深部采区充填开采方案设计研究.pdf

深部采区充填开采方案设计研究张兆一山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛 2 6 6 5 9 0 摘要充填系统对深部开采至关重要，结合某矿 8 3 1 1 工作面现场工程地质条件，本文从充填设计、充填工艺、巷道布置成形设计三个方面进行分析研究，确保充填系统的合理有效。这对类似地质条件矿井沿空留巷的充填系统设计具有指导意义。关键词设计方案；充填系统；充填工艺；深部开采中图分类号 F 4 0 6 ． 3 ； T D 8 2 3 ． 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8- 0 1 5 5 2 0 1 7 0 3-0 1 1 7- 0 1 1地质概况 8 3 1 1 充填工作面为一单斜构造，煤层走向 2 7 。～1 1 5 。，煤层倾角 0～ 8 。，平均 2 。，工作面构造简单，断层不甚发育，共有 3 条断层 F 1 1 一 l 断层，走向3 4 5 。，倾角8 0 。，落差H 1 ． 8 m； F 1 1 2断层，走向5 。，倾角7 0 。，落差 H 7 m； F 0 9 1 断层，走向 3 4 2 。，倾角 4 0 。～ 7 0 。，落差 H 3 m一 5 ． 5 m 。回采过程中采取了相应的技术措施过断层，没有发生冒顶及溃水、溃砂等现象。回采过程中工作面顶板没有出现淋水现象。 2工作面充填开采设计 2 ． 1巷道布置 1 工作面巷道布置 8 3 1 1 三分层充填工作面北侧为上顺槽，设计长度 1 1 0 0 m，沿底分层充填体顶板布置，其内铺设轨道，主要用于该工作面进风、搬运设备配件及材料等运输。 8 3 1 1 三分层充填工作面南侧为下顺槽，设计长度 1 0 2 0 m，沿底分层充填体顶板布置，为胶带输送机顺槽，用作回风、煤炭运输。 2 巷道的几何参数及支护形式上顺槽采用梯形断面，上宽 2 ． 6 m 、下宽 3 ． 4 m、净高 2 ． 2 m、净断面积 6 ． 6 m 。支护形式矿用工字钢架棚支护，棚距为 l m。下顺槽采用梯形断面，上宽 2 ． 6 m、下宽 3 ． 4 m、净高2 ． 2 m、净断面积 6 ． 6 m 。支护形式矿用工字钢架棚支护，棚距为 l m 。 2 ． 2采煤工艺 1 采煤方法。8 3 1 1三分层充填工作面采用走向长壁后退式综采充填开采。 2 采煤工艺。综采充填双滚筒采煤机割煤，割煤深度为 0 ． 6 0 m，采用四刀一充，充填班专职充填，煤机在煤壁割煤四刀，采空区充填一次，循环进度 2 ． 4 m。 2 ． 3充填工艺 1 隔离墙支设。8 3 1 1 三分层充填工作面进收稿日期 2 0 1 70 1 1 0 作者简介张兆一，男，山东枣庄市人，山东科技大学硕士研究生在读。行充填前，需用编织袋在待充填区内构筑完全封闭的充填空间。编织袋规格周长 1 2 m；长度2 0 m、 3 0 m、 4 0 m三种。 2 充填程序预先检查密闭一干路管道试水一灰浆逐渐代替水用砂浆代替灰浆一轮流充填一管道内清洗充填工作结束。检查准备 ①隔离墙的密封性； ②管路的密闭性能； ③工作面的管路布置； ④管阀的通过性。干路管道试水管路充水试运行。灰浆逐渐代替水 ①在管道充水后利用灰浆代替水； ②工作面见灰浆后通知总部逐渐下砂浆。用砂浆代替灰浆工作面见砂浆后报告总部。轮流充填重复第三步和第四步进行充填。管道清洗 ①工作面管道出口见清水报告总部指挥； ② 当停泵后，干线管路冲洗工作彻底结束。充填工作结束严格控制交接工作。 3安全技术措施为确保安全生产，应该采取以下安全技术措施 1 加强充填质量管理，保证充填率不低于 9 O％。 2 坚持防治水原则，根据工作面涌水量大小，做好防治水工作。 3 保持工作面疏排水通道畅通无阻，工作面排水能力达 1 0 0 m ／ h以上。 4 工作面开采前完成在上顺槽及开切眼探水钻孔施工，进一步查明工作面第四系底部下部含水情况。 5 加强顶板管理，制定严格的技术措施严防冒顶。 4结论 1 8 3 1 1 三分层工作面第四系底部含水层属于富水性中等偏弱含水层，该区域第四系下组含水层底部由于得到长期有效疏降，井下钻孔揭露涌水量基本为零。即开采时不允许导水裂缝带沟通第四系下组含水层，需留设安全防水煤岩柱。 2 8 3 1 1 三分层工作面 3煤上覆岩层工程地质类型以细砂岩和泥岩为主，下转第1 2 3 页 1 1 7 式、顶板压力等。对于 8 0 1回风顺槽受构造应力与重力的双重作用，巷道掘进过程中工作面正头煤壁的煤炭极容易松动、脱落。同时在掘进过程中，受巷道尺寸、综掘机震动、提前预抽采以及煤岩应力转移的影响，更进一步加剧了掘进工作面上部煤岩体松动、脱落，这些因素都易引发片帮，巷道掘进片帮已严重威胁到职工的人身安全。 5防治片帮的对策 5 ． 