九里山煤矿24021工作面运输巷沿空留巷初步方案设计.docx
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九里山煤矿24021工作面运输巷沿空留巷初步方案设计
李卫平
九里山煤矿24021工作面运输巷
沿空留巷初步方案设计
中国矿业大学
焦煤集团公司
九里山煤矿
2010年4月
目录
1现场地质条件3
224021工作面运输巷基本情况4
3巷内加固方案5
4充填工艺流程6
4.1充填材料选择6
4.2充填体位置确定7
4.3充填点及回采面后方临时支护7
4.4充填工艺及准备8
4.5充填设备及摆放位置9
4.6人员配备及劳动组织10
4.6.1人员配备10
4.6.2劳动组织11
4.7充填过程注意事项12
5矿压观测方案13
5.1观察内容13
5.2测站设置14
5.3观测要求15
1现场地质条件
24021工作面是九里山煤矿二水平24采区首采面，地面标高+94m，井下标高-224.7-266.3m。
该工作面上部与马坊泉断层相邻，下部是未开采的24041工作面，西部与井田边界相接，东部紧邻24轨道下山。
可采走向长度为805m，可采倾斜长度为130.5m，工作面位置示意图见图1-1所示。
图1-124021工作面位置示意图
该工作面采用走向长壁倾斜分层综合机械化方法采煤，煤层厚度为4.69.8m，平均6.4m，煤层倾角为11°，硬度f值为1.0左右，为中类低硫无烟煤，开采上分层。
瓦斯平均含量达到8.8m3/t，在准备24021工作面时曾发生2次煤与瓦斯突出。
该工作面伪顶是0.45m厚的灰黑色碳质泥岩，直接顶为粉砂岩，平均厚6.29m，灰黑色，含云母、石英等，基本顶为21.9m厚的细砂岩；直接底平均厚为11.49m的碳质泥岩，老底为0.9m厚的灰黑色石灰岩，煤层顶底板情况见图1-2所示。
序号
顶底板名称
岩石名称
平均厚度（m）
岩性描述
1
基本顶
细砂岩或粉砂岩
21.19
深灰色，含方解石，层面有炭质碎屑，富含云母
2
直接顶
粉砂岩或页岩
6.29
深灰色，含石英、云母，夹有0.4m左右煤线泥岩互层
3
伪顶
碳质泥岩
0.45
灰黑色
4
煤层
煤
6.4
较硬，半亮煤，亮煤较多
5
直接底
碳质泥岩
11.49
深灰色，硅质胶结，含植物化石及去母
6
老底
石灰岩
0.9
灰岩，含方解石脉
图1-224021工作面柱状图
224021工作面运输巷基本情况
24021工作面运输巷为斜矩形断面，净宽×净高=4500mm×3000mm，原采用锚网配合预应力锚索支护。
顶锚杆采用20×2400mm（Q500）高强锚杆，间排距850mm×700mm；帮锚采用20×2400mm（Q335）高强锚杆，间排距800mm×700mm，顶、帮锚杆均采用2支Z2340型树脂锚固剂锚固，锚杆预紧力不小于120Nm，锚杆托盘采用10mm厚的钢板，其规格150mm×150mm×10mm，用钢筋梯子梁和金属网护顶支护，采用M型钢带、钢筋梯子梁、金属网或塑料网护帮。
锚索排距2800mm，每排3根，中间一根打在中线处，另外两根分别位于中线左右各1500mm，锚索挂16号槽钢梁，槽钢梁长600mm（沿中线方向布置）；垫板用10mm厚的钢板，规格为100mm×200mm×10mm；槽钢梁与垫板之间加木质垫板，规格150mm×120mm×50mm。
为了做好该巷道的沿空留巷的准备工作，在2010年1月和2月份期间，又专门在顶板上补打锚索，具体规格：
锚索采用∅17.8×10000mm的钢绞线，在原锚索之间补打，使每排锚索距离不大于2000m，分三列，中线一列，距上下帮800mm各一列。
锚索梁使用11#工钢加工而成，长度600m，锚杆支护与锚索加固示意图如图2-1所示。
图2-1锚杆支护与锚索加固示意图
3巷内加固方案
原支护形式主要采用锚网索支护，部分顶板破碎段在锚网支护的基础上采用工字钢对棚支护。
通过井下观察，由于是高瓦斯矿井，两帮钻孔抽放瓦斯，围岩破碎、移近量大，造成部分锚杆托盘不贴帮、支护失效，采用的塑料网强度低，不能适应沿空留巷围岩剧烈变形的要求，钢筋梯子梁宽度过大、M型钢带承载能力低，在已进行顶板锚索加固的基础上，必须对巷道下帮进行加固。
