20241212-山西阳辿煤业有限公司绿色开采项目可行性研究报告

徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司二○二四年十月经济性质：其他有限责任公司有效期：至2028年12月22日发证机关2023年12月22日中华人民共和国住房和城乡建设部制2023年12月22日报告编制单位：报告编制人员：山西阳迪煤业有限公司徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司报告审核人员：宋朝阳山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司高级工程师李建永山西晋城煤业集团勘察设计院有限公司高级工程师报告审定人员：周华强中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室教授刘刚徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司总经理1 一、项目的提出 二、设计依据 6第一章矿井概况 8第一节矿井概要 8第二节交通位置及井田范围 8 第四节矿井生产建设情况 第二章设计区域开采条件 第一节设计区域地址条件 第三章膏体充填方案的比选与设计 第一节充填方案的必选 第二节首试面充填方案设计 第四章工作面生产系统 第一节工作面运输系统 第二节工作面通风 第三节安全避险六大系统 第五章膏体充填系统设计方案 第一节充填能力确定 第二节充填原材料选择与性能要求 第三节充填站位置选择与布置 第四节膏体充填系统环境保护措施 第六章安全避险“六大系统” 第一节压风自救系统 第二节供水施救系统 第三节监测监控系统 2第四节人员定位系统 第五节通讯联络系统 第六节紧急避险系统 第七章充填开采地表沉陷预计与岩移观测 第一节充填开采地表沉陷预计参数选取 第二节充填开采地表沉陷预计分析 第八章充填开采监测设计 第一节充填开采监测内容 第二节巷道围岩表面位移监测 第三节充填体强度测试 第四节充填体接顶质量监测 第五节充填采场充填体应力监测 第六节充填采场覆岩离层监测 第七节地表变形观测线布置 第九章投资估算与经济效益分析 第一节充填系统投入 第二节充填成本分析 第三节充填采煤直接利润 第四节充填采煤间接利润 第十章安全技术措施 第一节充填安全相关措施 第二节充填开采管理措施 第三节其他安全技术措施 3一、项目的提出随着我国煤炭资源的大量开采，“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)压煤问题越来越突出，几乎每一个矿井都有村庄压煤问题，一般占矿井储量的10%～30%,有的更高。同时，煤炭生产中伴随着大量的固体废弃物研石的排放，其传统的处理方式是由井下提至地表堆积形成研石山。目前，全国历年累计堆放的煤矸石约45亿t,规模较大的研石山有1600多座，占用土地约1.5万公顷，而且堆积量还以每年2.0亿t左右的速度增加。排放矸石对地面生态环境造成严重破坏，主要表现在：侵占土地、污染环境、危害人类安全。近年来，煤矿充填开采得到了长足发展，该技术不仅可以高采出率回收有效减轻地表沉陷，保护水资源，保护生态环境，对于促进煤炭工业可持续发展具有重要意义。因此得到了国家的鼓励和支持。2013年1月9日，国家能源局、财政部、国土资源部和环境保护部联合发布《煤矿充填开采工作指导意见》,鼓励推广充填采煤技术。2014年12月1日，财政部、国家税务总局《关于实施煤炭资源税改革的通知》(财税〔2014〕72号),对充填开采置换出来的煤炭，资源税减征2014年12月22日，国家十部委联合下发《煤矸石综合利用管理办法》,把煤研石井下充填列为第一种综合利用途径。2015年2月4日，国家能源局发布《关于促进煤炭工业科学发展的指导意见》(国能煤炭〔2015〕37号),提出因地制宜推广使用充填开采等绿色开采技术。2018年8月30日，国家发展和改革委员会办公厅、国家能源局综合司、国家煤矿安全监察局办公室联合发布《关于进一步完善煤炭产能置换政策的补充通知》(发改办能源[2018]1042号),鼓励煤炭企业因地制宜推广4充填开采、保水开采等绿色开采技术，减轻煤炭开采对矿区生态环境的影响，促进煤炭工业绿色发展。对于实施充填开采置换出的煤炭产量，可按30%的比例折算为置换产能指标，用于产能置换。山西阳迪煤业有限公司(以下简称阳迪煤业)为山西王家峪煤业集团下属生产矿井之一。现井田面积10.6926km²,批准开采2-15号煤层，矿井生产能力为120万t/a,开采方式为地下开采。根据煤层赋存特征，井田位于沁水煤田东部，主要含煤地层为太原组和山西组，共含煤16层，煤层总厚约16m,含煤系数8%。主要可采煤层为2、3、15号煤层，6、8-1、8-2、11、14号煤层局部或零星可采，其他煤层均为不可采煤层。矿井现采15号煤层，目前在15号煤层布置一个采区、一个综采工作面保证矿井设计生产能力。采用走向长壁综合机械化一次采全高采煤方法，全部垮落法管理顶板。为了延长15号煤层生产时间，维持矿井120万/a生产能力，缓解15号煤层开采完毕后再进行上组煤层开发时矿井产能减小对矿井的影响，阳迪煤业决定进行上组3号煤层的开发，由于煤层较薄(平均煤厚0.98m),生产能力约30～45万吨/年，并完成了《山西阳迪煤业有限公司增层及配采项由于政策和环保需求，增层及配采技改项目须实施绿色开采技术，通过对比目前的充填开采技术，固体充填和离层区充填都能处理煤研石，但不能解决建筑物下压煤资源，造成投资浪费；超高水充填技术不符合解决煤矸石处理问题；矸石膏体充提技术既能处理煤研石，满足技改政策需求，完成3号煤增层配采的批复，又能避免地表塌陷和研石污染等危害，提高煤炭生产的安全性，创造经济效益，实现矿井的可持续发展。因此阳迪煤业选择膏体充填开采技术。21世纪中国煤矿研究发展膏体充填的根本目的是借助这种特殊的开采提高煤炭资源采出率、控制地表沉陷、保护矿区生态环境和地表建(构)筑物不受或少受开采损害、实现煤研石等固体废物资源化利用。5中国矿业大学是中国最早研究煤矿膏体充填开采的单位，设计了我国首个煤矿膏体充填系统，并成立了中矿大贝克福尔科技股份有限公司(以下简称“贝克福尔”),专门从事膏体充填开采技术开发和技术服务。先后在济宁太平，峰峰小屯，焦作朱村、小马、韩王，淄博岱庄、许厂、葛亭，山西阳迪煤业等多个煤矿成功开展了膏体充填开采工业化应用，取得了较好的应用效果。阳迪煤业选择膏体充填开采技术，将具有一举五得的作用：(1)满足阳迪煤业3煤配采项目验收需要；(2)不搬迁开采15号煤层的村庄建筑物压煤资源，在保护地表建筑物的同时，取得较好的经济效益。如圪道村、北上合村压煤资源约400万t,搬迁费用2.5亿元，折合吨煤成本63元/t;采用充填开采，充填直接费用95元/t,节省费用及政府补贴就达110元/t。(3)实现研石井下充填利用，研石不外排，必要时还可以制作成非胶结膏体充填进行采空区邻位注浆充填；(4)膏体充填可以实现沿空留巷，工作面之间采用无煤柱开采技术，进一步提高资源采出率；(5)阳迪充填系统服务半径5km,可同时为集团公司另外两个煤矿(山西王家峪煤业有限公司、山西下合煤业有限公司)压煤资源进行服务。