曲堤煤业33011与31011工作面之间下分层煤柱安全开采项目立项初步设计报告

伪顶炭质泥岩黑色薄层，随开采过程极易冒落底板砂质泥岩深灰色，局部较软弱，开采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，工作面下分层与上分层工作面呈外错型布置方式，如图所示。

在回采上分层和工作面时，为加强瓦斯尾巷支护，在瓦斯尾巷布置了大量木垛，因此，瓦斯尾巷存在空洞和工作面顺槽随工作面推进基本垮落，但这条顺槽顶底板可能存在空隙，这对安全开采和工作面之间下分层煤柱存在以下影响由于曲堤煤矿煤层为高瓦斯煤层，空洞空隙内会聚积大量瓦斯，在下分层工作面开采过程中，如果积聚大量瓦斯突然释放，会影响安全开采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瓦斯尾巷回风顺槽及回风顺槽，将空洞空隙内积聚瓦斯挤出同时胶结冒落松散煤岩体，提高顶板稳定性，为开采和工作面之间下分层煤柱提供安全保障。

拟采取以下方案采用高水充填材料充填满瓦斯尾巷，在回风顺槽及回风顺槽采用高水充填材料充填后形成厚胶结顶板在进行下分层工作面工作面回采时，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难题在下分层回采过程中，加强工作面顶板管理和瓦斯管理。

充填方案瓦斯尾巷充填方案从胶带顺槽下分层向瓦斯尾巷钻孔进行充填，如图所示，首先从胶带顺槽垂直向瓦斯尾巷布置个孔等距离，每孔间距，孔径，先从胶带顺槽通过钻孔将直径为左右塑料管送到瓦斯尾巷附近，然后采用直径为英寸长度钢管与直径为左右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，钢管外端焊接个快速接头，与充填高压胶管能够快速联结。

回风顺槽回风顺槽下分层胶带顺槽下分层回风顺槽胶带上山瓦斯尾巷轨道顺槽回风上山轨道上山钻孔布置平面图倾斜向上钻孔胶带顺槽回风顺槽胶带顺槽瓦斯尾巷煤层钻孔布置剖面图图中单位图瓦斯尾巷充填钻孔布置示意图施工步骤从胶带顺槽底板以上向上倾斜钻孔角度对瓦斯尾巷进行钻孔直达该巷顶部，需打孔见实蓝线所示向孔内塞入直径为长度为左右管向管内塞入英寸钢管钢管与管用封孔材料进行封孔，保证在充填时不跑浆液进行充填，依次通过孔将瓦斯尾巷全部充填满，充满标准是充填压力达到，充填量达到后面预计量，具体充填工艺见后面详细说明再在已充填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次充填情况，采用以上步骤再进行补充填。

为了进步保证安全，在工作面回采期间从瓦斯尾巷下方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，见图图所示。

倾斜向上钻孔胶接顶板工作面前方煤壁液压支架采空区图瓦斯尾巷工作面前方探孔布置示意图步骤工作面检修班期间，与工作面推进方向致，每隔打个水平长度向上孔探测瓦斯尾巷充填情况采用钻孔窥视仪观察瓦斯尾巷充填情况根据观察情况，决定是否进行充填若进行充填，采用水灰比为高水充填材料再进行充填，能快速凝固，不影响工作面回采重复以上步骤，始终保持工作面煤壁前方安全循环探测距离。

回风顺槽和回风顺槽充填方案回风顺槽与回风顺槽充填孔布置见图所示。

胶带上山瓦斯尾巷轨道顺槽回风上山轨道上山回风顺槽下分层胶带顺槽下分层回风顺槽回风顺槽图回风顺槽与回风顺槽充填孔布置示意图与瓦斯尾巷施工方案步骤基本相同，在此不再详述。

主要不同点在于从胶带顺槽打孔进行充填，充填固结厚度达到即可，保持能形成比较稳定假顶。

高水充填材料水灰比为，能胶结形成强度达到固结体。

下分层顶板稳定性分析与顶板管理下分层顶板稳定性分析根据顶板结构及应力分布可沿倾斜方向将工作面顶板分为四种煤柱下方顶板上分层巷道下方顶板采空区下方顶板瓦斯尾巷下方顶板。

下面分析这四种顶板结构特征及对其稳定影响。

煤柱下方顶板结构特征及稳定性煤柱两侧上分层工作面回采后，在采空区侧向支承压力作用下煤柱两侧煤体完整性相对差点，般顶板岩层结构较好，但支承压力较大，易发生片帮，顶板稳定性较好，现场应采取紧跟前滚筒移架确保支架有较高初撑力等方法来保持顶板稳定。

上分层巷道下方顶板结构特征及稳定性上分层工作面回采以后，两顺槽顶板基本垮落，但由于煤柱支撑作用，靠近煤柱附近巷道下方可能存在空隙，因此采用高水充填材料充填空隙胶结冒落煤岩体，充填胶结高度达到，因此，该范围顶板管理比采空区下方破碎顶板好管理压力小于煤柱下方顶板，但由于胶结顶板强度还是小于原生顶板，现场应采取紧跟前滚筒移架确保支架有较高初撑力等方法来保持顶板稳定。

采空区下方工作面顶板结构特征及稳定性采空区下方顶板结构可归为碎裂顶板，顶板压力不大周期来压不明显，但顶板破碎下沉量较大，该范围顶板管理不在本课题研究范围内，根据以往经验，该范围现场顶板管理应当采取紧跟前滚筒移架严格控制采高采用较大支架初撑力等方法来确保顶板稳定性。

