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1、应用高水材料复杂条件下沿空留巷新工艺研究成果总结报告应用高水材料复杂条件下沿空留巷新工艺研究成果总结报告一、项目确定的依据1293综放工作面位于 矿业公司一水平九采区，是该采区的最后一个回采工作面。为了应用综采技术回收九采区断层煤柱和采区上山保护煤柱，对1293工作面外部进行了改造。由于采面在回采过程中跨采区运输上山、轨道上山开采，受采面生产系统制约，需在1293改造风巷进行沿空留巷。同时，计划在二水平三采区较薄煤层开采中应用沿空留巷技术，减少二水平地区回采巷道的准备工程量，降低支护成本。为了积累相关方面的经验，需在22201运巷进行沿空留巷技术研究。基于以上两方面的原因，需要与中国矿业大学进
2、行合作，共同完成该项课题。二、成果的性质用途及适用范围应用高水材料复杂条件下沿空留巷新工艺研究成果的性质用途是；通过应用新型高水材料作为沿空留巷的巷旁支撑体，降低沿空留巷成本，拓宽沿空留巷的推广应用范围，实现无煤柱护巷，减少回采工作面巷道准备工程量，提高煤炭资源回收率。成果具有操作方便，支护效果好，支护成本低，适用范围广等优点，具有广泛的推广应用前景。三、施工地区概况（一）、1293风巷地质与生产技术条件1、地质概况1293风巷外延留巷段位于九采下山西侧，左以F16断层为界，下为未开拓区。地表为丘陵，坡地多为梯田，有两条冲溪沟谷，为第四系冰碛物覆盖，基岩无露头，地表无河流及其它永久性水体；夏季
3、降雨沿沟谷排泄，无受保护水体与建筑物。煤层结构简单、较稳定，从外延段煤层揭露情况看，煤层较厚平均4.0m，局部夹0.10.3m炭质泥岩。从邻近钻孔7807看，直接顶板为砂岩粉砂岩互层，厚6.05m，老顶为细砂岩，厚4.45m，直接底为泥岩，厚8.06m，老底为细砂岩，厚2.8m。工作面正常涌水量10m3/h，最大涌水量50m3/h。该面绝对瓦斯涌出量为0.210.3m3/min，无煤尘爆炸危险，无自燃现象。1293工作面位置如图3-1所示。1293外延留巷段长不足200m。工作面倾斜长平均180m。煤层倾角平均24。煤层综合柱状图如图3-2所示。图3-1 1293工作面外延段平面位置示意图2、
4、1293工作面生产技术条件采用ZF240016/24BGA型放顶煤液压支架。采用斜切进刀方式，单向割煤。采煤机型号为MG160/375W型双滚筒采煤机。采面采用SGZ-630/264型中双链刮板输送机装煤。1293工作面主要设备见表1-1。1293风巷采用锚网支护，支护断面如图1-3所示。工作面实行“三、八”制作业，二采一准，每天平均进尺2m，平均采高3.0m（留底板不采）。支护断面图3-3图3-2 煤层综合柱状图（二）、22201运巷地质与生产技术条件1、地质概况22201运巷所在位置地面标高为226260m，工作面标高-75-160m，埋深平均365m。地表为丘陵、坡地、多为梯田，有冲溪沟
5、谷，为第四系冰碛物覆盖，基岩无露头，地表无河流及其它永久性水体，雨季降雨沿沟谷排泄，地面无受保护的水体和建筑物。22201工作面位于二水平二采区里部、上邻原二坑五采区上部采空区、下邻22203面区段回风平巷、左为二采区泄水巷、右为原二坑五采区22515面及F11断层。平面位置如图1-1所示。22201运巷走向长度平均370m。工作面倾斜长度平均150m，煤层倾角12-30，平均19。煤层结构简单,外部煤层较薄为1.2m左右,里部煤层较厚为1.51.84m。该面中部有8625和6876两个钻孔，揭露煤层厚度分别为1.84m和1.76m。直接顶为粉砂岩，厚0-2m，黑色、细腻含较多植物化石；老顶为
6、中砂岩，厚11.85-17.00m，深灰色、石英长石为主，厚层状、坚硬。直接底为泥岩，厚2.06-3.12m，黑色、细腻含较多植物化石；老底为中砂岩，厚7.57-8.20m，浅灰色、坚硬石英长石为主，含泥质团块。煤层综合柱状图如图1-2所示。该面外部为单斜构造，据二采里泄水巷和二坑22513运巷可知，共揭露3条断层，落差H=1.0-1.5m,对工作面影响不大。由于该面位于二坑五采采空区下面，有大量积水，最大涌水量为1.5m3/min，正常涌水量0.25 m3/min。该面绝对瓦斯涌出量为0.01 m3/min，煤尘无爆炸危险，煤无自燃现象。222201工作面生产技术条件22201工作面采用综合
7、机械化回采工艺，主要设备见表1-1。工作面运巷采用锚网支护。其中：顶锚索长7100mm，顶锚杆2150mm；帮锚杆长2300mm，支护断面如图1-3所示。工作面实行“三、八”制作业，二采一准，每天平均进尺3-4m平均采高1.6m。工作面布置形式如图1-4所示。超前支护距离20m。图3-4 22201工作面运巷沿空留巷平面位置示意图图3-5 煤层综合柱状图图3-6巷道支护断面图四、成果所依据的科学原理（一）、充填工艺选择与充填体基本参数确定1、充填工艺1293工作面是九采最下面一个工作面，进行充填体时，充填泵站设置于采区变电所附近，距充填地点最长距离800米左右。22201为二采里首采面，充填泵
