井下矸石充填方案

矸石井下充填方案太原东山李家楼煤业有限公司2015年7月1矸石井下充填方案一、矿井基本情况地面位置:东部与枣坪村相邻，南部与杨圈峁相邻，西部有都沟河通过，北部为果园，地面无其他建筑物。二、目前矿井矸石处理方法工作面矸石通过装岩机装入矿车，经调度绞车提升或下放至大巷车场，再利用电机车将矿车拉运至副斜井井底，由地面绞车将矸石车提升至地面，经翻矸机翻到地面。三、矸石井下充填方案参照其他矿井矸石井下充填的经验，结合我矿的实际情况，确定了先在西轨道大巷处沿2#煤层掘进充填巷道，其他作业地点及地面产生的矸石向充填巷进行充填。四、系统布置在充填巷内安设翻矸机、刮板输送机和皮带输送机，解决矸石充填问题，即将1T矿车放入翻矸机，经翻矸机翻入刮板输送机，最后经皮带输送机输送至充填处。为了更经济、更方便，现有两个方案，做一比较：方案一：从西轨道大巷1#贯眼处开口，按160°方位角沿煤层顶板掘进90m后，改向以70°方位角沿煤层顶板掘进303m与措施巷贯通，形成通风系统，然后从回风联络巷以330°方位角沿煤层顶板掘进90m与西轨道大巷贯通，形成1#充填巷，贯通后立即对1#充填巷进行密闭，采用跳掘的方式进行掘进。顺序为1#充填巷—3#充填巷—5#充填巷—7#充填巷—9#充填巷—11#充填巷—2#充填巷—4#充填巷—6#充填巷—8#充填巷—10#充填巷。第一步：开掘第一条巷道，相隔34m煤柱开掘第二条巷道，同时充填第一条巷道；第二步：在34m煤柱中间再掘巷，即两巷之间留15m煤柱，并充填前一条巷道。该方案共有充填巷11条，每条充填巷可充填1620m3矸石（矸石膨胀系数按21.8计算，高度按2.5m计算），这样合计可充填矸石=1620×11=17820m3矸石。掘进每米煤量18.68t，合计掘进煤量25834.4t。充填顺序示意图如图所示。（1）开掘第一条巷道（宽4m）2）相隔34m煤柱开掘第二条巷道，同时充填第一条巷道，在34m煤柱中间再掘巷，即两巷之间留15m煤柱并充填前一条巷道煤体充填巷道已掘巷道优点：1、掘进过程中可以保证隔离煤柱的安全稳定，能确保相邻掘进空间之间距离较大，减小煤柱集中应力影响。2、掘进作业空间与充填作业空间相距较远，两作业互不影响。缺点：1、在掘送回风联络巷时，污风与西轨道大巷的新鲜风流混合进入1201工作面。2、在西轨道大巷开口较多，影响巷道的稳定性。方案二：从联络巷按160°方位角沿煤层顶板掘进46m后，改向以250°方位角沿煤层顶板掘进240m后，改向330°方位角沿煤层顶板掘进111m与西轨道大巷贯通，形成通风系统。退回30m以70°方位角沿煤层顶板掘进200m形成1#充填巷，改向以160°方位角沿煤层顶板掘进76m后与回风联络巷贯通。然后按顺序进行掘进：2#充填巷—3#充填巷—4#充填巷。两条充填巷的煤柱相隔15m，开掘第二条巷道，同时充填第一条巷道。3该方案共有充填巷4条，每条充填巷可充填3600m3矸石（矸石膨胀系数按1.8计算，高度按2.5m计算），这样合计可充填矸石=3600×4=14400m3矸石。掘进每米煤量18.68t，合计掘进煤量23779.64t。优点：1、可以保证西轨道大巷的安全稳定。经研究决定，优先选择第二种方案。五、充填巷掘进及支护方案和参数设计1、充填巷掘进施工工艺：采用综掘（炮掘）的方式，掘进机后部搭接皮带、刮板输送机将煤炭运出。2、所有充填巷道必须坚持“有掘必探，先探后掘”的原则，进行超前钻探，确认安全后，方可掘进。须备足排水设备和备用排水设备，加强排水。3、锚杆布置：巷道顶板选用Φ18×1800mm的螺纹钢锚杆，共5根，间距900mm，排距1000mm，两侧锚杆距煤帮300mm。巷道两帮选用Φ18×1800mm的螺纹钢锚杆，每帮3根，间距800mm，排距1000mm（底板往上1.2m不进行支护，如遇地质构造或压力显现对两帮巷道造成影响的，根据实际情况对该处进行锚网支护）。锚固剂采用Z2360或MSK2360一卷。