阳迪煤业目前年产能120万t/a,结合本矿条件，更适合投资小、工艺简单、经济效益好、地表建筑物保护好的方案，因此优先选择连采连充膏体充填开采方法回采建下压煤，后期根据矿井生产情况，再考虑长壁膏体充填开采建下压煤。徐州中矿大贝克福尔科技股份有限公司已在榆林地区成功实施了多个连采连充膏体充填项目，包括麻黄梁煤矿、永乐煤矿、三台界煤矿等，证明了连采连充膏体充填技术的成熟可靠。采用连采连充膏体充填回收建筑物下压覆资源，提高矿井研石等固体废物利用量，同时降低了充填成本，具有显著的经济效益，膏体充填系统还可用于巷旁充填，未来阳迪煤业将形成综采膏体充填、连采连充膏体充填相结合模式，增加了充填项目的创新性，丰富了充填项目内容，对阳迪煤业具有重要的现实意义。6二、设计依据煤装〔2017〕66号);(7)国家质量监督检验检疫总局，国家标准化(8)煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》(AQ1029-2019);(9)《矿山救护规程》(AQ1008-2007);(11)《煤矿防灭火细则》;(12)国家工程建设强制性条文及有关的规程、规范及规定等。(1)臣功环境科技有限公司；《山西阳迪目初步设计变更说明书》,2023年8月；(2)山西省节能中心有限公司：《山西阳迪鉴定报告、煤自燃倾向性鉴定报告》,2022年4月；(3)山西王家峪煤业集团文件：《山西王家西阳迪煤业有限公司矿井2#、3#、15#煤层瓦斯涌出量预测的批复》,2020年12月；(4)山西王家峪煤业集团文件：《山西王7迪煤业有限公司<矿井水文地质类型报告>的批复》,2020年8月；(5)山西省能源局：《关于山西阳迪煤业有限公司增层及配采项目初步设计的批复》,2021年1月；(6)山西阳迪煤业有限公司：《山西阳迪煤业有限公司3号煤和15号煤配采项目安全设施设计审查报告书》,2021年4月；(7)山西煤矿安全监察局：《山西煤矿安全监察局关于山西阳迪煤业有限公司3号煤和15号煤配采项目安全设施设计的批复》,2021年8月；8第一节矿井概要山西阳迪煤业有限公司(以下简称阳迪煤业)为山西王家峪煤业集团下属生产矿井之一。现井田面积10.6926km²,批准开采2-15号煤层，矿井生产能力为120万t/a,开采方式为地下开采。根据煤层赋存特征，井田位于沁水煤田东部，主要含煤地层为太原组和山西组，共含煤16层，煤层总厚约16m,含煤系数8%。主要可采煤层为2、3、15号煤层，6、8-1、8-2、11、14号煤层局部或零星可采，其他煤层均为不可采煤层。矿井建设项目于2012年5月26日开工建设。2020年1月10日，山西王家峪煤业集团下发了《关于山西阳迪煤业有限公司120万吨/年矿井兼并重组项目竣工验收的批复》(王煤集发〔2020〕10号)矿井由基建阶段转入第二节交通位置及井田范围来道镇来道镇6嗜a雄拉具格云地左沁&*碧"a誓图1-1交通位置图9武(乡)-墨(镫)、沁(县)-涉(县)公路从井田外围北部约5km处通过，上(北漳)-韩(北)公路从井田东部通过，该井田距武墨支线北社发煤站7.5km,距太(原)-长(治)高速公路直距约40km,交通运输条件较为便利，详见图1-1。山西阳迪煤业有限公司井田位于武乡县东南部韩北乡圪道村至南上合村一带，行政区划隶属武乡县韩北乡管辖。其地理坐标为东经113°06'25”～113°09′42”,北纬36°44′08”～36°46′26”。原山西省国土资源厅于2012年10月22日为该矿颁发采矿许可证，证号为C1400002009111220044990,批准开采2～15号煤层。有效期限：2012年10月22日至2035年10月22日。开采标高为+1100～+670m。井田范围由以下15个拐点坐标连线圈定(详见表1-1)。点号1980年西安坐标系(3°带)2000坐标系(3度带)XYXY123456789第三节自然地理图1-2矿井地形地貌风斜井及回风立井，井口标高分别为+1004.500m河口处最低，其最低侵蚀基准面为+890m左右。盘盘遥武左权县源武乡县县水库铁路县国家南家注县界国道北榆购黎城县县风，夏季炎热多雨，秋季湿温和凉爽。根据1971料：年平均气温约6℃。一月份最冷，为-5～-10在20℃以上。极端最高气温为37.3℃(1996年6月22日);极端最低气温为-26.2℃(1971年1月22日)。年平均降水量在500～540mm左右，年最大降水量为826.1mm(2003年);年最小降水量为290mm(2002年),月最大降水量为278.5mm(1976年8月),日最大降水量为150.6mm(1989年8月16日)。多年平均蒸发量为1460～1603mm,无霜期平均150天左右，最大冻土深度1m左右。据长治市地震局资料，长治地区除1890年武乡县城发生过5.5级(烈度7度)地震外，尚未发生过4级以上的地震，但4级以下的小地震比较频根据2016年修订版《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)和《中国第四节矿井生产建设情况根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室下发的“晋煤重为主体对原武乡县阳迪煤矿、武乡县韩北乡韩北村煤矿进行了兼并重组整矿和原武乡县韩北乡韩北村煤矿及上述各整合矿井之间的空白资源区整合重组而成。批准开采2、3、15号煤层，井田面积10.6926km2,生产规模由30万t/a提升为120万t/a。原山西省国土资源厅于2012年10月22日换发了采矿许可证，证号为效期至2035年10月22日，井田面积10.6926km2,批准开采2-15号煤，开采标高自1100m至670m,生产规模2019年6月基建完成，7月开始联合试运转，2019年12月24日至25日，山西阳迪煤业有限公司120万吨/年矿井兼并重组整合项目通过验收，同意山西阳迪煤业有限公司120万吨/年矿井兼并重组整合项目通过竣工验收。2020年1月10日，山西王家峪煤业集团以王煤集发[2020]10号关于山西阳迪煤业有限公司120万吨/年矿井兼并重组整合项目竣工验收的批复，批准矿井通过竣工验收。2020年2月11日，山西煤矿安全监察局颁发了《安全生产许可证》,证号：(晋)MK安许证字[2020]X269B1,有效期：2020年2月11日-2023年2月10日。为满足后期120万t/a生产能力的要求，该矿于2020年12月委托山西文龙中美环能科技股份有限公司编制了《山西阳迪煤业有限公司增层及配采项目初步设计说明书》2021年1月20日，山西省能源局以晋能源审批发[2021]2号文予以批复。目前该矿开采15号煤层150201综采工作面，掘进150202工作面运输及轨道顺槽，开拓3号煤层回风下山，未来五年规划配采3号煤层。(1)井筒布置井田内布置有主斜井、副斜井、3号进风斜矿井进风任务；3号煤层进风斜井属于2021年新建井筒，落底3号煤，与3号煤轨道运输巷贯通，主要担负3号煤层进风任务；利用原有的回风立井辅助水平开拓，主水平标高+829m,开采15号煤层；辅助水平标高+950m,联合布置开采2、3号煤层(2、3号层的开拓方案：2号、3号煤层间距较近，且均属薄煤层，所以采用联合布置)。