某煤業(yè)33011與31011工作面之間下分層煤柱安全開(kāi)采可行性報(bào)告可行性報(bào)告

I 1 4 42.231011回風(fēng)順槽和33011回風(fēng)順槽充填方案 63下分層頂板穩(wěn)定性分析與頂板管理 83.1下分層頂板穩(wěn)定性分析 83.2液壓支架工作阻力計(jì)算 3.2.2液壓支架工作阻力計(jì)算 3.3下部煤層開(kāi)采輔助技術(shù) 5充填材料與工藝 5.2充填工藝 5.3充填過(guò)程注意事項(xiàng) 5.4人員配備 6準(zhǔn)備事項(xiàng)及經(jīng)濟(jì)效益核算 6.1需要準(zhǔn)備的材料及設(shè)備 6.2成本概算 1煤層傾角3～5°,容重1.45t/m3,煤層中局部夾1～4層泥巖為降低上分層工作面上隅角和回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛?，在增加成“U+L”通風(fēng)方式，距33011工作面回風(fēng)順槽7m、距31011工作面回風(fēng)順槽20m布置1條31011瓦斯尾巷，供33011工作面和31011工作面排放瓦斯，這兩個(gè)工作面于2010年前回采完畢。目前，已經(jīng)掘進(jìn)了下分層33012工作面回風(fēng)順槽和31012工作面膠帶順槽，為了提高資源回收率，準(zhǔn)備將33012工作面回風(fēng)順槽和31012工作面膠帶順槽組合成33012工作面，其巷道布置示意圖見(jiàn)圖1-1所示。33012回風(fēng)順槽(下分層)31012膠帶順槽(下分層)31011工作面(上分層)膠軌上上山回風(fēng)上山圖1-133012工作面布置示意圖233012工作面煤層頂?shù)装鍘r性特征見(jiàn)表1-1所示。表1-131012工作面煤層頂?shù)装逄卣黜數(shù)装迕Q巖石名稱厚度基本頂中粒砂巖深灰色，質(zhì)地較堅(jiān)硬，一般不易冒落。直接頂泥巖、粉砂巖深灰色，開(kāi)采達(dá)一定范圍后開(kāi)始冒落。偽頂炭質(zhì)泥巖黑色薄層，隨開(kāi)采過(guò)程極易冒落底板砂質(zhì)泥巖深灰色，局部較軟弱，開(kāi)采時(shí)圍壓為了提高煤炭回收率、提高礦井生產(chǎn)效率，33012工作面 (下分層)與上分層工作面呈外錯(cuò)型布置方式，如圖1-1所示。在回采上分層31011和33011工作面時(shí)，為加強(qiáng)31011瓦斯尾巷支護(hù)，在31011瓦斯尾巷布置了大量木垛，因此，31011瓦斯尾巷存在空洞；31011和33011工作面的順槽隨工作面推進(jìn)基本垮落，但這2條順槽頂?shù)装蹇赡艽嬖诳障叮@對(duì)安全開(kāi)采31011和33011工作面之間下分層煤柱存在以下影響：1)由于會(huì)影響安全開(kāi)采；2)3條順槽正下方液壓支架不接頂，移架困為了解決以上問(wèn)題，山西沁和能源集團(tuán)有限公司、曲堤煤業(yè)有限公司與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作，擬采取高水充填材料充填31011瓦斯尾巷、33011回風(fēng)順槽及31011回風(fēng)順槽，將空洞、3頂板穩(wěn)定性，為開(kāi)采31011和33011工作面之間下分層煤柱提供安全保障。