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的假顶。 高水充填材料水灰比为，能胶结形成强度达到 的固结体。 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的结构特征 及对其稳定的影响。 煤柱下方顶板结构特征及稳定性 煤柱两侧的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的完整性相对差点，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的初撑力等方法来保 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 柱的支撑作用，靠近煤柱附近的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的煤岩体，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的 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的支架初撑 力等方法来确保顶板的稳定性。 瓦斯尾巷下方工作面顶板结构特征及稳定性 位于瓦斯尾巷下方的顶板通过高水充填材料充填后，顶板 稳定性比上分层巷化溶解乙料水化溶解甲料高水速凝材料 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类是在水灰比为的条 件下，充填体只需高水充填材料，凝固后强度达到 以上，主要应用于采空区空巷充填等第二类材料水灰比在 以下，通常在的条件下，充填体只需高水 充填材料，凝固后强度达以上，主要应用于沿空 留巷围岩注浆加固等。 目录 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 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 液压支架工作阻力计算 液压支架工作状态的确定 液压支架工作阻力计算 下部煤层开采辅助技术 下部煤层架前顶板冒落问题及对策 下分层煤层片帮问题及对策 瓦斯管理 充填材料与工艺 高水充填材料简介 充填工艺 充填过程注意事项 人员配备 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传, 准备事项及经济效益核算 需要准备的材料及设备 成本概算 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 组下部的煤层，煤层埋深平均，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， 煤层倾角，容重，煤层中局部夹层泥岩 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，额外配备条专用瓦斯尾巷，形 成通风方式，距工作面回风顺槽距 工作面回风顺槽布置条瓦斯尾巷，供工作 面和工作面排放瓦斯，这两个工作面于年前回采完 毕。目前，已经掘进了下分层工作面回风顺槽和 工作面胶带顺槽，为了提高资源回收率，准备将工作面 回风顺槽和工作面胶带顺槽组合成工作面，其巷 道布置示意图见图所示。 回风顺槽下分层 胶带顺槽下分层孔将直径为左右的塑料管送 到瓦斯尾巷附近，然后采用直径为英寸长度的钢管与直 径为左右的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的管 向管内塞入英寸的钢管 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，充满的标准是充填压力达到，充填量达到后面的预计 量，具体充填工艺见后面详细说明 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 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 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 打个水平长度的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 重复以上步骤，始终保持工作面煤壁前 方的安全循环探测距离。 回风顺 回风顺槽 回风顺槽 工作面上分层 胶 带 上 山 瓦斯尾巷 轨道顺槽 回 风 上 山 轨 道 上 山 图工作面布置示意图 工作面煤层顶底板岩性特征见表所示。 表工作面煤层顶底板特征 顶底 板名 称 岩石名称厚度特征 基本 顶 中粒砂岩深灰色，质地较坚硬，般不易冒 落。 直接 顶 泥岩粉 砂岩 深灰色，开采达定范围后开始冒 落。 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的顺槽随工作面推进 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，如果积聚的大量瓦斯突然释放， 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的难题在下分 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，支架围岩体系的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，支架的工作状态为给 定变形工作状态，即基本顶的给定变形经直接顶全部传 到支架上，因此，顶板的下沉量由基本顶的回转量决定。 当直接顶软弱破碎时，支架与围岩体系的变形量主要由 直接顶来承担，相比之下，可视直接顶的刚度为零。此时，基 本顶的回转变形压力被直接顶的变形所吸收，支架所承受 的载荷为直接顶的重量。支架处在给定载荷工作状态。 当直接顶介于软弱到坚硬时。支架与围岩体系的变形量是由 直接顶和支架共同分配的。 支架的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的相对变化决定的。 当支架处在给定变形工作状态时，支架应具有足够的支护 强度和可缩量当支架处在给定载荷工作状态时，支架应 具有足够的稳定性。 工作面回风顺槽与工作面回风顺槽之间煤柱下 方的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的直接顶， 工作面液压支架的工作状态为给定载荷