采煤方板支护采用ZY9000/24/50型液压支架，全部垮落法管理顶板。10坐标系三度带XYH2井底标高(m)3提升方位角4井筒倾角5长或垂深辅助水平主水平最终水平6井筒宽度或直径净7面(m²)净8厚度混凝土基岩段锚网索喷混凝土9井筒装备带式输送机输送机、水泵房抢险轨、台阶、扶手、架空乘人装置单钩串车、台阶、扶手折返式金属梯子间(封闭)备注新掘已有新掘已有(2)采区划分3号煤层划分为3个采区，由于15号煤层1503采区已开采完毕，对3号煤层形成了蹬空开采区域，因此，将15号煤层1503采区形成的蹬空开采深部边界线以北至3号煤层井田北部边界划分为301采区，蹬空区南、北边界线之间划分为302采区，蹬空区南部边界以南为303采区。301采区村村(蹬空区)302采区村村303采区例图例3号煤蹬空区图1-43号煤层采区划分示意图15号煤布置4个采区。副斜井落底15号煤后布置井底甩车场。副斜井落底后，沿井田边界向西布置1501采区大巷，东西向布置工作面回采，为1501采区；在主斜井井底处利用已有的沿井田东西向布置的1503采区大巷，布置为1503采区；在井田中部沿南北方向布置1502采区大巷，双翼回采采区巷道两翼煤层，布置为1502采区；主斜井落底后利用原有的西南方向的北翼回风大巷、北翼轨道大巷、北翼运输大巷与副斜井沟通。向西延伸1503采区大巷，过F1断层后平行布置1504采区大巷，回采F1断层西翼煤层，布置1504采区。十十十十一1503采区图例井田边界采区分界线1501采区采区编号十图1-515号煤层采区划分示意图2、矿井提升、运输系统原煤采用带式输送机进行运输；井下辅助材料运输采用无极绳绞车，为井下生产提供辅助材料运输。矿井采用中央分列式通风方式，主斜井、副斜26B型对旋式轴流风机。设计回采工作面采用全负压通风。其中15号煤层在主、副工业场地负荷中心各建10kV地面变电所一座。副井10kV双回路电源引自王家峪35kV变电站10kV不同母线段，导线型号为LGJ-240mm2,输电距离约1.5km,主井10KV双回路电源引至副井10kV不同母线段，导线型号为LGJ-185mm2,输电距离约0.3km;双回供电线路，一效容积1097m3,水仓能容纳矿井最大和正常涌水量。在主水泵房安装DF155-30×10型防腐多级矿用离心泵3台。水泵额定流量：155m3/h;额定扬程：300m。电机功率220kW,10kV供电；正常涌水时为1台工作，1台备用，1台检修，最大涌水时为2台同时工作，1台检修。排水管沿管子道、主斜井敷设2趟Φ219×6型无缝钢管至地面矿井水处理站。正常涌水时为1趟管路工作，1趟管路备用，最大涌水时2趟管路同时工作。排水垂高189m,斜长530m。采区排水系统：1501采区设有采区水泵612.2m3,泵房安装DF155-30×8型防腐多级矿用离心泵3台。水泵额定流供电；正常涌水时为1台工作，1台备用，1台检修，最大涌水量时为2台同时工作，1台检修。排水管敷设2趟Φ159×6型无缝钢管至主排水泵访水仓。正常涌水时为1趟管路工作，1趟管路备用。1502采区设有采区水泵房和采区水仓，水仓有效容积723.2m3,泵房安装BQS150-200/3-160/B矿用隔爆型潜水泵3台。水泵额定流量：150m3/h;额定扬程：200m,供电电压1140w;正常涌水时为1台工作，1台备用，1台检修，最大涌水量时为2台同时工作，1台检修。排水管敷设2趟Φ159×6型无缝钢管至主排水泵访水仓。正常涌水时为1趟管路工作，1趟管路备用。设计在301采区下山底部设置3号煤层主排水泵房及水仓，将3号煤层涌水经301采区轨道下山、3号煤层轨道巷下段、行人联巷、3号煤层进风斜井直排至地面污水处理站。3号煤层主排水泵房设计选用3台MD85-45×5型矿用耐磨多级离心式水泵，一台工作，一3号煤层排水系统尚未开工。(2)排水能力3号煤层排水系统尚未建设完毕，只对15号煤层主排水泵房排水能力进行评价；经计算，当矿井15号煤层生产能力达120万t/a时，矿井正常矿井涌水量78.8m³/h,最大矿井涌水量为120m³/h。根据2022年4月28日，矿方委托山西隆欣安全技术服务有限公司对主排水系统水泵性能进行了联合检测试验：3台泵实际排水能力分别为143.26m³/h(工作)、141.57m³/h(备用)、140.83m³/h(检修),工作、备用联合排水能力284.83m3/h。备用水泵是工作水泵能力的98.8%,检修泵是工作水泵能力的98.3%,配置管路及配电设备均能满足排水要求。最大涌水时，工作和备用水泵联合运行，20h排水量：284.83×用水泵20h能排出矿井24h的最大涌水量。经上述计算可知，该矿中央水泵房水泵排水能力满足《煤矿防治水细则》6、防治水机构该矿成立了防治水机构，矿长任防治水领导小组组长，领导组下设办公室，办公室设在地质防治水科。该矿配备专业防治水管理技术人员，成立有探放水队。井下钻探配备ZYJ-270/170型钻机架柱式液压回转钻机5台；CMS1-2200/45履带自行式低转速大扭矩液压钻3台。该矿制定有探放水设计和安先治后采”的探放水原则。7、矿井未来5年采掘规划阳迪煤业目前开采15号煤层150201综采工作面，掘进150202工作面运输顺槽、轨道顺槽及开拓3号煤层回风下山，采掘比1:3。矿井未来五年2022年-2027年主要开采15号煤层的二采区150201、150202、150203、150205、150206、150207工作面，3号煤层30101、30103、30301、30302工作面顺槽、切眼及集中轨道巷、集中回风巷、集中运输巷延伸巷，见五年开采范围图1-5、图1-6,未来五年采掘计划表1-4-2。回采计划150202工作面运输顺槽、轨道顺槽、3号煤层回风下山、30101工作面顺槽30109工作面顺槽及切眼、集中轨道巷、集中回风150107、30111、30113、30301、30302工作面顺150108、30301、30302工作面顺槽切眼150109工作面顺槽及切眼/图1-53号煤层未来五年规划图1-615号煤层未来五年采掘规划图三、“三下”压煤情况及整体规划阳迪煤业井田范围内地表建筑物包括陈家垴村、圪道村、前沟村、后沟村、北上合村、离相寺村、小西岭村、石圪垤村和工业广场建筑物，部分村庄具有搬迁计划(高家岭与大凹村已搬迁，陈家垴与小西岭计划搬迁),结合矿上情况，对本项目进行初步进行充填采煤接续，总体分为三步。图1-7阳迪煤业充填工作面布置图第一步：考虑到压煤开采方案论证时要首先在自己区域建筑物进行试验论证，保证技术可靠性，首试面选择在工业广场压煤区域，项目立项后即可进行布置回采顺槽，产生经济效益，同时首试面距离充填站较近，可以前期节省管路投资；第二个面位于石圪垤村压煤工作面区域，两个工作面储量77万t,预计可回采3年。域为缓采区，在充填项目立项后，进行缓采区区域可采储量291万t,可在本矿的辅助工业广场建筑物下进行长壁充填开采的试验，提高充填采煤效率。预计平均年产量50万t,可回采6年。采完毕，可布置回采储量228万t,预计平均年产量60万t,可回采4年。以上按照平均厚度4m,容重1.42t/m³,回采率95%测算，总布置工作面有13个，可采储量约600万t,服务年限13年，工作面布置情况见图1-除去布置工作面，大巷保护煤柱、南上合村、离相寺等还有15号压煤资源约860万t,见表1-4,因此阳迪煤业建下等压煤共计约1460万t。