高突煤層沿空留巷技術(shù)

高突煤層沿空留巷技術(shù)第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四匯報提綱實施沿空留巷的必要性和緊迫性充填沿空留巷技術(shù)說明與其他技術(shù)的比較經(jīng)濟(jì)社會效益分析2河南理工大學(xué)礦山開發(fā)設(shè)計研究所第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四1實施沿空留巷的必要性和緊迫性高瓦斯突出煤層，實施區(qū)域防突難度大，形成一個回采工作面需要掘兩條巖巷掩護(hù)消突，巷道掘進(jìn)安全性差，掘進(jìn)速度慢，成本高。采掘接替緊張，22020回采工作面與22040掘進(jìn)工作面對頭作業(yè)，受工作面采動影響劇烈，巷道掘進(jìn)困難，掘進(jìn)速度慢，支護(hù)難度大，返修成本高，容易發(fā)生冒頂，掘進(jìn)安全性差。若采用沿空留巷可以節(jié)省一煤一巖，大大緩解采掘接替的緊張局面，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四2充填沿空留巷技術(shù)說明在采煤工作面后方的巷道邊緣，隨工作面開采在采空區(qū)側(cè)，用綜合機(jī)械化方法，將井下或地面廢棄矸石（或固體廢料），用矸石破碎機(jī)將煤礦矸石破碎成一定粒徑的矸石顆粒；用皮帶輸送機(jī)將其運送到留巷位置的工作面端頭；通過自動配料攪拌機(jī)加少量膠結(jié)材料；依靠專門研制的充填液壓支架上懸掛的充填運輸機(jī)；將破碎的矸石顆粒充進(jìn)巷旁第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四并由充填液壓支架上的壓縮機(jī)構(gòu)將松散的矸石顆粒擠壓形成高強(qiáng)度矸石帶；同時，巷內(nèi)自動模板在充填之前向充填體加無樹脂錨桿，從而形成高強(qiáng)矸石充填巷旁支撐結(jié)構(gòu)，留住工作面后方的巷道（圖1）。充填寬度根據(jù)工作面開采條件確定。整個充填留巷過程全部為機(jī)械化作業(yè)。其充填工藝流程（如圖2）：矸石充填工藝系統(tǒng)為：矸石破碎→矸石倉→皮帶運輸→加膠結(jié)料混合攪拌、上充填運輸機(jī)→矸石充填→矸石擠壓強(qiáng)化成型→移架→下一循環(huán)充填。系統(tǒng)為開放式系統(tǒng)，不需要復(fù)雜的設(shè)備和工藝，系統(tǒng)簡單、可靠性高，科學(xué)合理。1充填沿空留巷技術(shù)說明第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖1充填留巷方法示意圖第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖2充填留巷側(cè)向液壓自動模板示意圖第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖3充填留巷巷旁錨網(wǎng)支護(hù)第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖4充填留巷生產(chǎn)系統(tǒng)第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖6充填支架示意圖圖7擠壓檔板結(jié)構(gòu)示意圖圖5充填留巷充填過程示意圖第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖8充填留巷工藝系統(tǒng)圖第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖6充填留巷生產(chǎn)系統(tǒng)第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖9

通風(fēng)系統(tǒng)圖第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖11工作面搬遷路線第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖12瓦斯抽采系統(tǒng)布置充填留巷瓦斯抽采解決方案瓦斯抽采在留巷里提前進(jìn)行2107工作面瓦斯抽采，在2106采空區(qū)實現(xiàn)預(yù)埋管路進(jìn)行采空區(qū)抽采，可提高瓦斯抽放效果。第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖13充填留巷材料配比試驗第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四混合材料比例%圖14充填留巷材料配比試驗結(jié)果第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖15擠壓2MPa材料強(qiáng)度第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四二次加壓試模強(qiáng)度編號水泥含量/%強(qiáng)度/Mpa養(yǎng)護(hù)時間/d備注2-1104.113天初次加壓0.25MPa,二次加壓8Mpa2-2103.853天初次加壓0.25Mpa,二次加壓8Mpa2-3103.913天初次加壓0.25Mpa,二次加壓8Mpa平均3.95二次加壓試模強(qiáng)度圖16充填留巷材料二次加載試驗第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四20充填巷道的一次支護(hù)及二次支護(hù)河南理工大學(xué)礦山開發(fā)設(shè)計研究所一次巷道斷面為矩形四錨索，七根錨桿700㎜×750㎜。一次支護(hù)斷面尺寸和規(guī)格見圖14。錨桿：頂錨桿采用Ф20×2400mm左螺旋金屬錨桿，幫錨桿采用Ф18×2400mm玻璃鋼錨桿，間排距700×750mm，每孔使用3根K2335樹脂錨固劑；蓋板：使用金屬托板，100mm×100mm×10mm；錨索：采用Ф15.24×8000鋼絞線，間排距1050×1500mm，每孔使用6根K2335樹脂錨固劑；（具體參數(shù)視現(xiàn)場情況而定）錨網(wǎng)：采用金屬鋼板網(wǎng)，2000×1000mm，網(wǎng)格160×80mm；頂板錨桿采用W型鋼帶進(jìn)行聯(lián)接，加強(qiáng)支護(hù)。幫錨桿采用梯子梁進(jìn)行聯(lián)接第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四錨索錨桿圖17一次支護(hù)設(shè)計方案一方案二待充填側(cè)待充填側(cè)第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四圖18二次支護(hù)設(shè)計二次加強(qiáng)支護(hù)在充填側(cè)留出200mm的距離，進(jìn)行單體液壓支柱配工字鋼梁加強(qiáng)支護(hù)，排距為600mm。在巷道中間加一排單體液壓支柱點柱，排距為1200mm。為了防止充填體片幫傷人，對充填體內(nèi)進(jìn)行預(yù)先埋設(shè)特制錨桿，增強(qiáng)充填體的抗側(cè)壓強(qiáng)度，外面再加上梯字梁和鋼絲網(wǎng)，防止側(cè)鼓。第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四留巷整修工作面從切眼處開始留巷，做為下一個工作面的風(fēng)巷使用，下一個工作面只掘進(jìn)機(jī)巷和切眼。根據(jù)經(jīng)驗，一般工作面后部120m范圍以外上部巖層基本穩(wěn)定，沿空巷道的整修工作一般落后工作面120m開始，具體數(shù)據(jù)可根據(jù)礦壓觀測確定。由于巷道整修時巷內(nèi)有輸送充填料的吊掛式皮帶，因此，整修過程中的矸石可直接裝入皮帶運到充填地點充填，使整修工作容易和輕松，整修后鋪設(shè)軌道，即為下一個工作面搬家準(zhǔn)備好了條件第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四2