具体加固方案为：
在原有支护的基础上，每两排锚杆中间补打一排锚杆，每排4根，锚杆采用Φ20×2400mm（Q335）高强锚杆，每根锚杆均采用两支锚固剂锚固，孔底一支锚固剂型号为MSCK2360，另一支MSSZ2360锚固剂作加长锚固，铺设φ14mm圆钢焊制的钢筋梯子梁和菱形金属网挂网支护。
其加固下帮示意图见图3-1所示，帮梯子梁加工图见图3-2所示。
图3-1下帮锚杆加固示意图
图3-2帮梯子梁加工图
4充填工艺流程
4.1充填材料选择
该工作面沿空留巷巷旁充填采用中国矿业大学研制的ZKD型高水速凝充填材料。
该材料由甲料、乙料两种组分构成。
甲、乙料以重量比1:
1配合使用。
其中甲料是以硫铝酸盐水泥熟料为基材，与悬浮剂及少量超缓凝剂混磨而成，乙料是由石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂等混磨而成。
高水速凝材料出厂后分为甲料和乙料两部分，要求甲料和乙料两部分必须等液进浆，混合均匀，其强度才能达到最大。
ZKD型高水速凝充填材料性能可根据具体条件进行配制与调整。
ZKD高水速凝材料净浆单轴抗压强度见表4-1所示。
表4-1ZKD高水速凝材料净浆单轴抗压强度
编号
水灰比
胶结料用量
/kg.m-1
水用量
/kg.m-1
胶凝时间
/min
单轴抗压强度/MPa
2h
24h
7d
28d
1
0.8
873
698
7
14.40
19.0
21.32
22.55
2
1.0
744
744
8
10.2
15.8
17.90
19.10
3
1.2
647
776
8
8.40
14.0
15.22
16.97
4
1.5
542
813
10
4.48
9.14
10.36
11.51
5
2.0
426
850
12
3.33
6.26
7.92
8.70
6
2.25
385
866
14
2.42
4.74
6.19
7.08
7
2.5
352
880
16
2.05
3.97
5.08
5.44
根据该工作面上覆岩层结构特点及井下施工条件，选用袋装净浆材料，水灰比确定为1.5~1.7：
1进行充填。
4.2充填体位置确定
根据该工作面运输巷断面与原巷内支护方式，充填体位置选择在运输巷老塘侧1、2架的后方，充填体宽度初步确定为3m，高度为采高3m，一次充填长度为1天工作面推进的长度，1天充填1次。
为了保证巷道断面，将充填体全部置于采空区，充填体与巷道平面位置示意图见图4-1所示。
图4-1充填体与巷道平面位置示意图
4.3充填点及回采面后方临时支护
在端头支架前移后及时对裸露顶板进行支护，防止顶板冒落。
根据顶板稳定情况确定是否需要在充填袋内打上点柱。
此外，在充填体采空区侧架设长约34m的4排间距为600mm的走向金属铰接顶梁抬棚。
为保证巷旁充填工作安全顺利的进行，减轻工作面采动时支承压力对后方巷道的影响，确保留巷达到较好效果，在对巷旁充填作业点进行可靠支护，形成安全工作空间的同时，还需对工作面后方巷内进行临时加强支护。
工作面前方临时加强支护措施：
在工作面前方35m范围内架设两道走向梁，一道靠转载机上帮侧，另一道靠转载机下帮侧。
24021工作面回采后，该巷保留作为下一个工作面巷道使用，24021工作面回采及留巷期间，顶板活动强烈。
大量观测结果表明，顶板活动强烈的范围在工作面后方100m范围内，因此，24021工作面后方100m范围内需要采用单体液压支柱加强支护。
根据24021工作面生产地质条件，初步确定工作面后方单体液压支柱加强支护参数为：
单体液压支柱配铰接顶梁，柱距为1.0m，排距为1.0m，每排打4排单体液压支柱支护，充填体四周单体液压支柱配铰接顶梁加强支护见图4-1所示。
4.4充填工艺及准备
1）高水速凝材料巷旁充填工艺
高水材料巷旁充填布置包括充填泵站与充填点两部分。
其基本工艺流程如图4-2所示。
图4-2工作面巷旁充填工艺流程图
2）泵站准备
①卸料与检修。
卸料工将当天所需甲料、乙料材料从矿车中搬运到各自的存放处，避免混放。
检修工检修充填泵、开关、搅拌桶以及通讯线路等内容。
②充填泵站拌料。
甲、乙料分别在1#、2#搅拌桶和3#、4#搅拌桶中搅拌，5#、6#搅拌桶为备用。