序号工作面工作面长(m)推进(m)可采量(万t)备注说明1工业广场(连采连充计回采3年2石圪垤村压煤小计3辅助工广压煤(连采连充开采，或在辅助工业广充填开年产50万t,预计回采6年4辅助工广压煤5辅助工广压煤6辅助工广压煤7辅助工广压煤8北上合村压煤9北上合村压煤小计第三阶段，长壁充填开采，此采取综放已经回采完毕。按照年产60万t,预计回采4年小计总计序号压煤区域压煤面积/m²储量/万t说明1保安煤柱采用长壁和连采连充结合方式，按照85%回采，年产量50万t,预计回采15年2大巷保安煤柱3南上合村4离相寺合计对于长度或者变形缝区段内长度不大于2m的砖混结构建筑物，其损坏等级按表1-3划分，地表允许变形值一般为倾斜i=+3mm/m,水平变形s=+2mm/m,曲率K=±0.2x10-3/m,在上述地表允许变形值条件下，地面建损坏等级建筑物损坏程度损坏分类结构处理水平变形曲率I自然间砖墙上出现宽度1~2mm的裂缝微损坏不修自然间砖墙上出现宽度小于4mm的裂损坏简单维修Ⅱ自然间砖墙上出现宽度小于1Smm的裂轻度损坏小修Ⅲ自然间砖墙上出现宽度小于30mm的裂中度损坏中修度：梁端抽出小于50mm:砖柱上出现小于5mm的水平错动：门窗严重变形自然间砖墙上出现宽度小于30mm的裂缝：多条裂缝总宽度小于50mm;梁端抽出小于60mm:砖柱上出现小于25mm的水平错动损坏60mm砖柱出现大于25mm的水平的极度损坏(1)现场调研受护对象，并分析建筑结构，对地表建(构)筑物进行等级分按照国家政策可以实施不搬迁开采。建筑物损坏等级1级标准作为设防参考标准，实际实施过程中按照建筑物的结构特征提高设防要求，因此，为了有效保护地面建(构)筑物不搬迁，经类似条件的成功经验证明，采用充填开采可满足地表开采沉陷变形值控制①预计充填欠接顶量为零，在超充分采动以后，充填开采下沉量主要由充填前顶板下沉量和充填体压缩量产生的地表最大下沉量，经周边矿井实施充填效果来看，地表最大下沉量可以控制在300mm以内。②地面建筑变形可控制在I防护等级以内，即倾斜变形值i≤3.0mm/m;③受护对象主要为工业园区内道路，应满足高级和次高级路面公路防④高压线角钢塔，高度100m以下铁塔倾斜度(包括挠度)2.5%以内。⑤地面天然气管路，参考《Q/SY1487-2012采空区油气管道安全设计与防护技术规范》,即倾斜变形值i≤3.0mm/m;曲率K≤0.25x10-3/m;水平变形ε<2.0mm/m,能起到较好保护作用。2、地面受保护对象调查与分析阳迪煤业井田范围内地表建筑物包括工业广场建筑物、陈家垴村、圪道村、前沟村、后沟村、北上合村、离相寺村、小西岭村、石圪垤村和工业广场建筑物，各村庄与压煤充填开采区域位置关系如图1-8所示，部分村庄具有搬迁计划(高家岭与大凹村已搬迁，陈家垴与小西岭计划搬迁)。经现场调研可知阳迪煤业工业广场和辅助工业广场地表建(构)筑物无严重损坏，建(构)筑物保护等级多为Ⅱ级；矿区内包含石圪垤等八个村庄，村庄内建 (构)筑物无严重损坏，部分民房存在较小裂缝，学校、医务室等少数保护等级为Ⅱ级，大多数建筑物保护等级为Ⅲ级，矿区各部分建(构)筑物具体特征及分析如下。迄垤村迄垤村小西岭村高家岭村凸图1-8村庄与充填工作面分布图阳迪煤矿现有两个工业广场，分别为工业广场和辅助工业广场，对两个工业广场地表建筑物进行了调研。工业广场地表建(构)筑物包括：办公楼、锅炉房、职工食堂、煤楼、筒仓、筛选车间、污水处理站和黄泥灌浆站等，工业广场全景图见图1-9所示。辅助工业广场地表建(构)筑物：办公楼、器材库、职工宿舍楼、锅炉房、门房、机修车间、空气加热室、副井口房、综采设备库、加压泵房及矿区内普通道路等，辅助工业广场图见1-9所示。表1-7阳迪煤业工业广场建筑特征统计表工业广场建筑物特征层数办公楼6Ⅱ锅炉房1Ⅱ楼8Ⅱ仓钢筋混凝土筒体结构Ⅱ仓钢筋混凝土筒体结构Ⅱ站钢筋混凝土结构Ⅱ站51框架结构Ⅱ配电室1Ⅱ井房1框架结构Ⅱ空压机房1Ⅱ层数办公楼4Ⅱ库1钢结构Ⅱ职工6砖混结构Ⅱ锅炉房27.5/14.3/7.51砖混结构Ⅱ门房1砖混结构Ⅲ2框架结构Ⅱ车间1门式刚架结构Ⅱ空气加热室1砖混结构Ⅲ泵房1砖混结构Ⅲ高位水池1砖混结构Ⅲ消防水池1砖混结构Ⅲ办公楼选研楼副斜井绞车房副斜井副井锅炉房食堂宿舍机修车间图1-9阳迪煤业工广地表建(构)筑物情况图2.2离相寺建(构)筑物群离相寺，位于武乡县东35公里小西岭村南的德峰山上，坐北朝南，建筑群呈东西分布，寺庙旁有13层砖石佛塔一座；寺院依山傍水，后倚崖为殿宇，面临沟为悬空寺。寺内主殿文殊殿为明代建筑，悬空殿为清代建筑。寺内现存石碑两通，分别记载了离相寺的历史沿革和修缮经过。1980年被列为县重点文物保护单位，建筑物保护等级为I级。离相寺建筑物分布情况如图1-10所示。离相寺俯视图佛塔离相寺图1-10离相寺建(构)筑物情况图2.3小西岭村建(构)筑物群小西岭村建筑物为砖混结构，多为一层建筑和窑洞，有极少部分建筑长度大于20m。一层建筑物主要是由村民民房组成，建筑物保护等级均为Ⅲ级，小西岭村建筑物情况如图1-11所示。小西岭村俯视图窑洞民房民房图1-11小西岭村建(构)筑物情况图2.3圪道村建(构)筑物群分建筑长度大于20m。典型的一层建筑物长度大于20m的有圪道村卫生室、建筑物保护等级均为Ⅱ级，圪道村建筑物分布形式如图1-12所示。圪道村俯视全景图图1-12小西岭村建(构)筑物情况图2.4北上合村建(构)筑物群长度大于20m,长轴方向主要为东西方向。一层建筑物主要为民房，长度大于20m的二层建筑约有3户，建筑物保护等级均为Ⅲ级，北上合村建筑物及其破坏形式如图1-13所示。X654乡道图1-14前沟村建(构)筑物情况图2.6后沟村建(构)筑物群有极少部分建筑长度大于20m,长轴方向主要为东西方向。后沟村建筑物分布如图1-15所示。DDj复图1-16南上合村建(构)筑物情况图2.8石圪垤村建(构)筑物群筑，有极少部分建筑长度大于20m,长轴方向主要为东西与南北方向。一层建筑物有石圪垤村卫生室、石圪垤村文化广场和石圪垤村党群活动中心王家峪煤业集团有限公司，其办公楼长度超过20米，高四层约15米，建筑物保护等级为Ⅱ级；石圪垤村中坐落着县级保护文物中共中央北方局妇训筑物分布情况如图1-17所示。民房石圪垤村健身广场山西王家裕煤业集团有限公司便民服务站中共中央北方局妇训班旧址图1-17石圪垤村建(构)筑物情况图图1-18所示，且三个矿企井田均存在工广压煤、村庄压煤等情况，其中阳覆区。可采压煤约600万t,大巷保护煤柱、南上合村、离相寺等还有15号压煤资源约860万t,累计共约1460万t;王家裕煤业主要压煤区域为主工压煤667万t。下合煤业主要压煤区域为工业广场、下合村、下合东坡村、大巷保护煤柱，据统计共计压煤414万t,三个煤矿压煤量共计2541万t,垮落工作面充填工作面大巷等压煤区域图1-19阳迪煤业压煤区域图1-20王家峪煤业压煤区域图1-21下合煤业压煤区域阳迪煤业连采连充系统在满足自用情况下，还可以考虑为其他相邻的王家峪和下合煤业提供充填，本充填系统设计方案在满足阳迪煤业最远充第二章设计区域开采条件第一节设计区域地址条件庄具有搬迁计划(高家岭与大凹村已搬迁，陈家垴与小西岭计划搬迁),结第一步：考虑到压煤开采方案论证时要首先在自己区域建筑物进行试77万t,预计可回采3年。