高突煤层沿空留巷技术

高突煤层沿空留巷技术第1页，共29页，2023年，2月20日，星期四汇报提纲实施沿空留巷的必要性和紧迫性充填沿空留巷技术说明与其他技术的比较经济社会效益分析2河南理工大学矿山开发设计研究所第2页，共29页，2023年，2月20日，星期四1实施沿空留巷的必要性和紧迫性高瓦斯突出煤层，实施区域防突难度大，形成一个回采工作面需要掘两条岩巷掩护消突，巷道掘进安全性差，掘进速度慢，成本高。采掘接替紧张，22020回采工作面与22040掘进工作面对头作业，受工作面采动影响剧烈，巷道掘进困难，掘进速度慢，支护难度大，返修成本高，容易发生冒顶，掘进安全性差。若采用沿空留巷可以节省一煤一岩，大大缓解采掘接替的紧张局面，技术经济效益十分可观。第3页，共29页，2023年，2月20日，星期四2充填沿空留巷技术说明在采煤工作面后方的巷道边缘，随工作面开采在采空区侧，用综合机械化方法，将井下或地面废弃矸石（或固体废料），用矸石破碎机将煤矿矸石破碎成一定粒径的矸石颗粒；用皮带输送机将其运送到留巷位置的工作面端头；通过自动配料搅拌机加少量胶结材料；依靠专门研制的充填液压支架上悬挂的充填运输机；将破碎的矸石颗粒充进巷旁第4页，共29页，2023年，2月20日，星期四并由充填液压支架上的压缩机构将松散的矸石颗粒挤压形成高强度矸石带；同时，巷内自动模板在充填之前向充填体加无树脂锚杆，从而形成高强矸石充填巷旁支撑结构，留住工作面后方的巷道（图1）。充填宽度根据工作面开采条件确定。整个充填留巷过程全部为机械化作业。其充填工艺流程（如图2）：矸石充填工艺系统为：矸石破碎→矸石仓→皮带运输→加胶结料混合搅拌、上充填运输机→矸石充填→矸石挤压强化成型→移架→下一循环充填。系统为开放式系统，不需要复杂的设备和工艺，系统简单、可靠性高，科学合理。1充填沿空留巷技术说明第5页，共29页，2023年，2月20日，星期四图1充填留巷方法示意图第6页，共29页，2023年，2月20日，星期四图2充填留巷侧向液压自动模板示意图第7页，共29页，2023年，2月20日，星期四图3充填留巷巷旁锚网支护第8页，共29页，2023年，2月20日，星期四图4充填留巷生产系统第9页，共29页，2023年，2月20日，星期四图6充填支架示意图图7挤压档板结构示意图图5充填留巷充填过程示意图第10页，共29页，2023年，2月20日，星期四图8充填留巷工艺系统图第11页，共29页，2023年，2月20日，星期四图6充填留巷生产系统第12页，共29页，2023年，2月20日，星期四图9

通风系统图第13页，共29页，2023年，2月20日，星期四图11工作面搬迁路线第14页，共29页，2023年，2月20日，星期四图12瓦斯抽采系统布置充填留巷瓦斯抽采解决方案瓦斯抽采在留巷里提前进行2107工作面瓦斯抽采，在2106采空区实现预埋管路进行采空区抽采，可提高瓦斯抽放效果。第15页，共29页，2023年，2月20日，星期四图13充填留巷材料配比试验第16页，共29页，2023年，2月20日，星期四混合材料比例%图14充填留巷材料配比试验结果第17页，共29页，2023年，2月20日，星期四图15挤压2MPa材料强度第18页，共29页，2023年，2月20日，星期四二次加压试模强度编号水泥含量/%强度/Mpa养护时间/d备注2-1104.113天初次加压0.25MPa,二次加压8Mpa2-2103.853天初次加压0.25Mpa,二次加压8Mpa2-3103.913天初次加压0.25Mpa,二次加压8Mpa平均3.95二次加压试模强度图16充填留巷材料二次加载试验第19页，共29页，2023年，2月20日，星期四20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为矩形四锚索，七根锚杆700㎜×750㎜。一次支护断面尺寸和规格见图14。锚杆：顶锚杆采用Ф20×2400mm左螺旋金属锚杆，帮锚杆采用Ф18×2400mm玻璃钢锚杆，间排距700×750mm，每孔使用3根K2335树脂锚固剂；盖板：使用金属托板，100mm×100mm×10mm；锚索：采用Ф15.24×8000钢绞线，间排距1050×1500mm，每孔使用6根K2335树脂锚固剂；（具体参数视现场情况而定）锚网：采用金属钢板网，2000×1000mm，网格160×80mm；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第20页，共29页，2023年，2月20日，星期四锚索锚杆图17一次支护设计方案一方案二待充填侧待充填侧第21页，共29页，2023年，2月20日，星期四图18二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伤人，对充填体内进行预先埋设特制锚杆，增强充填体的抗侧压强度，外面再加上梯字梁和钢丝网，防止侧鼓。第22页，共29页，2023年，2月20日，星期四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使用，下一个工作面只掘进机巷和切眼。根据经验，一般工作面后部120m范围以外上部岩层基本稳定，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。由于巷道整修时巷内有输送充填料的吊挂式皮带，因此，整修过程中的矸石可直接装入皮带运到充填地点充填，使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了条件第23页，共29页，2023年，2月20日，星期四2