瓦斯尾巷下方工作面顶板结解决瓦斯尾巷正下方综采支架移架困难和瓦斯突然释放难题在下分层回采过程中，加强工作面顶板管理和瓦斯管理。

充填方案瓦斯尾巷充填方案从胶带顺槽下分层向瓦斯尾巷钻孔进行充填，如图所示，首先从胶带顺槽垂直向瓦斯尾巷布置个孔等距离，每孔间距，孔径，先从胶带顺槽通过钻孔将直径为左右塑料管送到瓦斯尾巷附近，然后采用直径为英寸长度钢管与直径为左右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，钢管外端焊接个快速接头，与充填高压胶管能够快速联结。

回风顺槽回风顺槽下分层胶带顺槽下分层回风顺槽胶带上山瓦斯尾巷轨道顺槽回风上山轨道上山钻孔布置平面图倾斜向上钻孔胶带顺槽回风顺槽胶带顺槽瓦斯尾巷煤层钻孔布置剖面图图中单位图瓦斯尾巷充填钻孔布置示意图施工步骤从胶带顺槽底板以上向上倾斜钻孔角度对瓦斯尾巷进行钻孔直达该巷顶部，需打孔见实蓝线所示向孔内塞入直径为长度为左右管向管内塞入英寸钢管钢管与管用封孔材料进行封孔，保证在充填时不跑浆液进行充填，依次通过孔将瓦斯尾巷全部充填满，充满标准是充填压力达到，充填量达到后面预计量，具体充填工艺见后面详细说明再在已充填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次充填情况，采用以上步骤再进行补充填。

为了进步保证安全，在工作面回采期间从瓦斯尾巷下方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，见图图所示。

倾斜向上钻孔胶接顶板工作面前方煤壁液压支架采空区图瓦斯尾巷工作面前方探孔布置示意图步骤工作面检修班期间，与工作面推进方向致，每隔打个水平长度向上孔探测瓦斯尾巷充填情况采用钻孔窥视仪观察瓦斯尾巷充填情况根据观察情况，决定是否进行充填若进行充填，采用水灰比为高水充填材料再进行充填，能快速凝固，不影响工作面回采重复以上步骤，始终保持工作面煤壁前方安全循环探测距离。

回风顺槽和回风顺槽充填方案回风顺槽与回风顺槽充填孔布置见图所示。

甲乙料吸入情况，出浆流量是否致，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联系十分重要，及时通报相互间存在问题以及解决方法途径，确保充填工序连续进行。

对每袋高水充填材料，必须彻底将袋里高水充填材料完全倒净，袋子里不能留下点高水充填材料，对于高水充填材料使用，只要使用就必须整袋使用，且要到净。

人员配备设置充填班组成员共人，其中班长人，机电工名负责泵搅拌桶操作及维护保养，另外人负责泵站及充填点工作。

机电工负责搅拌桶注浆泵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清洗工作。

说明在充填前和充填过程中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。

准备事项及经济效益核算需要准备材料及设备购买或维护充填设备台充填泵，台使用，备用台搅拌桶，台使用台备用，及相关配件，特别是易损件购置，共同确定泵站摆放位置购买高水充填材料。

成本概算设备费用充填设备清单及费用见表所示。

表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双液注浆泵防爆搅拌桶防爆混合器总计材料费用瓦斯尾巷原断面宽高为，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，设计时按断面计算，瓦斯尾巷按计算，充填体积为，充填材料水灰比设计为，则需要充填材料，再考虑浆液渗漏跑浆等，则所需材料为左右，每吨材料按元计算含运到矿上费用，则材料费用约为万元。

回风顺槽和回风顺槽巷道底宽按计算，充填高度按计算，充填长度按计算，需要充填体积也为，充填材料水灰比设计为，则需要充填材料，再考虑浆液渗漏跑浆等，则所需材料为左右，每吨材料按元计算含运到矿上费用，则材料费用约为万元。

综上，所需充填材料费用为万元左右。

生产地质条件充填方案瓦斯尾巷充填方案回风顺槽和回风顺槽充填方案较高初撑力给定载荷和处于这两种情况之间。

当直接顶坚硬时，支架围岩体系变形量主要由支架承担。

因此，可把直接顶视为似刚性体，此时，支架工作状态为给定变形工作状态，即基本顶给定变形经直接顶全部传到支架上，因此，顶板下沉量由基本顶回转量决定。

当直接顶软弱破碎时，支架与围岩体系变形量主要由直接顶来承担，相比之下，可视直接顶刚度为零。

此时，基本顶回转变形压力被直接顶变形所吸收，支架所承受载荷为直接顶重量。

支架处在给定载荷工作状。

当直接顶介于软弱到坚硬时。

支架与围岩体系变形量是由直接顶和支架共同分配。

支架工作状态是处于结定变形状态还是处于给定载荷状态，是由直接顶刚度和支架刚度相对变化决定。

当支架处在给定变形工作状态时，支架应具有足够支护强度和可缩量当支架处在给定载荷工作状态时，支架应具有足够稳定性。

工作面回风顺槽与工作面回风顺槽之间煤柱下方工作面顶板好于软弱型顶板但算不了坚硬，采空区下方顶板属于软弱破碎顶板。

可以将其看成是似零刚度直接顶，工