域为缓采区，在充填项目立项后，进行缓采区区域可采储量291万t,可在本矿的辅助工业广场建筑物下进行长壁充填开采的试验，提高充填采煤效率。预计平均年产量50万t,可回采6年。经回采完毕，可布置回采储量228万t,预计平均年产量60万t,可回采4阳迪煤业3#、15#为全矿井稳定可采煤层，其中15#煤层平均厚度为4.02m,为矿井主采煤层，根据矿上采掘计划，首试充填工作面选择为广场压煤区域，首试面的开采可为后续建筑物下开采提供经验，见图2-1。简简仓简筛简筛顺鸿图2-1首试充填工作面位置示意图充填工作面近似直角梯形，煤层平均厚度4.02m,按照煤体密度1.4t/m³计算，可采储量25.89万t,开采长度80~230m。工作面位于工业广场压煤范围内，15号煤层底板标高800~+810m,煤层埋藏深度160.29~177.6m。二、地质特征1、地层井田内大部分被第四系黄土覆盖，局部出露地层为二叠系上统上石盒子组、以及下统下石盒子组、山西组和石炭系上统太原组。依据井田内外钻孔资料将本区地层由老至新叙述如下：(1)奥陶系中统上马家沟组(O2s)据邻区钻孔资料，钻孔揭露最大厚度为215.86m,岩性主要为灰色、深灰色石灰岩，角砾状泥灰岩、泥灰岩夹白云质灰岩组成，中厚层状，隐晶质结构，见少量方解石充填裂隙。(2)奥陶系中统峰峰组(O2f)为含煤地层之基底。据邻区钻孔资料，揭露厚度116.70m。岩性主要为灰、深灰色石灰岩，泥灰岩组成，上部灰岩风化严重，方解石脉发育，下部(3)石炭系中统本溪组(C2b)厚13.42～25.24m,平均厚19.34m。岩性主要由浅灰色、灰色、深灰色泥岩，铝土泥岩，石灰岩组成，局部夹中粒砂岩、炭质泥岩和薄煤层，底部局部为薄层铁质泥岩。泥岩中含黄铁矿结核；石灰岩顶部含燧石，见动物碎屑化石。与下伏地层呈平行不整合接触。(4)石炭系上统太原组(C3t)厚106.67～142.10m,平均厚124.31m。为本区的主要含煤地层之一。为典型的海陆交互相沉积。自下而上，依据岩性特征可分为一、二、三段。(5)二叠系下统山西组(P1s)厚42.01～68.65m,平均厚50.12m。为本区的主要含煤地层之一。岩性主要由浅灰色、灰黑色、黑色的中-细粒砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，泥岩，炭质泥岩和煤组成。含煤1～4层。其中2号煤层为局部可采煤层，3号煤层为大部分可采煤层，其余煤层为不可采煤层。泥岩、砂质泥岩中含完整和不完整植物化石，局部含菱铁质结核；砂岩中含云母碎片和菱铁质，小型交错层发育。底部K7砂岩为中、细粒砂岩，局部为粉砂岩。与下伏太原组呈整合接触。(6)二叠系下统下石盒子组(P1x)厚88.45～111.94m,平均厚101.31m。岩性主要由灰黄色、灰紫色、浅灰色、灰白色、灰绿色、深灰色的中-细粒砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，泥岩等组成。下部泥岩含不完整植物化石，上部泥岩含少量铝质，以及菱铁质鲕粒。底部为K8中-细粒砂岩。与下伏山西组呈整合接触。(7)二叠系上统上石盒子组(P2s)本组厚度沉积不全，下段(P2s1):最大残留厚193.60m。岩性以灰紫红色、灰绿色、灰黄色泥岩，砂质泥岩，粉砂岩为主，夹灰白色、灰黄色中-细粒砂岩。泥岩中含团块状菱铁矿，致密，局部含铝质。底部砂岩(K10)为浅(8)第四系中更新统(Q2):大面积分布于矿区，厚0-50.0m,平均厚(9)第四系上更新统(Q3):局部分布于井田内，厚0-35.00m,平均厚15.0m。岩性主要为灰黄色亚粘土，含钙质结核。(7)第四系(Q)2、构造走向北东-北北东，倾向北西-北西西，倾角3-9°左右。共发现断层4条。65°,落差约20m。井田内陷落柱较少，无岩浆岩侵入。3、水文地质个因素来评定：井田总体为一向北西倾斜的单斜第二节开采条件本井田批采2-15号煤层，井田内主要可采煤层为3、15号煤层。现将3、15煤层地质特征分述如下：(1)3号煤层(2)15号煤层上距K2石灰岩6.43m,下距K1砂岩19.19m,煤层厚3.21-4.76m,平均厚部含0-2层夹矸，层位、厚度均稳定，全井田可采，为稳定煤层。根据2023年瓦斯等级鉴定结果，阳迪煤业井田瓦m³/min,相对涌出量为4.98m³/t;回采工作面瓦斯绝对根据2023年3月山西省安标检验认证有限公司检验结果，阳迪煤业15#煤水分为0.97%,灰分15.88%,挥发分12.53%,煤尘具有爆炸性。15#煤层根据测温资料统计分析，地温梯度平均为1.8℃/100m,属于地温正常在地质勘探所施工的钻孔中，未见关于岩芯由于地应力增高而呈现异第一节充填方案的比选“膏体充填”,指的是把研石、粉煤灰、风积砂或黄土等物料加工制作作面煤壁方向在支架后面以及两端头作隔离，在采煤工作面后方新产生的采空区形成封闭隔离空间(该采空区叫待充填区),随后用膏体材料充填隔离墙内全部待充填空间，等待充填的膏体材料凝结固化达到设计早期强度图3-1连采连充膏体充填开采过程平面图使用连采机或者综掘机间隔煤柱逐条掘进条带，然后再对采空条带进行端直至完成整个工作面回采，开采过程图由图充方法具有投资少、适应性强、现场人员操作简单、顶板下沉控制好，地表建构筑物保护效果好。连采连充膏体充填即能保证充填接顶，又能保证充填体的支撑强度，另外连采连充采煤具有：充填体压缩率低、工艺简单易操作，地面系统投资少、适用范围广、采出率高等技术经济优势，完全能够满足该矿“三下”压煤开采对地表变形控制的要求。结合阳迪煤业条件，将长壁膏体充填技术和连采连充膏体充填技术在此区域应用时，经济技术对比分析见表3-1。序号对比长壁充填技术连采连充充填技术1投资初期投资大，总投资约1.2亿元，相比连采连充充填多投资1套充填支架，按照150m长壁工作面测算，预初期投资小，总投资约5200万元。2效率充填采煤效率高，单工作面年充填采充填采煤效率低，单掘进面年充填采煤10万t。3成本充填采煤成本相比略高，主要为投资大，折旧费用高。另外充填体强度要求高，充填材料成本高。相比较低，主要为掘进成本和充填成本。充填体在不同条带间可以设计不同强度，4工艺采煤和充填不影响，充填工艺简单，井下用工少。5地表保护效果地表最大下沉在150mm左右，变形指标控制在I级变形的80%以内，可地表建筑物保护效果更好，最大下沉50mm左右，变形以内，更好的保护地表建筑物。6应用条件主要应用于大面积压煤开采，多应用于大规模高效矿井。主要适用于小区域压煤开采、保护煤柱开采，多应用于小规模煤矿企业。根据以上分析，阳迪煤业目前年产能120万t/a,结合本矿条件，更适合投资小、工艺简单、经济效益好、地表建筑物保护好的方案，因此优先选择连采连充膏体充填开采方法回采建下压煤，后期根据矿井生产情况，再考虑长壁膏体充填开采建下压煤。二、连采连充膏体充填开采方法所谓短壁膏体充填开采，就是使用连续采煤机或者掘进机，每采完一个适当长度和适当宽度的窄条带，封堵隔离窄条带两端头，再用膏体材料充满该采空区。采完一个条带，间隔一定宽度的煤柱再开采下一个条带并充填，当完成一轮开采后再返回到起点处对剩余煤柱实施下一轮开采并充填，直至采出所有煤炭资源。