1 采用二次成巷技术 8 0 1回风顺槽巷道断面较大，受重力与构造应力影响，容易发生片帮、冒顶。为了保证巷道成型，减少一次成巷时工作面煤岩体松动脱落，可采用二次成巷。在掘进时，综掘机先截割巷道上部施工断面视实际情况而定，进行临时支护和永久支护，然后把剩余部分进行截割，补充完整两帮的永久支护。通过二次成巷技术，可以避免片帮情况发生。 5 ． 2改变支护方式及强度现阶段工作面两帮采用锚杆塑钢网联合支护，主帮为 b 2 0 m m 2 5 0 0 ra m玻璃钢锚杆配套 3 5 0 ra m x 2 0 0 m m x 5 0 ra m木托板，副帮为 2 0 m m x 2 5 0 0 ra m左旋无纵筋螺纹钢锚杆配套 2 0 0 ra m x 2 0 0 ra m1 2 m m钢托板。改变支护方式后副帮侧采用锚杆 T 1 4 0 钢带塑钢网联合支护，在很大程度上增大了支护强度，使得煤壁相对滑落较小，有效避免了片帮情况的发生。 5 ． 3采取煤层注水技术采取煤层注水技术，向煤体注水使其充分湿润，降低煤体内吸附瓦斯间隙，降低煤体被剥落时煤尘飞扬能力，增强煤体塑性、提高煤体黏结性、增加抗剪切能力，从而解决煤壁片帮问题。 5 ． 4缩短循环进尺在掘进过程中，如果发现工作面煤层较厚、较松软，需要及时对帮部进行支护，缩短循环进尺，适当的时候可采用人工刷帮，加强帮部支护增加帮部钢带。 5 ． 5加强敲帮问项与现场管理施工中必须坚持敲帮问顶制度。每班进入工作面前，班组长必须对工作面顶帮部安全情况进行一次全面检查，确认无安全隐患后方可入内，打眼前、支护前必须由有经验的工人站在安全地点及时清理危岩、浮矸。工作面支护严格按由外向里的顺序逐排进行支护，严禁由里向外支护。 6结语通过二次成巷技术、改变支护方式、煤层注水技术等措施，一方面可以缓解煤壁片帮的发生，减小片帮带来的安全隐患，保证安全生产。另一方面可以加快掘进速度，提高巷道成型，为质量标准化的开展打下良好的基础。参考文献 [ 1 ] 张拴强．掘进巷道临时支护及防片帮技术[ J ] ．煤， 2 0 1 3 ， o 7 ． [ 2 ] 周图文．掘进工作丽煤层注水工艺及效果分析 [ J ] ．煤炭技术， 2 0 0 6 ， 1 0 ．责任编辑陈文明上接第 1 1 4页在 7 d～1 4 d龄期内，早强剂掺量为主要影响因素，砂子含量也是比较关键的因素。在 7 d～ 1 4 d 过程中，早强剂含量对抗压强度的影响没有出现变化，所以，不同早强剂掺量实际上作用不大，所以得出对7～ 1 4 d龄期的材料，对其强度影响最主要是砂子的含量。 3结语根据现场沿空留巷相关要求，选择充填材料较理想的配比组合，进而确定 A 1 B 1 C 1 D1和 A 1 B 3 C 3 D 1 是 1 d强度和 1 4 d强度较为理想的配比。通过全面考虑材料的主次作用，最终选择 A 1 B 1 C 1 D 1为最理想配比组合。参考文献 [ 1 ] 张吉雄，缪协兴．煤矿矸石井下处理的研究[ J ] ．中国矿业大学学报， 2 0 0 6 ， 3 5 2 1 9 7 2 0 0 ． [ 2 ] 周爱民．矿山废料胶结充填[ M] ．北京冶金工业出版社， 2 0 0 7 1 21 3 ， 3 7 4 0 ． [ 3 ] 许家林，等．控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究[ J ] ．采矿与安全工程学报， 2 0 0 6 ， 2 3 1 61 1 ． [ 4 ] 肖卫国．深井充填技术的研究[ D ] ．长沙中南大学， 2 0 0 3 7 8 8 O ．责任编辑陈文明上接第 1 1 7页大部分为软弱类型，少部分为极软弱类型，是抑制导水裂缝带发育的有利条件。覆岩经过第一、底分层开采后，使岩性进一步弱化，且 8 3 1 1 三分层工作面上下各分层回采完成时间较长，裂隙带达到最大值后，其顶部裂缝受压密合而使导水裂缝带的高度值减小。 3 经对比分析，在 8 3 1 1 三分层工作面I 、 Ⅲ区域留设 1 5 m防水煤岩柱， Ⅳ区域留设 2 6 m防水煤岩柱，工作面采用膏体充填开采工艺，采高定为2 m 。综上所述， 8 3 1 l 三分层工作面采用膏体充填开采是可行的。参考文献 [ 1 ] 谢广祥，等．巷旁充填沿空留巷技术研究[ J ] ．淮南矿业学院 1 9 9 4 ， 1 4 ， 0 3 4 O一 4 4 ． [ 2 ] 谢生荣，等．深部大采高充填开采沿空留巷围岩控制机理及应用[ J ] ．煤炭学报， 2 0 1 4 ， 1 2 2 3 6 2 2 3 6 8 ． [ 3 ] 侯朝炯，等．高水灰渣速凝材料巷旁充填沿空留巷的试验研究 [ J ] ．北京煤炭科学技术出版社， 1 9 9 5 1 5 1 8， [ 4 ] 马黎明．黄沙坪深部胶结充填管输系统优化研究 [ D] ．中南大学， 2 0 1 2 ．责任编辑陈文明】 23