#2#3#4#5#6#河南理工大学矿山开发设计研究所2106工作面2107工作面顶底板移近量，mm121-移动速度曲线2-移近量曲线ⅠⅤⅣⅢⅡⅢ前Ⅲ后移动速度20~30m80~120mⅠ-巷道掘进影响期Ⅱ-掘进稳定期Ⅲ-一次采动影响期Ⅴ-二次采动影响期Ⅳ-一次采动稳定期Ⅲ前-超前影响区Ⅲ后-采动后影响区图22巷道受采动影响的变形区域河南理工大学矿山开发设计研究所主要包括巷道掘进、运输系统、运料系统、通风系统、巷道布置、工作面搬家、瓦斯抽采系统368）充填巷道整修主要研究内容39）优化充填开采系统，建立充填留巷科学开采系统及开采体系河南理工大学矿山开发设计研究所直接经济效益：煤巷掘进及锚网支护费用约：6000元/m沿空留巷直接成本（估算）：4500元/m回收煤柱效益：3500元/m直接经济效益：5000元/m社会经济效益4371）技术经济效益河南理工大学矿山开发设计研究所表1煤巷掘进及锚网支护费用（实际）（一）支护材料名称规格及型号单位单价（元）数量金额备注树脂锚杆φ20×2200mm根4621.25977.50.7*0.7树脂药卷K2335支1.872.