连采连充膏体充填开采过程如图3-1和3-2所示。(1)首先在膏体充填区掘进巷道和切眼，充分利用现有巷道，形成类似长壁工作面的全压通风系统，并健全生产系统。(2)将圈定的边角煤沿运输巷按照20m宽分组，每组按照宽度5.0m掘宽，可以布置4个条带。采用掘进机或者连采机依顺序先采出每组的第一个条带，一个条带采完后，封堵隔离两端头，及时用膏体材料充填起来；当第一条带充填体凝固时间达到1个月以后，再安排每组的第二条带开采和充填，如此往复，全部条带开采充填完成后完成圈定的边角煤充填开采。新风风机综掘机调风充填管新风风机第一轮充填条带第一轮充填条带第二轮采巷第二轮充填条带污风新风图3-2连采连充膏体充填开采过程平面图通通(a)第一轮采充过程中(b)第二轮采充过程中(c)第三轮采充过程中(d)第四轮采充过程中(e)采充结束后图3-3连采连充膏体充填开采过程立面图第二节首试面采充方案设计一、首试面布置与开采方法CT1501连采连充工作面布置方式如图3-3,阳迪煤业连采连充膏体充填具体采充过程为：(1)首先在连采连充膏体充填区掘进巷道和切眼，充分利用现有巷道，形成类似长壁工作面的全压通风系统，并在联巷内靠煤帮位置布置沉淀池，并健全生产系统。(2)将圈定的区域沿轨道顺槽按照每20m宽分组，共布置12组，工作面编号为CT150101至CT150112,每组内布置4个宽5m的条带，分为4轮回采完毕，以第一组为例，各组内条带命名分别为CT150101A、CT150101B、CT150101C、CT150101D。以1-3组为例，条带布置方式见图1501采区轨道下山—CTL50109A二-兮再进行第二轮回采，即CT150101C—CT150102C—……CT150112C;再进行第三轮回采，即CT150101B—CT150102B—……CT150112B;(3)采用掘进机或者连采机依顺序先采出每组的第一个条带，一个条沉淀池回风联巷CT1501连采连充膏体充填面内布置1个掘进头，为了考虑充填的洗管服务本面的条带充填工作。巷道布置及条带布置见图3-3。为了形成全负压通风，在CT1501充填面内掘进一个进风顺槽和回风顺m³充填料，考率充填前后用水清洗管路大约150m³,为了减少清理沉淀池的次数以及考虑充填管路出现意外堵管事故进行泄浆的需要，所以设计沉淀池长度分别为60m,宽2m,沉淀池内通过3隔墙分为沉淀池1、2、3三个部分，沉淀池净宽为1.7m,沉淀池净高为2.0m,容积约200m³。按照矿现有掘进设备参数，每个窄条带宽度为5.0m,条带高度为4.0m,按照前文顺序进行掘进，完成后要及时进行充填，依顺序先采出每组的第一个条带，一个条带采完后，封堵隔离两端头，及时用膏体材料充填起来；当第一条带充填体凝固时间达到1个月以后，再安排每组的第二条带开采和充填，如此往复，全部条带开采充填完成后即完成首试面充填开采。开采过程具体如下：第一步：条带膏体充填面沿煤层顶板掘进，由于条带膏体充填面煤层整体为东北部高，西南低，因此充填管路布设在运输巷。条带开采采用二步一次采全高办法回采，第一步采用局扇通风，掘进设备在运输顺槽一侧开口后，然后沿顶板掘进，与回风顺槽贯通，掘进时同时支护顶板和两帮。根据条带充填面充填情况，合理的料浆配比，一个出可以保障整个条带充实充满，因此根据现场条带长度，在条带最高处均匀布设1-2根充填管，为减少投资和便于铺设，条带内的充填管采用重量较轻的PE管材，形成全压通风系统后，进行第二步。第二步：隔离工作采用“单体柱板壁横撑杆”隔离墙打设工艺。条带掘进完成后，在掘出条带的上下端头处支设隔离墙，并将条带内充填管与布料阀连接。首试面的第一个条带80m,预计充填空间为1600m³,按照充填能力200m³/h计算，预计8小时充填完毕。隔离墙打设工艺具体如下。(1)标线拉底。用线绳沿充填条带标定隔离墙位置(该处长度共5m),沿标定位置向下拉底深300mm、宽300mm,沿拉底位置铺设φ200×3000mm(2)打设单体柱。在隔离墙位置底板大板上打设一排单体柱，共计打设10根。单体柱间距0.6m,初撑力不小于15MPa,每根单体柱沿柱头将护绳栓护在顶板钢带上。在隔离墙中部留设3根单体柱位置暂不打设作为人员进出通道。(3)铺设宽板。在单体柱内侧紧贴单体柱从底板至顶板横向铺设宽板，在每根宽板的两端和中部用10#铅丝十字交叉固定在单体柱上，宽板规格4000mm×300mm×50mm,宽板拼接处层与层之间压缝铺设。在人员进出通道处放置好尺寸合适的宽板暂不铺设。(4)铺设金属网和钢丝绳。紧贴宽板从底板至顶板联双层金属网，金属网规格1m×5m,上下金属网之间、金属网与煤墙和顶板原金属网之间搭接500mm,搭接处用16#铅丝孔孔相联、双丝三扣、联三道。紧贴金属网从底部至顶部每间隔800mm联一趟φ12.5mm×15mm的钢丝绳，共计8趟，钢丝绳与金属网每500mm用16#铅丝双丝三扣固定。在人员进出通道处留(5)铺设隔离布。金属网联成后沿从底板至顶板紧贴金属网铺设一块部1.2m埋至底板拉底槽内并用煤袋压好，将顶部1.2m隔离布折至顶板并用16#铅丝固定在顶板金属网上，将两帮1.3m隔离布折至帮部煤墙并用16#三道DN100钢管横撑杆，撑杆间排距1000mm×1000mm,每道10根撑杆，共计3道。每根撑杆打设方法如下：在单体柱外侧紧贴单体柱距离底板0.8m、1.8m、2.8m位置固定3排宽用风镐在E1308辅运西帮煤墙距离底板0.8m、1.8m、2.8m位置打设三排横撑杆柱窝，柱窝间距1米，深度0.2米。④用双股10#铅丝将钢管撑杆吊挂在顶板钢带上。呼吸口顶板草毡道木充填口条带帮条带帮图3-6膏体充填隔离墙隔离方式第三步：隔离完成后，将该条带充填满膏体，以排气管出口出浆作为充填接顶标志，完成本条带采充工作。2.充填接顶工序待充条带满足实施充填作业的要求时，根据矿井充填工作面采充衔接，对其实施充填作业。充填膏体料浆一般静止角为1～分为4步，充填工艺如图3-7所示。隔墙(1)首充隔墙(2)二充充填管充填管隔墙三充二充首充隔墙(3)三充隔墙(4)四充由于充填条带中膏体上升较快，使充填隔墙承受较大压力，所以必须采取分次充填方式，确保隔墙稳定、作业安全以及充填接顶率。(1)首充：在条带巷的工作面运巷端设置一个充填隔墙，进入首充阶段，首充必须控制充填料浆在隔墙处的上升高度不大于1.3m,如图3-7(a)。(2)待首充料浆凝固后再进入二充阶段，二充充填至隔墙顶端，设计充填高度同样为1.3m,如图3-7(b)。(3)待二充料浆凝固后再进入三充阶段，在条带巷的工作面风巷端设置一个充填隔墙，三充可一次充填至风巷端隔墙1.3m位置，如图3-7(c)。(4)待三充料浆凝固后再进入四充阶段，补充料浆至工作面风巷端隔墙顶部，如图3-7(d),至此完成整个条带的充填工作。(二)近水平充填条带充填工艺1.充填管路敷设结合条带膏体充填开采的工艺特点，充填管路敷设在充填条带标高高的一侧的顺槽内。根据实践经验，合理的料浆配比可以保障整个条带充实充满，设计在条带最高处均匀布设2根充填管(一用一备)和1根排气管，各高处的排气管联通，为减少投资和便于铺设，条带内的充填管和排气管采用重量较轻的PE管材，其中充填管管径180mm、排气管管径50mm。2.充填工序近水平充填条带为保证充填接顶率，需采用分步充填，充填工艺如图3-8所示。