工作面之间下分层煤柱安全开采可行性研究报告

1、13项目报编制概.汽定义豎22项目磚必性错误未定义養瀝节施错误未定义|错误未定义书签下载后可任意编辑，修改曲堤煤业33011与31011工作面之间下分层煤柱安全开采可行性报告沁和能源集团有限公司中国矿业大学二o年十月 II目录 TOC o 1-5 h z 1 生产地质条件 1.2 充填方案 4.2.1 31011 瓦斯尾巷充填方案 4.2.2 31011回风顺槽和 33011 回风顺槽充填方案 6.3 下分层顶板稳定性分析与顶板管理 8.3.1 下分层顶板稳定性分析 8.3.2 液压支架工作阻力计算 1.03.2.1液压支架工作状态的确定 1.03.2.2液压支架工作阻力计算 1.13.3 下

2、部煤层开采辅助技术 1.23.3.1下部煤层架前顶板冒落问题及对策 1. 23.3.2下分层煤层片帮问题及对策 1.34 瓦斯管理 1.4.5 充填材料与工艺 1.6.5.1 高水充填材料简介 1.65.2 充填工艺 1.8.5.3 充填过程注意事项 1.95.4 人员配备 2.0.6 准备事项及经济效益核算 2.1.6.1 需要准备的材料及设备 2.16.2 成本概算 2.1. 1生产地质条件曲堤煤业为煤与瓦斯突出矿井，开采的煤层为二叠系山西 组下部的3#煤层，煤层埋深平均310m煤层属特低硫、低灰分、 高发热量无烟煤。煤层结构简单，厚度稳定，平均厚5.19m,煤层倾角35o,容重1.45t

3、/ m 3，煤层中局部夹14层泥岩 夹矸，厚度稳定，结构简单。采用分层开采，先采上分层。为降低上分层工作面上隅角和回风巷的瓦斯浓度，在增加 上分层工作面配风量的同时，额外配备一条专用瓦斯尾巷，形 成“ U+匚通风方式，距 33011工作面回风顺槽7m距31011 工作面回风顺槽20m布置1条31011瓦斯尾巷，供33011工作 面和31011工作面排放瓦斯，这两个工作面于2010年前回采完 毕。目前，已经掘进了下分层 33012工作面回风顺槽和31012 工作面胶带顺槽，为了提高资源回收率，准备将33012工作面回风顺槽和31012工作面胶带顺槽组合成 33012工作面，其巷 道布置示意图见图

4、1-1所示JSYB6#JSLB5#SYB3 #&33011轨道顺槽可: Ji zSA .L.屯, .!回胶轨33012回风顺槽 1下分层）PA风带道上上上山丄山J330111回风顺槽31011瓦斯尾巷昭:r-r-1八1Q_I 1Ji Q I I-131011回风顺槽31012胶带顺槽（下分层）ft31011工作面（上分层）图1-1 33012工作面布置示意图33012工作面煤层顶底板岩性特征见表1-1所示表1-1 31012工作面煤层顶底板特征顶底 板名 称岩石名称厚度 （m特 征基本 顶中粒砂岩7.45深灰色，质地较坚硬，一般不易冒 落。直接 顶泥岩、粉 砂岩5.0深灰色，开米达一定范围后开

5、始冒 落。伪顶炭质泥岩0.2黑色薄层，随开米过程极易冒落底板砂质泥岩1.5深灰色，局部较软弱，开米时围压 条件改变后可能产生底鼓现象。为了提高煤炭回收率、提高矿井生产效率，33012工作面（下分层）与上分层工作面呈外错型布置方式，如图1-1所示。在回采上分层31011和33011工作面时，为加强31011瓦斯尾 巷支护，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工作面的顺槽随工作面推进 基本垮落，但这2条顺槽顶底板可能存在空隙，这对安全开采 31011和33011工作面之间下分层煤柱存在以下影响：1）由于曲堤煤矿3#煤层为高瓦斯煤层，空洞、

6、空隙内会聚积大量瓦斯， 在下分层工作面开采过程中，如果积聚的大量瓦斯突然释放， 会影响安全开采；2）3条顺槽正下方液压支架不接顶，移架困 难。为了解决以上问题，山西沁和能源集团有限公司、曲堤煤 业有限公司与中国矿业大学合作，拟采取高水充填材料充填 31011瓦斯尾巷、33011回风顺槽及31011回风顺槽，将空洞、 空隙内积聚的瓦斯挤出、同时胶结冒落、松散的煤岩体，提高 顶板稳定性，为开采 31011 和 33011 工作面之间下分层煤柱提 供安全保障。拟采取以下方案： （1）采用高水充填材料充填满 31011 瓦斯尾巷，在 33011 回风顺槽及 31011 回风顺槽采用高 水充填材料充填后