4、锚索采用直径为Φ17.8mm×5500mm的钢铰线，三花布置，间排距2m，锚固剂采用Z2360或MSK2360两卷。5、顶板及两帮均采用5×1m的菱形网进行铺设，网与网搭接100mm，隔孔用14#铁丝双股扭结两圈半以上。6、在地质破碎带等特殊条件下，巷道支护参数必须改变。如减小排距；改用锚索支护；减小断面；在帮部采用锚索加强支护；必要时，应考虑注浆加固围岩的方法。六、主要生产系统1、运输系统运煤：充填巷掘进面→充填巷→1#贯眼→1201胶带顺槽→煤仓。充填巷掘进面→充填巷→回风联络巷→联络巷→西轨道大巷→措施巷→1201胶带顺槽→煤仓。运矸：地面（井下掘进工作面）→副井→集中轨道大巷→西轨道大巷→回风联络4巷→充填巷→迎头充填。井下掘进工作面→西轨道大巷→回风联络巷→充填巷→迎头充填。2、通风系统1）通风路线西轨道大巷—局部通风机—充填巷—辅助回风巷—措施巷—风井西轨道大巷—局部通风机—联络巷—辅助回风巷—充填巷—联络巷—风井2）通风方式与供风距离巷道掘进均采用压入式通风。3）实际需要风量计算Ⅰ、按瓦斯涌出量计算：min/3006.0/34mkqQCH％式中：Q——充填巷实际需要的风量，m3/min；4CHq——充填巷的瓦斯绝对涌出量，m3/min，取1m3/min；k——充填巷的瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.8。Ⅱ、按二氧化碳涌出量计算：min/4.56732mkqQco式中：Q——充填巷实际需要风量，m3/min；2coq——充填巷平均绝对二氧化碳涌出量，m3/min，取0.04m3/min；k——充填巷因二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数，取0.02。Ⅲ、按人数计算实际需要风量：min/8043mnQ式中：Q——充填巷实际需要风量，m3/min；n——充填巷同时工作的最多人数，取20人。Ⅳ、按最低风速验算：min/150603minmSvQ式中：Q——充填巷的最低风量，m3/min；minv——按充填巷最低风速0.25m/s；S——充填巷的断面积，取12m2。Ⅴ、按有害气体的浓度验算：5%1/掘瓦QP式中：瓦P——瓦斯绝对涌出量，取1m3/min；掘P——充填巷实际需要风量，m3/min。则%1300/1/掘瓦QP按上述条件计算所需风量最大值为300m3/min，因此，经过以上计算比较和各项验算，确定充填巷实际需要风Q=300m3/min即可满足上述要求。校核计算依据的1m3/min绝对瓦斯涌出量为预测报告数值，因此确定局部通风机选型FBDNO8.0/2×55KW，额定吸风量为540-900m3/min。3、供电系统胶机变电所→西轨道大巷→充填巷→充填面迎头。4、排水系统充填巷→回风联络巷→联络巷→风井底水仓。5、照明系统工作地点安设节能照明灯，实现矿井照明。6、安全避险系统根据《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发[2010]23号）、《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范（实行）》（安监总煤装【2011】33号要求，煤矿制定和实施生产技术装备标准，安装矿井监测监控系统、井下人员定位系统、井下紧急避险系统、矿井压风自救系统、矿井供水施救系统和矿井通信联络系统（简称“六大系统”）等井下安全避险技术装备。1）监测监控系统监测监控系统的功能一是“测”，即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等；二是“控”，即根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、执行机构等。