8、站设置于泄水巷内，距充填地点最长距离400米左右。双液输送泵选用了镇江江城注浆设备有限公司生产的ZBSB-148-23/6-185煤矿用双液变量注浆泵双液充填泵性能指标 表4-1型号最大流量L/min 压力MPa 输入功率kw 质量kg 备注煤矿用双液变量注浆泵ZBSB-14823/6-185148618.5570江城2、巷旁充填材料巷旁充填材料选择由中国矿业大学研制的ZKD型高水速凝充填材料。表3-2为ZKD型高水速凝充填材料实验室测得的性能指标平均值。高水速凝材料基本性能 表4-2初凝时间/min水泥方孔筛余抗压强度（MPa）2h24h7d28d8308%1.83.54.5788103、巷
9、旁充填体几何参数的确定从充填体强度、稳定性及结合1293及22201工作面具体条件，通过工程类比与现场实践经验确定充填体几何形状与尺寸。工程实践表明，充填体及巷道围岩变形与充填体断面形状等存在较大的联系，数值计算模拟等数理手段从理论上清晰地分析了这一情况。因此，巷旁充填体的形状与几何尺寸主要根据工程类比法来确定。表4-3列出了陶一矿沿空留巷所进行的数值模拟基本规律。表2-3较清楚地说明了充填体断面形状、充填体强度以及充填体稳定性提高措施等因素与沿空留巷效果密切相关。显然，对 矿1293工作面外风巷、22201运巷，这样的规律同样存在。由于 矿1293工作面煤层的倾角比陶一矿12701工作面煤层
10、倾角更大，平均达到了24。充填体断面形状若为矩形（该形状易于操作，方便实施），则可直观看出支护结构受力不好。由此1293区段回风平巷外延段沿空留巷时充填体的断面形状以梯形为好。综合考虑确定充填体有效承载宽度为2500mm可满足要求。经换算可确定出断面形状为梯形时，几何尺寸为宽3000mm。表4-3充填体及围岩变形与充填体几何形状间的关系数值模拟结果充填体断面形状几何尺寸(宽度)/mm充填体强度/MPa有无锚栓充填体平均宽度/mm巷道变形X方向位移宽度/mm高度/mm最大/mm最小/mm矩形27005无590528814501600-600有455068016001440-5216无559061
11、115601450-480有401010371640880-5007无542765815761401-400有392510451642920-4958无520496516501290-370有342316251780515-343梯形200027005无508753516131513-501有426598217801370-4086无480470016301425-420有358013951830790-3917无470974716391401-401有345015121842687-3798无4175108816651250-361有325317201871498-301250032005无
12、497070216601445-467有367714421851893-3216无4322107416851137-383有341516601941620-2907无4115109916841131-370有331119061961480-2518无385814021732885-310有315120332114340-2404、充填体位置确定（1）1293外风巷充填体位置确定根据1293工作面外风巷断面与原巷内支护形式，并考虑对沿空留巷后巷道断面大小的要求，充填体位置确定如图4-1与图4-2所示。图4-1充填体与巷道平面位置示意图图4-2充填体与巷道剖面位置示意图（2）、22201运巷充填体
13、位置确定根据22201工作面运输平巷断面与原巷内支护方式，充填体位置有以下四种组合方式：（1）将充填体全部置于采空区，留原巷道宽度，利于使用，但留巷成本要高（方案一）；（2）将充填体大部分置于采空区，使留巷宽度较大，留巷成本比方案一稍低（方案二）；（3）将充填体大部分置于巷内，小部分留在采空区，可完全满足使用要求，此方案经济合理（方案三），如图3-3图3-4所示；（4）将充填体完全放在巷内，对留巷有利，但留下巷宽较小，不能满足使用要求（方案四）。根据22201工作面运巷的留巷要求，确定将充填体部分置于巷内，部分置于采空区，即方案三。方案三较好地体现沿空留巷的核心与实质，符合沿空留巷的技术特点与
14、要求，能较好地适应沿空留巷时巷道围岩矿压显现规律。(注：图4-3与图4-4为梯形断面充填体的情形。)5、梯形断面充填体情况说明（1）、1293梯形断面充填体情况说明充填体横断面形状有矩形与梯形两种。在1293工作面外风巷，由于煤层倾角较大，矩形断面存在结构不稳的问题，充填体受力也不理想。矩形充填体靠巷道侧上部会受剪切而较快出现破坏，使充填体有效支撑断面减少，不利于充填体整体性能的发挥，如图4-5；而梯形断面则能表现出较好的受力性能，尽管不能完全发挥梯形断面的受力性能，但可以降低矩形断面支护下有效承载面积锐减的不利状况。可见，两种断面形状在同一受力环境下表现出不同的力学性能。因此，图4-3充填体与巷道平面位置示意图（方案三）图4-4充填体与巷道剖面位置示意图（方案三）将1293工作面风巷外延段充填体断面形状定为梯形是合理的，如图4-2所示。（2）、22201梯形断面充填体情况说明从设计角度考虑，充填体横断面形状有矩形与梯形两种。在22201工作面区段运输平巷围岩受力环境下，两种充填体断面形