隔墙隔墙首充充填管隔墙(1)首充隔墙首充隔墙充填管(2)二充隔墙隔墙(3)分段充(1)首充：在充填条带的两端各设置一个充填隔墙，进入首充阶段，首充必须控制充填料浆在两端隔墙处的上升高度不大于1.3m,如图3-8(a)。(2)待首充料浆凝固后再进入二充阶段，先在充填上层的工作面运巷端30m位置设置子隔墙，再进行充填，如图3-8(b)。每隔30～40m设置一个子隔墙，依次逐段进行充填，如图3-8(c),直至针对近水平充填条带的充填工艺特点，充填条带的顶板形态对充填接顶影响较大。水平顶板和顶板局部拱起两种形态的接顶措施如下：近水平充填条带顶板近乎水平时，容易造成接顶时整个充填体和顶板之间留有孔隙，为保证接顶效果，在充填条带顶板开设凹槽(深300mm)用于吊挂充填管路和排气管路，且凹槽沿煤层顶板具有10‰的坡度。凹槽布置示意图见3-9。图3-9条带顶板凹槽布置示意图(2)近水平充填条带顶板局部拱起时，保证每个顶板拱起部分布置一组充填管路和排气管路，充填时，膏体首先流平，而后分别充填各个拱起部分，从而达到完全充实。充填接顶布管示意图见图3-10。充填管路充填管路排气管路隔离挡板回风顺槽图3-10充填接顶布管示意图(3)接顶充填时，应适当降低充填料浆浓度，加大粉煤灰添加量，降低充填料浆输送流量，从而提高充填料浆流动性和流平性，降低其静止角，确保充填的可靠度和接顶率。四、连采连充采煤方法与充填工艺1、采煤方法从煤层赋存及开采技术条件分析，本矿充填面采用EBZ200H型掘进机一次采全高，采用SGB-620/40D型刮板输送机和DSJ80/40×2带式输送机进行出煤。EBZ200H型掘进机技术特征见表3-2。整机参数总体长度总体宽度总体高度卧底深度掘进坡度截割范围电动机功率内、外喷雾方式型号总角输送能力上托辊间距胶带速度总功率胶带总长度总重量机尾搭接长度胶带强度圆环链破断栽荷出厂长度刮板间距紧链方式电压减速器传动比功率中部槽规格①充填系统组成面的充填隔离设施及管路布置是影响充填工作面效率和安全保障的关键环节。地面充填工艺流程主要包括骨料加工工艺流程和配比搅拌泵送工艺流②配比搅拌泵送工艺流程配比搅拌系统选用单系统布置，泵送系统整体为单系统，关键设备充填泵为两台，一用一备。详细搅拌泵送工艺如图3-11所示。为了在充填初期和结束时有效可靠隔离研石膏体与冲洗水，选择粉煤灰制成的膏体置于水与研石膏体之间。为了保证膏体长距离管道输送可靠，选配了PA型贝福剂。(1)骨料配料成品研石提升至充填楼的缓冲斗内，之后进入骨料称量斗，完成骨料的配料，配料完成后投入搅拌机。重复循环实现骨料批次配料。(2)粉料配料充填用粉料主要是水泥和粉煤灰，二者使用罐车运输，通过气力输送泵输送至粉料仓。两种粉料均在粉料仓内储存，满足环保要求，仓底设有螺旋给料机，可实现密闭式向粉料称量斗中给料，循环实现批次配料，配料完成后投入搅拌机内。(3)液体配料充填用液体主要是水、液态PA贝福剂，充填用水取至蓄水池，将水池水泵送至充填楼缓冲水桶，靠自重和相关控制阀门，水进入充填楼水称量斗内；充填站设有PA贝福剂罐和缓冲罐，PA贝福剂通过耐腐蚀泵泵送至缓冲罐，靠自重和相关控制阀门，PA贝福剂进入称量器完成批次称量，然后投入水称量斗内，连同水一起投入搅拌机内。矸石矸石成品仓给料机圆筒仓给料机圆筒仓给料机充填面贮存箱外加剂泵控制管阀蓄水池③研石破碎工艺流程阳迪煤业充填所用煤研石主要为集团洗煤厂外运至本矿，矸石运输到石粒径要求在15mm以下，且要求粉料即0.075mm以下矸石量控制在20%了能满足研石最大粒径要求之外，更重要的是能够保证制作合格膏体的颗对于膏体充填无论是采用本矿研石还是临近矿井研石，在进入离心式破碎机之前，均需要对研石进行粗破，将研石由大块状态破碎成较为均整状态(150mm以下)。式破碎机(下文简称粗破机);二级破碎为细破，选用1台离心式破碎机(下文简称细破机)。矸石经受研坑进1#反击破皮带机进入粗破机，经过粗破的研石和经过细破的研石一起由2#破碎机出料皮带后进入1#斗提机，经1#斗提机后的研石进入圆振筛，筛下物落在成品皮带上，并通过3#研石仓进料转载皮带机进入2#斗提机，经2#斗提机将成品研送至5#皮带。成品矸经5#皮带进入成品仓或缓冲斗。需要使用成品仓内成品研石时，可以通过成品仓下活化给料机、4#研石仓进料皮带机、2#斗提机及5#皮带将研石提升进入充填楼内缓冲斗。充填骨料加工工艺如图3-12所示。细破机振动筛皮带机3#皮带机4#图3-12矸石破碎系统工艺流程框图具体充填工艺流程如下：物料准备→膏体制备→管路泵送→隔离充填→管路清理。(1)物料准备：每次充填前需要准备好破碎好的研石、胶结料、粉煤灰、水、外加剂等原材料。(2)膏体制备：膏体制备主要是各物料按一定配比通过称量斗进行称量，然后通过搅拌机搅拌成合格的膏体。(3)管路泵送：制备好的膏体利用自重和充填泵加压通过充填管路输送到充填工作面。(4)隔离充填：条带隔离完成后，采取分布充填，每个条带充1-3次的充填方式。(5)管路清理：充填完成后多余的浆料尽可能排到下一个条带，冲洗管路的水排到沉淀池内。3、连采连充充填生产能力本工作面每个条带宽度为5.0m,条带高度为4.0m,采割煤回收率为98%,循环进度1.0m,所以循环产量为：个正规循环，检修班2.5个正规循环，年工作日330天，考虑正规循环率90%,则工作面综合年产量为：Q年=27.4×(5+5+2.5)×330×90%=10.2万t按照布置两个掘进工作面，年产可达到20万t。五、条带贯通技术措施掘进设备在运输顺槽一侧预定位置开口，然后沿顶板向回风顺槽掘进，最终与回风顺槽贯通。条带掘进期间采用局部扇风机通风，采用压入式通风，局部通风机必须由指定人员负责管理，保证正常运转。局部通风机和启动装置，安装在运输下山中，距运输顺槽距离大于10m,全风压供给该处的风量必须大于局部通风机的吸入风量，必须采用抗静电、阻燃风筒。(1)保证局部通风机正常运转，局扇自动切换，风电闭锁动作灵敏可靠。每班必须检查风筒是否有脱节，按规定正常检查工作面及回风流中的瓦斯浓度，瓦斯浓度超限时必须立即查明原因，进行处理。(2)必须保证贯通巷道的探头读数准确、断电动作灵敏可靠。(3)施工队负责保证贯通条带内通风正常，风筒延接到位，距工作面迎头不超过5米。(4)加强顶板管理，掘进工作面严禁空顶作业，临时支护要紧跟迎头。每次进入迎头前，班长或跟班队长必须对迎头顶、帮安全状况进行一次全面检查，确认无安全隐患方可施工。(5)通风队必须在贯通前一天根据条带断面准备好密闭所需材料和有关的调风设施，并在选定的密闭置附近便于施工的地方堆放整齐，但不得影响巷道的畅通和正常通风。贯通前条带通风示意如图3-13。图3-13贯通前条带通风(1)巷道施工期间，队组根据测量人员提供的测量联系单，复合巷道中线，按照测量联系单准确施工，将贯通中心线标出。(2)距贯通侧10m时，必须指派专人在对头回风顺槽对应位置按规定设好警戒，警戒线区域严禁人员进入。条带掘进到位停掘后，自迎头打设探眼，明确贯通剩余距离。打探眼时将探眼布置在工作面正迎头巷道中部距底板1.5m的位置，并确保探眼打设方向与巷道掘进方向一致，探眼打穿巷帮后，及时量取探眼孔与贯通中心线间距，并将所测数据汇报地测部和生产技严格按照措施要求打设探眼，明确贯通剩余距离。