7、形成 0.5m 厚胶结顶板；（ 2）在进行下分层 工作面 31012 工作面回采时，在瓦斯尾巷处超前循环探测，若 发现空隙，再采用高水充填材料将空隙充填满，解决瓦斯尾巷 正下方综采支架移架困难和瓦斯突然释放的难题； （ 3）在下分 层回采过程中，加强工作面顶板管理和瓦斯管理。2充填方案31011瓦斯尾巷充填万案从31012胶带顺槽（下分层）向31011瓦斯尾巷钻孔进行 充填，如图2-1所示，首先从31012胶带顺槽垂直向31011瓦 斯尾巷布置6个孔（等距离，每孔间距 86m），孔径78mrm先 从31012胶带顺槽通过钻孔将直径为 70mm左右的PVC塑料管送 到瓦斯尾巷附近，然后采用直径为

8、3英寸、长度3m的钢管与直 径为70mm左右的PVC塑料管连接、钢管做封孔管，采用瓦斯钻 孔封孔材料进行封孔，封孔长度为1.5m2.0m,钢管外端焊接一个快速接头，与充填高压胶管能够快速联结。33011轨道顺槽JSYB6# JIB5#GSYB3#回风上山胶 带 上 .山轨 道 上 山33012回风顺槽下分层）33011回风顺槽31011瓦斯尾巷I*TTIITlJjiz rr4331011回风顺槽 31012胶带顺槽（下分层）S6512（a）钻孔布置平面图图2-1瓦斯尾巷充填钻孔布置示意图330111回风顺槽31011胶带顺槽（b）钻孔布置剖面图（图中单位： m）施工步骤：（1）从31012胶带

9、顺槽底板以上0.75m向上倾斜钻孔（角 度6 ）对31011瓦斯尾巷进行钻孔直达该巷顶部， 需打6孔（见 实蓝线所示）；（2）向孔内塞入直径为 70mm长度为32m左右的PVC管;（3）向PVC管内塞入3英寸的钢管；（4）钢管与PVC管用封孔材料进行封孔，保证在充填时不 跑浆液；（5）进行充填，依次通过6孔将31011瓦斯尾巷全部充填 满，充满的标准是充填压力达到 3MPa充填量达到后面的预计 量，具体充填工艺见后面详细说明；（6）再在已充填的孔中间补打钻孔（见图虚蓝线所示位 置），采用钻孔窥视仪观看第一次充填情况，采用以上步骤再 进行补充填。为了进一步保证安全，在工作面回采期间从瓦斯尾巷下方

10、 的下分层工作面向前打探测孔，采用钻孔窥视仪观察瓦斯尾巷 充填情况，若还存在较大空隙，再从工作面打孔充填，可保证 瓦斯尾巷空隙充填满及消除瓦斯尾巷正下方移架困难，见图图 2-2所示。胶接顶板倾斜向上钻孔工作面前方煤壁液压支架图2-2瓦斯尾巷工作面前方探孔布置示意图步骤：（1）工作面检修班期间，与工作面推进方向一致，每隔10m打一个水平长度15m的向上孔探测31011瓦斯尾巷充填情 况；（2）采用钻孔窥视仪观察瓦斯尾巷充填情况；（3）根据观察情况，决定是否进行充填；（4） 若进行充填，采用水灰比为 3： 1的高水充填材料再 进行充填，能快速凝固，不影响工作面回采；（5）重复以上步骤（1）（4），

11、始终保持工作面煤壁前 方5m的安全循环探测距离。31011回风顺槽和33011回风顺槽充填方案31011回风顺槽与33011回风顺槽充填孔布置见图2-3所示。33011轨道顺槽JSYB6#SLB5#SYB3# Jd ri*胶 带 上 山轨 道 上 山R,33012回风顺槽下分层）33011回风顺槽31011瓦斯尾巷二=. f叮giL 2904kN。根据以上计算，可满足回采工作面顶板支护要求。3.3下部煤层开采辅助技术31012工作面开采下分层，容易发生架前顶板冒落。特别 是工作面上方煤柱附近受上分层工作面侧向支承压力及本工作 面超前支承压力作用，容易发生片帮。3.3.1下部煤层架前顶板冒落问题