当1#、3#搅拌桶给充填泵供料浆时，2#、4#搅拌桶加水、上料准备搅拌。
③充填点准备与充填
充填班为工作面检修班，根据巷道已经构筑好的充填体快速定位好充填空间位置，并对充填空间区域顶板进行支护（根据顶板完整情况确定是否架设临时支护），满足安全要求。
随后进行清理浮煤与吊挂充填袋等工作。
同时拆下已凝固好的充填体横头钢筋网，将适宜的充填袋放入钢筋网内，联接好钢筋网，穿上对拉钢筋（见图4-3所示），打牢单体液压支柱，背实钢筋网。
图4-3充填体加固示意图
当这些工作完成后，有专人进行全面检查，合格后发信号与充填泵站工作人员联系，开始启泵。
充填点人员观察出料口流出均匀甲、乙混合料浆后，将混合管插入充填袋内进行正式充填。
在充填过程中，应巡回检查充填袋周边情况，发现问题及时处理。
需要指出，当充填体快要接顶时，应密切观察情况，尽可能地使充填袋接顶密实，不留缝隙。
一旦接顶成功，应立即将注浆管从充填袋内拿出（并立即给信号停止注浆），并用绳将充填口捆扎结实，防止浆液外溢。
同时，充填站工作人员应迅速将安放于甲乙料混浆管尾段的清水阀打开，冲洗混浆管，以免其被堵塞。
如果此时充填工作已经结束，则应通知泵站，开打清水，清洗管路。
3）需准备工具
防尘口罩10个、胶皮手套10个、小刀（划水泥袋）2把、卷尺2个、通讯器材（拌料点、充填点各一部）、管钳2把、扳手等工具。
4.5充填设备及摆放位置
沿空留巷的充填设备主要包括：
煤矿用双液注浆泵（2ZBSB8~1.1/6-22型）、搅拌桶（JB-1000）及充填料。
由于井下空间条件限制及充填料用量大，充填设备及充填料摆放要尽量节约空间，不影响采面其它工种施工，原则上充填设备在井下的摆放位置见图4-4所示，具体摆放位置与矿方共同确定。
图4-4充填设备在井下的摆放方式
4.6人员配备及劳动组织
4.6.1人员配备
必须设置沿空留巷的班组成员共计10人（包括机电工2名负责泵、搅拌桶的操作及维护、保养，另外8人负责泵站及充填点的工作）。
机电工：
负责搅拌桶、注浆泵的开启及设备维护、操作，管路检修等工作、吸浆管在两个搅拌桶之间的切换，充填期间浆液生产站与充填点的通讯联络。
钢筋网架设工：
负责充填钢筋网的架设、充填袋的安放、钢筋网内对拉钢筋固定。
运料工：
负责将高水速凝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的水等工作。
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的通讯联系、充填袋堵漏等工作。
支护工：
负责充填体周边顶板维护、工作面后方、充填钢筋网两侧单体支柱的架设，充填钢筋网内侧木点柱的安设等工作。
清洗工：
负责充填前、充填后搅拌桶、注浆泵的清洗工作。
说明：
充填开始前除两名机电工检修充填设备、充填管路外，其余人员全部到工作面后方充填点进行钢筋网架设、充填袋安放、钢筋网联结、支护等工作，开始充填后，充填点需要留2个人观测、处理充填点的事情，其他人到泵站上料、卸料等。
4.6.2劳动组织
预计沿空留巷后工作面推进长度不会超过4m/d，一天充填一次，每天充填长度3~4m，具体充填长度由工作面推进长度决定。
充填工作主要有泵站附近的工作和充填点的工作。
泵站附近工作主要有：
1）准备高水速凝材料。
2）充填泵及6个搅拌桶的维护、保养。
3）检查清水供给情况。
4）试运转充填泵、搅拌桶，用清水试验整套充填系统。
5）钢筋网架设完毕后，分别搅拌甲料、乙料，泵送。
6）清洗工作，泵送结束或暂停较长时间，清洗系统。
充填点的工作主要有：
7）充填点附近的清理。
8）架设钢筋网；充填点附近的顶板支护。
9）充填过程中的堵塞防漏。
10）接顶工作。
11）充满、接顶后，关闭阀门、将剩余浆液充填到采空区。
12）清洗阀门及三通等。
充填作业安排见图4-5。
序号
工作
时间/分钟
时间安排
主要工作内容
2h
4h
6h
8h
1
准备
20
交接班
设备维护、试运行
20
充填泵、搅拌桶的运行、保养，水管、充填管的畅通等
充填点支护、吊挂充填袋
140
清理充填点浮煤、架设钢筋网、支护充填点顶板
2
充填
280