打探眼时，严禁使用弯曲的钻杆，防止钻杆断裂人。钻机工作时，严禁用手触摸旋转的钻杆，防止造成人员受伤。打设探眼时，钻机操作人员必须扎紧袖口，防止被钻杆卷入伤人。钻机与风管接头处必须用专用U型卡连接，以防连接处松脱。打钻过程中，必须加强观察帮、顶安全，防止掉渣、片帮伤人。(3)贯通剩余3m时，巷道顶板及帮上部紧跟迎头支护，贯通剩余2m时，先施工工作面上部，高度不低于2.6m。(4)在距离贯通1m时，先停止掘进工作面的作业，班组长必须指派专人和瓦斯员共同到工作面及其回风流中的瓦斯浓度，瓦斯浓度超限时，先停止掘进作业，处理瓦斯，只有在掘进工作面及其回风流中的瓦斯浓度均在0.8%以下时，方可进行贯通掘进工作。(5)巷道贯通时必须先实行小断面贯通，贯通面积不得超过0.5m²,小断面位于条带中上部，小断面贯通后，检查贯通地点前后20m范围内瓦斯浓度均在0.8%以下时，且其它有害气体的浓度符合《煤矿安全规程》的相关规定，煤尘均不超标，方可实施大断面贯通。(6)贯通前加强掘进面及回风顺槽洒水降尘工作。贯通过程中，对贯通点附近20m范围内进行洒水降尘工作。(7)贯通时应加强工作面支护，最大空顶距0.3m,防止冒顶。必须建立健全“敲帮问顶”制度，接班后、综掘机切割前后、打锚杆前，必须用长度不小于巷道高度1.2倍的长柄工具找尽顶帮及两帮浮研、危岩，排除隐患，对凿不掉的危岩必须打上安全点柱或补打锚杆进行加固补强。图3-14贯通时条带通风(7)贯通当班通风科、派一名科级以上干部跟班，以便贯通后及时调整通风系统。施工队必须加强贯通侧风筒、管线等设施的保护工作，发现问题及时处理。贯通时条带通风示意如图3-15。3.条带贯通后(1)贯通后，及时汇报矿调度及值班矿长。(2)贯通后，施工队及时刷大贯通处断面，贯通后及时将贯通处巷道支护到位，将工作面浮煤清理干净，杂物严禁上皮带。(3)瓦斯员加强贯通两侧巷道内的瓦斯浓度和风量与风流方向的检查，确保贯通后瓦斯浓度均在0.8%以下，且通风系统正常。(4)条带内距离运输顺槽处2.0m设置临时挡风设置控制通风断面和风量，见图3-15(a)。条带内风量应能满足稀释瓦斯、二氧化碳并创造良好气候条件后风速符合规定。(5)机电队根据现场指挥领导的安排，适时停电、搬迁风筒及管线设施等工作。(6)条带施工并支护完成后，对支巷上下两端头进行封堵隔离，设置充填体挡浆墙，形成充填空间，等待泵送充填作业，见图3-15(b)。充填隔离设施警戒充填隔离设施警戒图3-15贯通后条带布置第三节条带充填开采围岩控制一、巷道(条带)围岩塑性区分布力学分析巷道开挖后的力学行为主要体现在围岩应力的重新分布和围岩位移的释放规律。由于对圆形硐室的求解比较成熟，因此，通常使用圆形硐室进行各种条件的理论求解、规律探讨。对于非圆形的矩形，梯形等硐室，经常采用等效圆形来确定。式中：ro—为等效半径，mh—为硐室高度之半，m圆形硐室开挖后应力状态为：式中：Or,σ0为任意一点的径向、环向应力，MPa;Tro—任意一点的剪应初始应力，MPa。图3-16圆形硐室周边切向应力分布与侧压系数关系(λ=K₀)如图3-16所示为不同侧压力系数条件下对应的应力分布特征。当采用Mohr-Coulomb准则松动圈计算模型计算时，Mohr-Coulomb塑性条件将塑性区应力公式代入塑性区范围公式并整理出关于m的一元四次方k₃=4(sin²φm-3)(1-2)²cos²2θ+4(1-λ²)cos2θ+(1当给定θ值后，就可得出巷道围岩的塑性松动圈半径与侧压力系数的关系，从而可以计算出相应地应力条件下围岩中松动圈半径，当λ=1时，所以，式子可以化简为塑性松动圈范围r₁与等效圆形硐室半径ro的关系式2、巷道(条带)围岩塑性区求解计算等效圆形硐室半径为ro:巷道(条带)断面形状设计为矩形，其断面尺寸：平均巷宽×掘进巷高=5000mm×4000mm。代入式(3-7),得等效圆形硐室半径为3.2m。15#平均埋深取170m,上覆岩层平均重力密度取25kN/m³。两帮为煤体，支护阻力取0.1MPa,煤的内聚力为0.5MPa,内摩擦角为21°,代入式(3-6),得两帮塑性松动圈半径n为4.68m。巷道(条带)两帮围岩塑性区厚度经计算两帮塑性区厚度为2.17m。煤层顶板为泥岩，泥岩的内聚力为2.1MPa,内摩擦角为26.5°,由式(3-6)~(3-8)得巷道(条带)顶、底板塑性区深度b₂为1.4m。经过理论计算并绘制成图，开切眼附近的塑性区分布如图3-17所示，两帮围岩为煤体、塑性圈深度为2.17m;顶底板围岩为泥岩，塑性圈深度为图3-17巷道(条带)围岩塑性松动圈分布示意图二、锚杆型式选择(1)锚杆直径计算15#煤层回采巷道设计使用的锚杆为高强度左旋螺纹钢锚杆，锚杆杆体材料选用20MnSiⅡ级螺纹钢系列，锚杆的直径根据杆体承载力与锚固力等强度原则确定，即各类锚杆的锚固力Q.杆体承载力为：则杆体直径公式为：式中：d—锚杆体直径，mm;Q—锚固力的设计值，取70×10³N;ot—高强度左旋螺纹钢锚杆屈服强度为340MPa。将各参数取值代入上式，得杆体直径d为18.32mm,因此选Φ=20mm的高强螺纹钢锚杆。三、锚杆支护参数(1)锚杆长度CT1501工作面顺槽及条带顶板为处于塑性区的直接顶，根据经典锚杆支护理论的特点可知，锚杆杆体可把巷道顶板上的较弱岩层悬吊在上部稳定岩层之上，因此可按悬吊理论的算法计算顶板锚杆长度，具体公式为：L₁—锚杆锚固端长度，m;4—巷道围岩破坏深度；L₂—锚杆外露端长度，通常取0.1m;其中，锚杆锚固端长度为：式中：k—安全系数，一般取1.5~2.5,在此取1.75;Q—锚固力的设计值，考虑施工因素影响，可取70×10³N;—锚固剂和岩体间的的抗剪强度，根据现场资料统计显示，锚固剂的粘合强度为10N/mm²,即10MPa;巷道围岩破坏深度为：式中：w—巷道宽度之半，4.0m;f—煤层坚固性系数，取0.67;k—安全系数，一般取1.3~2.0,在此取1.75。根据公式可得：计算得出：因此建议锚杆长度应在2.35m以上。(2)锚杆间排距按锚杆所能悬吊的重量校核锚杆的排间距。每根锚杆悬吊岩体的重量：式中：γ—巷道围岩的平均密度，t/m³。锚杆锚固力Q应能承担G的重量。条带充填工作面矿压较小，K可取小值。但为安全起见，同时考虑到锚杆施工质量，在此取K=1.5,所选锚杆的锚固力Q=70kN。则：由计算可知，锚杆间距、排距不应大于1.28m,可视围岩状况、巷道用途灵活调整锚杆间排距，连采连充条带可适当增大锚杆间排距。四、锚索支护参数(1)巷道顶板锚索设计长度：式中：L—锚索总长度，m;La—锚索深入到较稳定煤层的锚固长度，m;Lb一需要悬吊的不稳定煤层，m;Lc—上托盘及锁具的厚度，取0.2m;La—需要外露的张拉长度，取0.35m。按GBJ86—1985要求锚索锚固长度La按下式确定：d₁—锚索钢绞线直径，取17.8mm;fa—钢绞线抗拉强度，取1860MPa;根据公式2所计算的巷道顶板破坏深度b₂为1.4m,为了安全起见，将相关参数代入式(9),可得L=6.5m。顶板锚索理论计算长度不应小于6.5m,参考井下现采用锚索长度，且顶煤较厚。因此，在本设计中锚索长度确定为7.0m,以进一步增强支护效(2)顶板锚索支护密度计算CT1501充填面的回风巷道、进风巷道，均采用锚杆+锚索+网+钢梯子锚杆：顶板采用Φ