12、及对策F部煤层工作面架前顶板冒落主要有 3种形式即：轻微冒大冒高形态图3-1冒顶类型在上分层残留煤柱附近易发生微冒落和滑坡式冒顶。拟采 取的措施如下:（1）采用高水充填材料将上分层未垮落充分的位置附近充 填胶结，形成胶结强度较大的“假顶”。（2）控制合理的端面距，提高端面顶板的稳定性。巷道下方及采空区顶板端面距应小于 400mn,煤柱下方端面距应小于 400500mm。（3）当端面距超过规定要求时，由先割煤后移架，改为先 移架后割煤，即“支架超前”，以缩小梁端距。（4）消除和减小支架顶梁上端的浮矸； 确保支架初撑力达 到额定工作阻力的 80%；支架不得低头。（5）严格按规定采高回采，严禁割顶板

13、，局部地段可以留设200300mn顶煤；尤其是在巷道下方处。（6）出现较大范围、较深的冒顶时，为了防止冒顶继续增 加而发展成为第三种大冒高形式，从煤壁向顶板方向斜打木锚 杆，采用此方法控制冒顶范围。 另外也可采取顶板铺设金属网， 用金属钢梁或木梁配合单体支柱支护冒落区。下分层煤层片帮问题及对策煤壁片帮的主要形式：一是倒墙式片帮，煤壁上下部片帮 深度相等，主要是平行于煤壁的节理及采动影响和支承压力共 同作用的结果。二是滑落式片帮，煤壁上部沿斜面滑下在端面 处形成较大的空顶面积，主要是因降压移架时煤壁承受压力增 大引发，如图 3-2 所示。（a）倒墙式片帮（b）滑落式片帮图3-2煤壁片帮形式研究表

14、明：下分层工作面煤壁片帮主要是滑落式片帮，主要发生在上分层工作面两侧煤柱的下方。针对可能出现工作面 片帮原因宜采取如下措施：（1）工作面液压支架采用带压移架。（2）采煤机割煤时尽量割平顶板并及时清理支架顶梁上的 浮矸，这样可以使支架顶板的受力条件得到改善。（3）保持支架良好的工作状态。（4）若片帮严重，应垂直于煤壁打贴帮柱。（5）严格安装规定采高回采。4瓦斯管理加强31011瓦斯尾巷、33011回风顺槽和31011回风顺槽空洞、空隙充满程度检查，发现充填不满及时停止工作面回采， 充填满空洞后才可以进行回采工作。除正常瓦斯监测管理外，进一步加强上分层工作面煤柱下 方的瓦斯管理，具体措施如下：（1

15、）利用31011瓦斯尾巷的抽放管路 219mm进行采空区抽放。瓦斯检查工要不定时对 33012 切眼及工作面与 31011瓦斯尾巷交叉处的瓦斯浓度进行检测，发现有瓦斯浓度超限， 立即停止作业进行处理。(3)在 31011 瓦斯尾巷下方悬挂便携式甲烷报警仪， 随时 掌控该处瓦斯浓度变化情况。(4)在回采接近贯眼7m时，从33012工作面平行顺槽方 向打钻进行探测，若存在空洞立即用高水充填材料进行充填。( 5)若出现瓦斯异常， 一方面可以风幛导风方式稀释瓦斯 浓度，另一方面采取临时开放式抽放。( 6)进一步加强人员培训，做好下分层工作面瓦斯监管、 监控、记录等工作，发现问题及时处理或上报矿调度室。

16、5 充填材料与工艺5.1高水充填材料简介高水充填材料经七五和八五国家科技攻关，材料本身和相 关技术已经完善，在多个矿务局应用该材料实施了沿空留巷， 留巷效果良好，即将在兖矿集团南屯煤矿、甘肃窑街矿务局海 石湾煤矿等矿使用；也可以在工作面充填、空巷充填等条件下 充填使用，曾经在潞安矿务局王庄煤矿、兖州矿务局杨庄煤矿 进行空巷充填，保证了综采放顶煤工作面安全通过充填后的空 巷；还可以应用到巷道壁后充填，围岩注浆加固等。高水充填材料是一种能在高水灰比条件下快速凝结的特种 水泥，是中国矿业大学承担的国家“七五”、“八五”重点科 技攻关项目的研究成果。高水充填材料分甲料、乙料两部分， 按 1:1 的比例