与其它技术的比较1）综合机械化矸石充填沿空留巷具有技术先进性。与现有的砌料石墙沿空留巷、密集支柱及木垛沿空留巷技术相比大大提高了机械化程度，效率和安全性大大提高；与高水（膏体）速凝材料充填沿空留巷技术相比，第一，矸石充填沿空留巷以矸石为主要材料，将煤矸石等可变废为宝，做到煤矿矸石不出井或少出井，减少矸石提升量，减少矸石排放，实现煤矿废物减排，同时，成本低效率高。第二，矸石充填沿空留巷为开放式系统，不存在堵管等问题，系统可靠性高；第三，矸石充填宽度较大（可达8-12m）；充填结构科学合理，稳定性强，充填效果好，不开裂，漏风率低，对瓦斯防治有利，留巷安全可靠。

第24页，共29页，2023年，2月20日，星期四2）充填作业与采煤作业分别在工作面后方和前方进行，相互干扰小。矸石充填留巷的全部作业工序在工作面后方进行，而工作面开采在工作面前方进行，机械设备、煤炭运输、矸石运输、采煤作业、端头支护、充填作业以及巷道维修等分别在各自不同的空间和时间内进行，相互之间没有交叉和干扰，安全状况好。3）实施矸石充填沿空留巷可大大缓解采掘接替紧张的局面。4）突出煤层采用沿空留巷后，相邻工作面可以在留巷侧继续抽放瓦斯，使相邻工作面的瓦斯抽放时间增加一倍，瓦斯抽放效果将会明显提高，工作面安全生产条件将会得到有效改善。第25页，共29页，2023年，2月20日，星期四5）采用沿空留巷时，可形成一进两回和两进一回两种可行的通风系统。通风系统安全可靠，能完全满足工作面回采、沿空充填留巷通风的要求。另外由于掘进地点减少，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。另外，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。二是环境方面合理利用了矸石，减少矸石排放污染，有利于环境保护。26河南理工大学矿山开发设计研究所第26页，共29页，2023年，2月20日，星期四序号项目单价巷道用量成本/元/m1装备及试验费用500万元1000投资600万元，按服务5000m巷道折算2胶结材料100元/t0.40t/m80胶结料等3巷道加强支护费用200元/m2003充填人工费100元/工6工/m6004其他辅助工程费用100万元20按服务5000m巷道折算5不可预计费用1006合计2000表1沿空留巷直接成本构成3经济社会效益分析1）沿空留巷直接成本（估算）第27页，共29页，2023年，2月20日，星期四充填系统为简单的综合机械化系统，充填材料主要是破碎的固体矸石，在巷道侧部分加胶结材料，其胶结材料比例小成本很低，一般沿空留巷综合成巷成本低于巷道掘进成本，无煤柱多采出的煤基本为净增直接效益可观。在间接经济效益方面一是降低了巷道掘进率，可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，由此必须带来产量的增加。二是减轻了巷道掘进的工人劳动强度，改善了工作环境。