擬采取以下方案：(1)采用高水充填材料充填滿31011瓦斯尾巷，在33011回風(fēng)順槽及31011回風(fēng)順槽采用高水充填材料充填后形成0.5m厚膠結(jié)頂板；(2)在進(jìn)行下分層工作面31012工作面回采時(shí)，在瓦斯尾巷處超前循環(huán)探測(cè)，若正下方綜采支架移架困難和瓦斯突然釋放的難題；(3)在下分42充填方案2.131011瓦斯尾巷充填方案從31012膠帶順槽(下分層)向31011瓦斯尾巷鉆孔進(jìn)行充填，如圖2-1所示，首先從31012膠帶順槽垂直向31011瓦斯尾巷布置6個(gè)孔(等距離，每孔間距86m),孔徑78mm,先孔封孔材料進(jìn)行封孔，封孔長(zhǎng)度為1.5m~2.0m,鋼管外端焊接31011膠帶順槽330111回風(fēng)順槽31011膠帶順槽5圖2-1瓦斯尾巷充填鉆孔布置示意圖(1)從31012膠帶順槽底板以上0.75m向上傾斜鉆孔(角度6°)對(duì)31011瓦斯尾巷進(jìn)行鉆孔直達(dá)該巷頂部，需打6孔(見(jiàn)實(shí)藍(lán)線所示);(3)向PVC管內(nèi)塞入3英寸的鋼管；(5)進(jìn)行充填，依次通過(guò)6孔將31011瓦斯尾巷全部充填(6)再在已充填的孔中間補(bǔ)打鉆孔(見(jiàn)圖虛藍(lán)線所示位置),采用鉆孔窺視儀觀看第一次充填情況，采用以上步驟再2-2所示。6圖2-2瓦斯尾巷工作面前方探孔布置示意圖(1)工作面檢修班期間，與工作面推進(jìn)方向一致，每隔10m打一個(gè)水平長(zhǎng)度15m的向上孔探測(cè)31011瓦斯尾巷充填情(2)采用鉆孔窺視儀觀察瓦斯尾巷充填情況；(4)若進(jìn)行充填，采用水灰比為3:1的高水充填材料再進(jìn)行充填，能快速凝固，不影響工作面回采；(5)重復(fù)以上步驟(1)~(4),始終保持工作面煤壁前2.231011回風(fēng)順槽和33011回風(fēng)順槽充填方案31011回風(fēng)順槽與33011回風(fēng)順槽充填孔布置見(jiàn)圖2-3所7圖2-331011回風(fēng)順槽與33011回風(fēng)順槽充填孔布置示意圖(1)從31012膠帶順槽打孔進(jìn)行充填，充填固結(jié)厚度達(dá)到(2)高水充填材料水灰比為5:1,能膠結(jié)形成強(qiáng)度達(dá)到2MPa的固結(jié)體。83下分層頂板穩(wěn)定性分析與頂板管理3.1下分層頂板穩(wěn)定性分析根據(jù)頂板結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分布可沿傾斜方向?qū)?1012工作面頂板分為四種：煤柱下方頂板、上分層巷道下方頂板、采空區(qū)下方頂板、瓦斯尾巷下方頂板。下面分析這四種頂板的結(jié)構(gòu)特征(1)煤柱下方頂板結(jié)構(gòu)特征及穩(wěn)定性煤柱兩側(cè)的上分層工作面回采后，在采空區(qū)側(cè)向支承壓力作用下煤柱兩側(cè)煤體的完整性相對(duì)差一點(diǎn)，一般頂板巖層結(jié)構(gòu)較好，但支承壓力較大，易發(fā)生片幫，頂板穩(wěn)定性較好，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)采取緊跟前滾筒移架、確保支架有較高的初撐力等方法來(lái)保(2)上分層巷道下方頂板結(jié)構(gòu)特征及穩(wěn)定性上分層工作面回采以后，兩順槽頂板基本垮落，但由于煤柱的支撐作用，靠近煤柱附近的巷道下方可能存在空隙，因此采用高水充填材料充填空隙、膠結(jié)冒落的煤巖體，充填、膠結(jié)高度達(dá)到0.5m,因此，該范圍頂板管理比采空區(qū)下方破碎頂板好管理、壓力小于煤柱下方頂板，但由于膠結(jié)頂板強(qiáng)度還是小于原生頂板，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)采取緊跟前滾筒移架、確保支架有較高的(3)采空區(qū)下方工作面頂板結(jié)構(gòu)特征及穩(wěn)定性9采空區(qū)下方頂板結(jié)構(gòu)可歸為碎裂頂板，頂板壓力不大、周期來(lái)壓不明顯，但頂板破碎、下沉量較大，該范圍頂板管理不在本課題研究范圍內(nèi)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