17、配合使用。 甲料、乙料单独与水混合 24h 不凝结， 为避免管路堵塞和一定条件下不冲洗管路创造了条件，而甲料 浆和乙料浆一旦相互混合则快速凝结硬化。高水充填材料之所以能够在高水灰比条件下快速、全部凝 结硬化，是因为其水化反应生成了大量的钙矾石。钙矾石是含 结晶水最高的水化物中最为常见的一种，这是高水充填材料不 同于一般水泥材料的最显著的特点之一。与一般的水泥类材料相比，高水充填材料具有以下特点；高水灰比条件下结石率 100%；凝结时间短，早期强度高并可调；塑性好，凝结体单轴加压应变达15%寸，其残余强度还能维持在峰值强度的 50测上。凝结体具有微膨胀性；改变水灰比和添加剂成分就能获得不同强度的

18、凝结体，可以满足不同工程的需要。单位体积充填材料用量少。高水充填材料的这种水化硬化反应过程可描述如下：甲料T水化溶解高水速凝材料甲料 水化溶解=胶凝固化二强度硬化体乙料T水化溶解高水充填材料充填体呈现明显的塑性材料特征，在压力作 用下可以允许较大的塑性变形，强度衰减比较缓慢，可以维持 较高的残余强度。通过我们与有关设备厂家共同努力，研究开发了简单的充 填泵，该泵能够保证同时进浆、同时出浆，甲乙料等量，从根 本上保证了巷旁充填体的质量。高水充填材料主要分为两类：一类是在水灰比为5: 1的条件下，1用充填体只需高水充填材料 200kg，凝固后强度达到2MPa 以上，主要应用于采空区、空巷充填等；第

19、二类材料水灰比在 2.5 : 1以下，通常在1.51.8:1的条件下，im充填体只需高水 充填材料500kg，凝固后强度达10MPa以上，主要应用于沿空 留巷、围岩注浆加固等。5.2充填工艺高水充填材料分甲料和乙料两部分，甲料、乙料按 1:1 的 比例配合使用。由于甲料、乙料单独加水搅拌不凝结，而一旦 混合则凝结硬化，凝结速度可以控制在2060 分钟。为防止浆液在搅拌、运输过程中凝结、堵塞管路和充填泵等设备，需分 别搅拌和泵送甲料浆、乙料浆。因而，应采用双液充填工艺1）充填泵站布置采用1台流量为120150L/min的双液充填泵充填。甲料、 乙料各配 2台搅拌桶， 每台搅拌桶容积 1 .0 m

20、 3，搅拌桶附近布置 料场，充填泵站布置在 31012 胶带顺槽（下分层），具体位置 与矿方共同确定。料场要适当垫高，防止堆放的高水充填材料受潮，并且实 行挂牌管理，严禁混放。充填泵及搅拌桶放平，甲料、乙料 4 个搅拌桶上方分别各接一趟 2 寸水管供水；搅拌桶较高，为了 便于工人上料，需要搭台阶。2）试验系统 用清水试验搅拌桶、充填泵、充填管路及充填点与泵站之 间的联络是否正常，一切正常后就可以进行充填浆液。3）上料、搅拌根据设计的水灰比加入适量的水， 若采用水灰比为 5：1 时， 每桶一次上水550kg,然后每桶加高水充填材料100kg,加甲料 及加乙料添加剂各 10 kg 。注意(加)甲料

21、、(加)乙料不能混加，搅拌时间不少于5 分钟，搅拌均匀、达到搅拌时间要求的浆液才能泵送。泵送与清洗设备将充填泵的吸浆笼头放到搅拌均匀的搅拌桶中，开动充填 泵进行泵送。在泵送过程中，要注意甲料、乙料两种浆液是否 等量，如果不等量要及时清洗、查找原因。浆液泵完后及时泵送清水，清洗充填泵和管路，直到清洗 干净，同时清洗干净搅拌桶。每次充填工作结束后，专人撤洗 充填泵的泵头，及时做好保养工作。因故暂停 15 分钟充填就需要清洗充填泵和管路，防止堵 塞。5.3充填过程注意事项在严格按照要求进行施工，在充填过程中还应注意以下事 项：(1) 若出现电气或设备故障时，充填点人员应立即将混合 管从混合器上取下，

22、用高压清水进行冲洗，防止混合管堵塞；泵站人员应观察甲、乙料的吸入情况，出浆流量是否 一致，出现异常应立即进行处置；充填点人员应密切观察充填袋周围顶板特别是充填袋 本身变化情况，出现问题应立即进行处理；加强泵站与充填点的联系十分重要，及时通报相互间 存在的问题以及解决的方法途径，确保充填工序连续进行。对每一袋高水充填材料，必须彻底将袋里的高水充填 材料完全倒净，袋子里不能留下一点高水充填材料，对于高水 充填材料的使用，只要使用就必须整袋使用，且要到净。5.4人员配备 设置充填的班组成员共 5人，其中班长 1人，机电工 1名负责 泵、搅拌桶的操作及维护、保养，另外 3人负责泵站及充填点的 工作。机