根据《中华人民共和国安全生产行业标准》AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范要求，安装、规范传感器的设置，布置工作面井下监测监控系统，当工作面或工作面回风口处瓦斯超限后切断巷道内全部非本安型电器设备的电源及掘进工作面的风、瓦电闭锁开关。2）通信联络6根据相关要求在巷道开口处及距掘进工作面30—50米范围内各安装一部直通地面调度的生产电话，工作面出现任何险情，遇险人员可以及时通过此通信电话和矿调度室或区队值班室取得联系，汇报险情，及时得到救援。通信联络系统型号为KT173；无线通信系统型号为KT135；广播系统型号为KT193。3）人员定位系统采用KJ351无线读卡机实现矿井人员定位，在矿井各个人员出入井口、重点区域出入口、限制区域等地点及巷道分支处均应设置分站，顺巷帮吊挂人员定位系统的感应器，每一位工作人员必须按要求随身携带人员识别卡。工作人员遇到危险时，在读卡器识别范围内，可以及时通过识别卡上的报警功能给井上发出救援请求，救援人员可以通过识别卡快速找到遇险人员地点，对遇险人员进行救援。4）矿井压风自救系统在地面副斜井井口附件设空压机站，站内安装配置了2台螺杆空气压缩机，每台空压机配套一台储气罐，随空压机配套控制设备，带超温、过压等安全保护。压风主管路沿副斜井敷设下井，将压缩空气送至井下，矿井的避灾路线上均敷设压风管路，压风管路上装设压风自救装置。5）矿井供水施救系统供水施救系统与井下防尘消防系统合并设置，供水施救系统附设在井下防尘消防系统中，井下主要运输大巷、采掘工作面每隔50m设一个支管和阀门，用于供水施救。6）井下紧急避险系统根据相关要求规定，在距离主副斜井井底900m处施工永久避难硐室一个。永久避难硐室内部安装有专用的传感器，可以对硐室内的C0、C02、CH4、HS等有毒有害气体以及空气的温度实时监测，并通过矿井监测监控分站传输到地面应急救援指挥中心。七、巷道充填1、在巷道矸石充填过程中，难以将自然堆积的矸石压实，使得矸石块体之间的空隙无法消除，密实度欠佳。因此，应采取注浆措施提高松散矸石的密实性与整体性，使得充填体对两帮具有一定的挤压作用，增强充填体与煤柱对上覆岩层的承载力，此外，实施注浆还可起到密闭充填体、防止其风化腐蚀的作用。72、在对充填巷充填一段时间后（充填高度不得大于2.5m），需利用灌浆材料灌注，将松散的矸石凝聚成一个整体，同时在一定的时间内，需部将上尚未充填的剩余空间充满，达到既可以支撑两帮，又可以支撑顶板的目的。因此，灌浆材料必须具有以下特点：①呈液体状，良好的流动性；②胶结性好、具有一定强度；③具有一定的膨胀性。3、为了达到以上要求，结合我矿实际情况，选用膏体材料进行充填，可以满足充填巷充填需求。注浆材料主要物料组成为粉煤灰、胶体（水泥）、水。4、为了保证充填巷道矸石充填密实，在充填过程中应做到：（1）在充填迎头，应边充填边洒水，有利于矸石堆集，而且可有效降低抛矸产生的大量粉尘。（2）为了防止充填前巷道变形的影响，应坚持快速掘进、快速充填，减少空顶时间。5、注浆方式：通过轨道将地面粉煤灰等材料装车运到井下，在井下建立注浆站，将粉煤灰、胶体（水泥）、水按照一定的灰水比配置好浆液，利用注浆泵加压，沿巷道通过管路输送到充填巷注浆地点。该充填巷道采用由里向外逐段充填，充填长度为8～10m。当以上阶段工作完成后，在充填的末端砌筑充填墙，并预留充填水袋（消防水袋）和充填预留孔，利用注浆泵进行注浆密实充填。6、注浆设备：利用搅拌机、制浆泵与注浆泵配合，通过管道向采空区输送。7、在巷道掘进过程中，采取预抽瓦斯的方法将瓦斯浓度降低到规定值以下。8、对巷道进行充填时，高度不得大于2.5m，充填后及时对巷道两侧进行封闭，为防止充填巷内瓦斯积聚，在墙体上留设通风口，以便于充填巷内通风，同时在充填巷的回风侧安装瓦斯抽放管路（采用锚杆将角钢固定在顶板上，再使用带绝缘皮的Φ9钢丝绳用绳卡将瓦斯抽放管路固定在顶板上），并吊挂瓦斯传感器，当传感器上瓦斯浓度达到3%时，利用铺设好的瓦斯管路对瓦斯进行抽放，待瓦斯浓度降低到规定值以下时，方可进行其它作业。