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03.0m，平均2.41m，煤层结构简单，煤层倾角016，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,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,1）留巷实施地点 充填留2106机巷,9,2）充填工艺流程及充填工艺系统,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4,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,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10,12,图7 充填过程图,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,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23m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。23m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。,矸石破碎及运输,图11 矸石破碎硐室位置,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）,19,3）充填巷道的一次支护及二次支护,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700750。支护断面尺寸和规格见图14。 锚杆：顶锚杆采用202400mm左螺旋金属锚杆，帮锚杆采用 182400mm玻璃钢锚杆，间排距700750mm，每孔使用3根K2335树脂锚固剂； 盖板：使用金属托板，100mm100mm10mm； 锚索：采用15.248000钢绞线，间排距10501500mm，每孔使用6根K2335树脂锚固剂； 锚网：采用金属钢板网，20001000mm，网格16080mm； 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,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,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,23,4）充填留巷生产系统,图16 充填留巷生产系统,24,4）工作面搬迁,图17 工作面搬迁路线,25,4）充填留巷瓦斯抽放系统,瓦斯抽放,图18 瓦斯抽放管路布置,河南理工大学矿山开发设计研究所,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）,27,1）建立沿空留巷矸石充填系统,27,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,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。,29,3）沿空留巷充填技术矿山压力及岩层运动规律研究,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1等,30,4）矸石充填带参数设计,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。,31,5）支护参数设计与优化,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。,32,6）充填体材料配比实验,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。,33,7）沿空留巷矿压监测,河南理工大学矿山开发设计研究所,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,河南理工大学矿山开发设计研究所,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,36,8）充填巷道整修,主要研究内容,3,9）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,37,1） 技术经济效益,河南理工大学矿山开发设计研究所,表2 沿空留巷直接成本（估算）,2)留巷资金预算明细,1、设备费：1200万元 其中：充填液压支架 680万元 （42.5吨2万8架） 充填运输机 40万元 挡板支架 50万元 运矸皮带 80万元 矿用配料机 50万元 专用螺旋上料机 30万元 其它设备及模具 20万元,2、试验研究费：250元万元 其中：充填材料配比实验： 20万元 相似模拟实验： 30万元 数值模拟实验： 30万元 充填系统设计费 50万元 井下试验研究费 50万元 鉴定费报奖 20万元 资料打印装订费 5万元 旅差费 25万元 管理费（10%） 20万元,间接经济效益： a) 降低了巷道掘进率，使准备工作面预抽煤层瓦斯时间提前，缓解了采、掘、抽接替紧张，由此必然带来产量的增加。 b) 减轻了工人劳动强度，改善了工作环境。 c) 实现了无煤柱开采，提高煤炭采出率，可以使煤炭资源的回采率提高3%6%。,41,1） 技术经济效益,河南理工大学矿山开发设计研究所,安全方面： 井下煤巷掘进头数量减少近50%，使得突出危险性减少了50%； 掘进地点减少，采掘管理更加简单，生产更加集中，增加了全矿井的安全可靠性； 方便了工作面后方采空区瓦斯抽放，延长了准备工作面预抽瓦斯的时间，提高了瓦斯抽放效果。 环境方面： 合理利用大量的工业废渣(如矸石、粉煤灰、炉渣、烟道灰、矸石粉等) ，减少污染，保护环境。,42,2） 社会效益,河南理工大学矿山开发设计研究所,谢谢各位专家！,河南理工大学矿山开发设计研究所,