，該范圍現(xiàn)場(chǎng)頂板管理應(yīng)當(dāng)采取緊跟前滾筒移架、嚴(yán)格控制采高、采用較大的支架初撐(4)瓦斯尾巷下方工作面頂板結(jié)構(gòu)特征及穩(wěn)定性位于瓦斯尾巷下方的頂板通過(guò)高水充填材料充填后，頂板穩(wěn)定性比上分層巷道下方頂板好、比煤柱下方頂板差，但壓力小于煤柱下方，回采時(shí)緊跟前滾筒移架、采用較大的支架初撐總之，上分層回采后改變了下層煤開(kāi)采時(shí)的覆巖破斷和移動(dòng)特征；上分層采過(guò)后由于上覆巖層已遭受了大范圍的破斷和覆巖破斷和移動(dòng)特征發(fā)生了明顯的變化。因此在31012工作面回采過(guò)程中其礦山壓力顯現(xiàn)和單一煤層工作面的開(kāi)采不同。主要表現(xiàn)為：沒(méi)有周期來(lái)壓或者周期來(lái)壓不明顯、工作面超前支承壓力較小、應(yīng)力集中程度降低、支承壓力分布平緩，但是端面頂板冒落較多、頂板下沉量較大、煤柱下方工作面頂板壓力較大等現(xiàn)象?；夭蓵r(shí)及時(shí)移架(緊跟前滾筒移架)、維修好乳化液管路和液壓支架的液壓系統(tǒng)，保持乳化液管理不漏液，保證支架初撐力達(dá)到額定工作阻力的80%,支架能達(dá)到額定工作支架的工作狀態(tài)是處于“結(jié)定變形”狀態(tài)還是處于“給定33011工作面回風(fēng)順槽與31011工作面回風(fēng)順槽之間煤柱下根據(jù)礦壓理論，工作面支架承受的最大壓力為4-8倍采高烈時(shí)取較小倍數(shù)，煤柱下方工作面支架取最大倍數(shù)即取8倍采r—煤層頂板巖石容重，取2.5t/m3;ZYP3200/17/28型液壓支架額定工作阻力32003.3下部煤層開(kāi)采輔助技術(shù)31012工作面開(kāi)采下分層，容易發(fā)生架前頂板冒落。特別是工作面上方煤柱附近受上分層工作面?zhèn)认蛑С袎毫氨竟ぷ飨虏棵簩庸ぷ髅婕芮绊敯迕奥渲饕?種形式即：輕微冒落，滑坡式冒頂和大冒高形態(tài)，如圖3-1所示。(a)輕微冒落(b)滑坡式冒頂(c)大冒高形態(tài)圖3-1冒頂類型在上分層殘留煤柱附近易發(fā)生微冒落和滑坡式冒頂。擬采(1)采用高水充填材料將上分層未垮落充分的位置附近充(2)控制合理的端面距，提高端面頂板的穩(wěn)定性。巷道下方及采空區(qū)頂板端面距應(yīng)小于400mm,煤柱下方端面距應(yīng)小于(3)當(dāng)端面距超過(guò)規(guī)定要求時(shí)，由先割煤后移架，改為先移架后割煤，即“支架超前”,以縮小梁端距。(4)消除和減小支架頂梁上端的浮矸；確保支架初撐力達(dá)到額定工作阻力的80%;支架不得低頭。(5)嚴(yán)格按規(guī)定采高回采，嚴(yán)禁割頂板，局部地段可以留(6)出現(xiàn)較大范圍、較深的冒頂時(shí)，為了防止冒頂繼續(xù)增加而發(fā)展成為第三種大冒高形式，從煤壁向頂板方向斜打木錨用金屬鋼梁或木梁配合單體支柱支護(hù)冒落區(qū)。煤壁片幫的主要形式：一是倒墻式片幫，煤壁上下部片幫深度相等，主要是平行于煤壁的節(jié)理及采動(dòng)影響和支承壓力共同作用的結(jié)果。二是滑落式片幫，煤壁上部沿斜面滑下在端面處形成較大的空頂面積，主要是因降壓移架時(shí)煤壁承受壓力增大引發(fā)，如圖3-2所示。圖3-2煤壁片幫形式(1)工作面液壓支架采用帶壓移架。(3)保持支架良好的工作狀態(tài)。(4)若片幫嚴(yán)重，應(yīng)垂直于煤壁打貼幫柱。(5)嚴(yán)格安裝規(guī)定采高回采。