與其它技術(shù)的比較1）綜合機(jī)械化矸石充填沿空留巷具有技術(shù)先進(jìn)性。與現(xiàn)有的砌料石墻沿空留巷、密集支柱及木垛沿空留巷技術(shù)相比大大提高了機(jī)械化程度，效率和安全性大大提高；與高水（膏體）速凝材料充填沿空留巷技術(shù)相比，第一，矸石充填沿空留巷以矸石為主要材料，將煤矸石等可變廢為寶，做到煤礦矸石不出井或少出井，減少矸石提升量，減少矸石排放，實現(xiàn)煤礦廢物減排，同時，成本低效率高。第二，矸石充填沿空留巷為開放式系統(tǒng)，不存在堵管等問題，系統(tǒng)可靠性高；第三，矸石充填寬度較大（可達(dá)8-12m）；充填結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，穩(wěn)定性強(qiáng)，充填效果好，不開裂，漏風(fēng)率低，對瓦斯防治有利，留巷安全可靠。

第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四2）充填作業(yè)與采煤作業(yè)分別在工作面后方和前方進(jìn)行，相互干擾小。矸石充填留巷的全部作業(yè)工序在工作面后方進(jìn)行，而工作面開采在工作面前方進(jìn)行，機(jī)械設(shè)備、煤炭運輸、矸石運輸、采煤作業(yè)、端頭支護(hù)、充填作業(yè)以及巷道維修等分別在各自不同的空間和時間內(nèi)進(jìn)行，相互之間沒有交叉和干擾，安全狀況好。3）實施矸石充填沿空留巷可大大緩解采掘接替緊張的局面。4）突出煤層采用沿空留巷后，相鄰工作面可以在留巷側(cè)繼續(xù)抽放瓦斯，使相鄰工作面的瓦斯抽放時間增加一倍，瓦斯抽放效果將會明顯提高，工作面安全生產(chǎn)條件將會得到有效改善。第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四5）采用沿空留巷時，可形成一進(jìn)兩回和兩進(jìn)一回兩種可行的通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠，能完全滿足工作面回采、沿空充填留巷通風(fēng)的要求。另外由于掘進(jìn)地點減少，采掘管理更加簡單，生產(chǎn)更加集中，增加了全礦井的安全可靠性。另外，方便了工作面后方采空區(qū)瓦斯抽放，延長了準(zhǔn)備工作面預(yù)抽瓦斯的時間，提高了瓦斯抽放效果。二是環(huán)境方面合理利用了矸石，減少矸石排放污染，有利于環(huán)境保護(hù)。26河南理工大學(xué)礦山開發(fā)設(shè)計研究所第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四序號項目單價巷道用量成本/元/m1裝備及試驗費用500萬元1000投資600萬元，按服務(wù)5000m巷道折算2膠結(jié)材料100元/t0.40t/m80膠結(jié)料等3巷道加強(qiáng)支護(hù)費用200元/m2003充填人工費100元/工6工/m6004其他輔助工程費用100萬元20按服務(wù)5000m巷道折算5不可預(yù)計費用1006合計2000表1沿空留巷直接成本構(gòu)成3經(jīng)濟(jì)社會效益分析1）沿空留巷直接成本（估算）第27頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四充填系統(tǒng)為簡單的綜合機(jī)械化系統(tǒng)，充填材料主要是破碎的固體矸石，在巷道側(cè)部分加膠結(jié)材料，其膠結(jié)材料比例小成本很低，一般沿空留巷綜合成巷成本低于巷道掘進(jìn)成本，無煤柱多采出的煤基本為凈增直接效益可觀。在間接經(jīng)濟(jì)效益方面一是降低了巷道掘進(jìn)率，可使準(zhǔn)備工作面預(yù)抽煤層瓦斯時間提前，緩解了采、掘、抽接替緊張，由此必須帶來產(chǎn)量的增加。二是減輕了巷道掘進(jìn)的工人勞動強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。