上料、搅拌、泵送，巡视、堵漏，充满、接顶后关闭阀门、将剩余浆液冲入采空区
3
清洗
20
清洗充填泵、搅拌桶、管路、阀门及三通等
图4-5充填作业图
人员安排见表4-1。
表4-1充填人员安排表
序号
工种
人员数量
主要工作内容
1
班长
1
组织、协调全部充填工作
2
机电工
2
充填泵、搅拌桶的运行、保养，水管、充填管的畅通、清洗等
3
吊挂充填袋、上料
5
先在充填点进行清理、架设钢筋网、支护充填点顶板，完成后到泵站上料
4
巡视、堵漏
2
先在充填点进行清理、架设钢筋网、支护顶板，充填时巡视、堵漏，充满、接顶后关闭阀门、将剩余浆液冲入采空区，清洗管路、阀门及三通等
合计
10
4.7充填过程注意事项
在严格按照要求进行施工，在充填过程中还应注意以下事项：
1）若出现电气或设备故障时，充填点人员应立即将混合管从混合器上取下，用高压清水进行冲洗，防止混合管堵塞；
2）泵站人员应观察甲、乙料的吸入情况，看出浆是否一致，出现异常应立即进行处置；
3）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；
4）加强泵站与充填点的联系十分重要，及时通报相互间存在的问题以及解决的方法途径，确保充填工序连续进行。
5矿压观测方案
5.1观察内容
为了观测24021运输巷在本工作面采动影响期间、留巷期间和二次采动影响期间的围岩活动规律，考察锚杆支护巷道围岩变形和充填体的变形，研究支护参数的合理性，在沿空留巷过程中设置相应的测站，对围岩表面位移、围岩深部位移、顶板离层状况、锚杆载荷、充填体载荷及纵横向变形进行观测。
主要巷道矿压监测内容、目的仪器及数量见表5-1所示。
表5-1监测内容、目的、仪器及数量
序号
观测内容
观测目的
仪器
数量
1
巷道表面位移
监测巷道相对变形量，判定巷道围岩稳定性
测杆或钢卷尺
1个
2
深部围岩位移充填体横向变形
观测发生位移的围岩范围，调整充填体宽度和水灰比
深基点位移计
15套
3
顶板离层
监测顶板稳定状况
离层指示仪
1套/40m
4
锚杆载荷
监测帮锚杆受力状况
液压枕
15个
5
充填体载荷
监测充填体的受力状况
充填体液压枕
5个
6
锚固力
检查锚杆锚固情况
拉拔计
1台
5.2测站设置
（1）巷道表面位移测站：
沿空留巷开始前30m设置第一测站，以后每隔30m设1个测站，在每个断面的下帮和充填体顶、底板和两帮的中部各布置1个测点，观测顶底板和两帮相对移近量和移近速度，测点设置见图5-1。
观测方法：
用测枪、测杆或钢卷尺进行量测。
图5-1表面位移测点设置
（2）深部围岩位移测站：
沿空留巷开始20m设置第一个测站，以后隔30m再设1个测站，共设置2～3个测站，每个测站1个测面，在每个测站顶板中部和实煤体帮中部钻直径28mm的孔，每孔各安设一个深基点位移计，钻孔深度6.0m。
（3）顶板离层监测：
每隔40~50m在顶板中部安设一个离层指示仪，监测顶板锚固区内和锚固区外的离层量。
观测方法：
直接读取离层指示仪数据。
（4）锚杆载荷：
沿空留巷开始20m设置第一个测站，以后隔30m左右再设1个测站，共设置3～4个测站，每个测站1个测面，实煤体帮和充填体帮采用锚杆液压枕观测。
锚杆载荷测站布置见图5-2，图中1~4为帮锚杆液压枕编号。
图5-2锚杆载荷测站布置图
（5）充填体横向变形：
沿空留巷开始20m设置第一个测站，以后隔30m左右再设1个测站，共设置5～6个测站，每个测站设1个测孔，安设一个深基点位移计。
（6）充填体载荷：
沿空留巷开始30m设置第一个测站，以后隔30m左右再设1个测站，共设置4～5个测站。
（7）锚杆锚固力：
每300根锚杆为1组，每组测6根，顶板3根、两帮共3根，用拉拔计拉拔锚杆。
5.3观测要求
在测站设置2个星期内每天观测一次，2～4个星期每周观测2～3次，变形稳定后，一个月观测一次。
在测站受到工作面采动影响期间，每星期观测2~3次。
每次观测除了记录上述内容外，还要记录观测时间、最新测站与工作面的距离，采动影响期间还要记录观测时间、回采面与测站的距离。
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