4瓦斯管理加強(qiáng)31011瓦斯尾巷、33011回風(fēng)順槽和31011回風(fēng)順槽(1)利用31011瓦斯尾巷的抽放管路中219mm進(jìn)行采空區(qū)(2)瓦斯檢查工要不定時(shí)對(duì)33012切眼及工作面與31011(3)在31011瓦斯尾巷下方懸掛便攜式甲烷報(bào)警儀，隨時(shí)(4)在回采接近貫眼7m時(shí)，從33012工作面平行順槽方(5)若出現(xiàn)瓦斯異常，一方面可以風(fēng)幛導(dǎo)風(fēng)方式稀釋瓦斯(6)進(jìn)一步加強(qiáng)人員培訓(xùn)，做好下分層工作面瓦斯監(jiān)管、5充填材料與工藝5.1高水充填材料簡(jiǎn)介高水充填材料經(jīng)七五和八五國(guó)家科技攻關(guān)，材料本身和相留巷效果良好，即將在兗礦集團(tuán)南屯煤礦、甘肅窯街礦務(wù)局海石灣煤礦等礦使用；也可以在工作面充填、空巷充填等條件下充填使用，曾經(jīng)在潞安礦務(wù)局王莊煤礦、兗州礦務(wù)局楊莊煤礦進(jìn)行空巷充填，保證了綜采放頂煤工作面安全通過(guò)充填后的空高水充填材料是一種能在高水灰比條件下快速凝結(jié)的特種水泥，是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)承擔(dān)的國(guó)家“七五”、“八五”重點(diǎn)科按1:1的比例配合使用。甲料、乙料單獨(dú)與水混合24h不凝結(jié)，為避免管路堵塞和一定條件下不沖洗管路創(chuàng)造了條件，而甲料高水充填材料之所以能夠在高水灰比條件下快速、全部凝結(jié)硬化，是因?yàn)槠渌磻?yīng)生成了大量的鈣礬石。鈣礬石是含結(jié)晶水最高的水化物中最為常見(jiàn)的一種，這是高水充填材料不同于一般水泥材料的最顯著的特點(diǎn)之一。(1)高水灰比條件下結(jié)石率100%;(2)凝結(jié)時(shí)間短，早期強(qiáng)度高并可調(diào)；(3)塑性好，凝結(jié)體單軸加壓應(yīng)變達(dá)15%時(shí)，其殘余強(qiáng)度還能維持在峰值強(qiáng)度的50%以上。(4)凝結(jié)體具有微膨脹性；(5)改變水灰比和添加劑成分就能獲得不同強(qiáng)度的凝結(jié)(6)單位體積充填材料用量少。→膠凝固化→強(qiáng)度硬化體高水充填材料充填體呈現(xiàn)明顯的塑性材料特征，在壓力作用下可以允許較大的塑性變形，強(qiáng)度衰減比較緩慢，可以維持通過(guò)我們與有關(guān)設(shè)備廠家共同努力，研究開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)單的充填泵，該泵能夠保證同時(shí)進(jìn)漿、同時(shí)出漿，甲乙料等量，從根高水充填材料主要分為兩類：一類是在水灰比為5:1的條以上，主要應(yīng)用于采空區(qū)、空巷充填等；第二類材料水灰比在2.5:1以下，通常在1.5~1.8:1的條件下，1m3充填體只需高水充填材料500kg,凝固后強(qiáng)度達(dá)10MPa以上，主要應(yīng)用于沿空5.2充填工藝高水充填材料分甲料和乙料兩部分，甲料、乙料按1:1的比例配合使用。由于甲料、乙料單獨(dú)加水?dāng)嚢璨荒Y(jié)，而一旦混合則凝結(jié)硬化，凝結(jié)速度可以控制在20~60分鐘。為防止?jié){液在攪拌、運(yùn)輸過(guò)程中凝結(jié)、堵塞管路和充填泵等設(shè)備，需分別攪拌和泵送甲料漿、乙料漿。因而，應(yīng)采用雙液充填工藝1)充填泵站布置采用1臺(tái)流量為120～150L/min的雙液充填泵充填。甲料、乙料各配2臺(tái)攪拌桶，每臺(tái)攪拌桶容積1.0m3,攪拌桶附近布置料場(chǎng)，充填泵站布置在31012膠帶順槽(下分層),具體位置與礦方共同確定。料場(chǎng)要適當(dāng)墊高，防止堆放的高水充填材料受潮，并且實(shí)行掛牌管理，嚴(yán)禁混放。