23、电工：负责搅拌桶、注浆泵的开启及设备维护、操作。 运料工：负责将高水充填材料从堆放点搬运倒入搅拌桶， 同时负责往搅拌桶加入定量的水等工作。充填工：充填期间负责从混液器到充填袋管路控制及与注 浆泵操作员的通讯联系、充填袋堵漏等工作。清洗工：负责充填前、充填后搅拌桶、注浆泵的清洗工作。 说明：在充填前和充填过程中 1 名机电工检修充填设备、 充填管路外。其余人员到泵站进行上料、充填等。6准备事项及经济效益核算 6.1需要准备的材料及设备购买或维护充填设备：2台充填泵，1台使用，1备用; 5台搅拌桶，4台使用、1台备用，及相关配件，特别是易损件 的购置，共同确定泵站的摆放位置；购买高水充填材料800

24、t。6.2成本概算1)设备费用充填设备清单及费用见表 6-1所示。表6-1充填设备清单及费用序号材料名称规格、型号数量参考价格费用1双液注浆泵2ZBSB8-1.1/6-22 防爆2560001120002搅拌桶JB-1000 防爆517500875003混合器243408680总计2081802)材料费用31011瓦斯尾巷原断面宽 高为3m 2.3m，经历两次采动影 响巷道断面收缩及巷内木垛，其断面明显缩小，设计时按断面 3卅计算，31011瓦斯尾巷按600m计算，充填体积为1800吊，充 填材料水灰比设计为5: 1,则需要充填材料360t，再考虑10%浆液渗漏、跑浆等，则所需材料为400t左

25、右，每吨材料按2000元计算（含运到矿上费用），则材料费用约为80万元。31011回风顺槽和33011回风顺槽巷道底宽按3m计算，充 填高度按0.5m计算，充填长度按600m计算，需要充填体积也 为1800朋，充填材料水灰比设计为5： 1，则需要充填材料360t，再考虑10%浆液渗漏、跑浆等，则所需材料为 400t左右，每吨 材料按2000元计算(含运到矿上费用)，则材料费用约为80万元。综上，所需充填材料费用为160万兀左右。Editors no te: Juds on Jones is a meteorologist, jour nalist andphotographer. He has

26、 freela need with CNN for four years, coveri ng severe weather from torn adoes to typho ons. Follow him on Twitter:jnjonesjr(CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around ashortwave radio and through the eraekli ng static from space hear the faintbeeps of the worlds first satellite -

27、 Sputnik. I also missed watching NeilArmstro ng step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those eve nts were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASApulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the priv

28、atized space race has ren ewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, Ive still see n many importa nt weather and spaceevents, but right now, if you were sitting next to me, youd hear my foottapp ing rapidly un der my desk. Im an xious for the n ext one: a space capsule hangi

29、ng from a crane in the New Mexico desert.Its like the set for a George Lucas movie floati ng to the edge of space.You and I will have the chance to watch a man take a leap into anuni magi nable free fall from the edge of space - live.團Watch man jump from 96,000 feetTuesday, I sat at work glued to th

30、e live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the win ds, knowing that if they would just li ne up in a vertical straight line we would be go for laun ch.I feel this missi on was created for me because I am also a journalis

31、t and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of push ing the env elope into un charted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumgart ner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling his pa in

32、whe n a gust of swirli ng wi nd kicked up and twisted the partially filled ballo on that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre ballo on, with skin no thicker tha n a dry clea ning bag, scraped the ground I knew it was over.How claustrophobia almost groun ded super

33、s onic skydiverWith each twist, you could see the wrin kles of disappo in tme nt on the face of the curre nt record holder and capcom (capsule com muni cati on s), Col. Joe Kitt in ger. He hung his head low in missio n con trol as he told Baumgart ner the disappo in ti ng n ews: Missi on aborted.The

34、 supers onic desce nt could happe n as early as Sun day.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, con diti ons have to be very calm - winds less tha n 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move th

35、rough the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere.

36、 As he crosses the boun dary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbule nee.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, Fearless Felix will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he will slowly step out

37、on to someth ing resembli ng an Olympic divi ng platform.Below, the Earth becomes the con crete bottom of a swim ming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, hell be traveli ng fast, so despite the distanee, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhe n he jumps, he is expected to reach the s