充填泵及攪拌桶放平，甲料、乙料4個(gè)攪拌桶上方分別各接一趟2寸水管供水；攪拌桶較高，為了便于工人上料，需要搭臺(tái)階。2)試驗(yàn)系統(tǒng)用清水試驗(yàn)攪拌桶、充填泵、充填管路及充填點(diǎn)與泵站之間的聯(lián)絡(luò)是否正常，一切正常后就可以進(jìn)行充填漿液。3)上料、攪拌根據(jù)設(shè)計(jì)的水灰比加入適量的水，若采用水灰比為5:1時(shí)，每桶一次上水550kg,然后每桶加高水充填材料100kg,加甲料及加乙料添加劑各10kg。注意(加)甲料、(加)乙料不能混加，攪拌時(shí)間不少于4)泵送與清洗設(shè)備因故暫停15分鐘充填就需要清洗充填泵和管路，防止堵5.3充填過(guò)程注意事項(xiàng)(1)若出現(xiàn)電氣或設(shè)備故障時(shí)，充填點(diǎn)人員應(yīng)(2)泵站人員應(yīng)觀察甲、乙料的吸入情況，出漿流量是否(3)充填點(diǎn)人員應(yīng)密切觀察充填袋周?chē)敯逄?4)加強(qiáng)泵站與充填點(diǎn)的聯(lián)系十分重要，及時(shí)通報(bào)相互間(5)對(duì)每一袋高水充填材料，必須徹底將袋里的高水充填材料完全倒凈，袋子里不能留下一點(diǎn)高水充填材料，對(duì)于高水5.4人員配備設(shè)置充填的班組成員共5人，其中班長(zhǎng)1人，機(jī)電工1名負(fù)責(zé)泵、攪拌桶的操作及維護(hù)、保養(yǎng)，另外3人負(fù)責(zé)泵站及充填點(diǎn)的充填工：充填期間負(fù)責(zé)從混液器到充填袋管路控制及與注說(shuō)明：在充填前和充填過(guò)程中1名機(jī)電工檢修充填設(shè)備、6準(zhǔn)備事項(xiàng)及經(jīng)濟(jì)效益核算6.1需要準(zhǔn)備的材料及設(shè)備(1)購(gòu)買(mǎi)或維護(hù)充填設(shè)備：2臺(tái)充填泵，1臺(tái)使用，1備用；5臺(tái)攪拌桶，4臺(tái)使用、1臺(tái)備用，及相關(guān)配件，特別是易損件(2)購(gòu)買(mǎi)高水充填材料800t。6.2成本概算1)設(shè)備費(fèi)用充填設(shè)備清單及費(fèi)用見(jiàn)表6-1所示。表6-1充填設(shè)備清單及費(fèi)用序號(hào)材料名稱規(guī)格、型號(hào)數(shù)量參考價(jià)格費(fèi)用1雙液注漿泵2ZBSB8-1.1/6-22防爆22攪拌桶JB-1000防爆53混合器2總計(jì)2)材料費(fèi)用31011瓦斯尾巷原斷面寬×高為3m×2.3m,經(jīng)歷兩次采動(dòng)影響巷道斷面收縮及巷內(nèi)木垛，其斷面明顯縮小，設(shè)計(jì)時(shí)按斷面3m2計(jì)算，31011瓦斯尾巷按600m計(jì)算，充填體積為1800m3,充填材料水灰比設(shè)計(jì)為5:1,則需要充填材料360t,再考慮10%元計(jì)算(含運(yùn)到礦上費(fèi)用),則材料費(fèi)用約為80萬(wàn)元。31011回風(fēng)順槽和33011回風(fēng)順槽巷道底寬按3m計(jì)算，充填高度按0.5m計(jì)算，充填長(zhǎng)度按600m計(jì)算，需要充填體積也為1800m3,充填材料水灰比設(shè)計(jì)為5:1,則需要充填材料360t,再考慮10%漿液滲漏、跑漿等，則所需材料為400t左右，每噸材料按2000元計(jì)算(含運(yùn)到礦上費(fèi)用),則材料費(fèi)用約為80綜上，所需充填材料費(fèi)用為160萬(wàn)元左右。Editor'snote:JudsonJonesisameteorologist,journaphotographer.HehasfreelancedwithCNNforfouryears,coveringsevere(CNN)-Iwillalwaysw