【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 及其布局圖。圖51 矸石充填刮板輸送機(jī)布局圖圖52 矸石充填刮板輸送機(jī)割煤和充填是同步進(jìn)行平行作業(yè)的，其流程是：工作面每割完一排，支架前移后溜后移，到達(dá)預(yù)定位置后，開(kāi)始從機(jī)尾向機(jī)頭充填，整個(gè)工作面同時(shí)打開(kāi)三個(gè)投料口，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)投料口充滿后關(guān)閉搗實(shí)后依次往第二、第三個(gè)投料口投料搗實(shí)，依次類推。當(dāng)一排全部充滿并搗實(shí)后，停止第一輪充填，然后將后溜前移動(dòng)一個(gè)步距，由搗實(shí)機(jī)構(gòu)把碴推到指定位置接頂，全部搗實(shí)后，再進(jìn)行下一循環(huán)。如圖53所示。圖53 采空區(qū)矸石充填示意圖（2）矸石運(yùn)輸及充填系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)① 井上矸石供應(yīng)系統(tǒng)及投料井井上矸石供應(yīng)系統(tǒng)如圖54所示。a、投料井的結(jié)構(gòu)：投料井采用垂直立井，投料孔直徑為Φ1000mm，深度為135m，設(shè)計(jì)相同規(guī)格的兩個(gè)，其中一個(gè)備用。并設(shè)一個(gè)Φ325的通風(fēng)孔。b、井筒鋼管結(jié)構(gòu)：采用Φ1000mm12mm的無(wú)縫鋼管，鋼管與鉆孔之間孔隙用200水泥砂漿灌注，一方面固定鋼管，另一方面防止地下水進(jìn)入管內(nèi)。c、緩沖裝置：投料井底設(shè)一機(jī)械式緩沖裝置，通過(guò)彈簧減緩沖擊，經(jīng)刮板輸送機(jī)將矸石送上皮帶輸送機(jī)。圖54 井上矸石運(yùn)輸系統(tǒng)② 井下矸石運(yùn)輸方案運(yùn)輸路線：投料倉(cāng)→投料運(yùn)輸巷→工作面回風(fēng)順槽→充填工作面。運(yùn)輸設(shè)備：井下運(yùn)輸巷采用四部SD800膠帶輸送機(jī)，其中順槽中采用中間輪驅(qū)動(dòng)的可伸縮膠帶輸送機(jī)，將矸石直接運(yùn)上液壓支架尾梁下的充填刮板輸送機(jī)。如圖5圖56所示。③ 井下掘進(jìn)矸石運(yùn)輸方案充填矸石由各采區(qū)掘進(jìn)工作面通過(guò)礦車(chē)運(yùn)輸至南一采區(qū)運(yùn)矸車(chē)場(chǎng)，經(jīng)翻車(chē)機(jī)卸載→運(yùn)矸刮板輸送機(jī)→破碎機(jī)→矸石倉(cāng)→矸石運(yùn)輸膠帶輸送機(jī)→轉(zhuǎn)載工作面回風(fēng)順槽膠帶輸送機(jī)→1011工作面架后矸石充填刮板輸送機(jī)→采空區(qū)。④ 充填工作面的矸石運(yùn)輸及充填運(yùn)輸設(shè)備：充填刮板輸送機(jī)，采用經(jīng)過(guò)改裝的SGB730/200型刮板輸送機(jī)。運(yùn)輸方式：充填刮板輸送機(jī)懸掛在支架尾梁下，通過(guò)槽板上的漏矸孔將矸石落下。壓緊方式：當(dāng)矸石堆積到一定高度后，下刮板可對(duì)矸石進(jìn)行鋪平，在反作用力下將溜槽抬起，并通過(guò)支架后方的液壓鏟板將矸石推滿采空區(qū)，并進(jìn)行夯實(shí)。圖55 井下矸石運(yùn)輸系統(tǒng)圖56 順槽矸石運(yùn)輸系統(tǒng)（3）項(xiàng)目主要工程量CT10CT102充填開(kāi)采工作面巷道開(kāi)拓、充填鉆孔等施工工程量2630米，主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表52。（三）項(xiàng)目實(shí)施年限2011年～2015年；分期開(kāi)展，其中CT101工作面2011年～2012年，CT103工作面2012年～2014年，CT102工作面2014年～2015年。（四）項(xiàng)目負(fù)責(zé)部門(mén)項(xiàng)目的承擔(dān)單位為皖北煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司礦。（五）投資金額礦含水層下矸石充填開(kāi)采試驗(yàn)研究經(jīng)費(fèi)概算（不包括工程費(fèi)用），；設(shè)備購(gòu)置安裝900萬(wàn)元，其中部分設(shè)備可重復(fù)使用；其他費(fèi)用100萬(wàn)元。（六）預(yù)期效益經(jīng)濟(jì)效益：CT10CT10CT102工作面通過(guò)充填開(kāi)采后，合計(jì)可多回采煤炭資源65萬(wàn)噸，10煤層常規(guī)綜采的噸煤成本為323元，噸煤銷售價(jià)格為650元；預(yù)計(jì)CT103工作面采用綜采矸石充填技術(shù)比常規(guī)綜采需增加噸煤成本約130元/t。由此可以估計(jì)。社會(huì)、環(huán)境效益：矸石充填開(kāi)采避免了矸石對(duì)地表生態(tài)環(huán)境的破壞，減少矸石地面排放和堆積對(duì)耕地的侵占，消除矸石自燃對(duì)環(huán)境的污染和破壞；同時(shí)矸石充填能夠大幅度減輕地表塌陷，保護(hù)地面建筑物和農(nóng)田，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)資源開(kāi)采和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。在我國(guó)矸石充填已經(jīng)獲得成功應(yīng)用，但類似礦這種含水層下長(zhǎng)壁矸石充填開(kāi)采技術(shù)實(shí)踐仍屬首次。本項(xiàng)目的實(shí)施為解決這一科學(xué)問(wèn)題奠定了技術(shù)和實(shí)踐基礎(chǔ)，具有重要的推廣意義。二、資源綜合利用類工程Ⅱ（一）工程名稱西翼中煤組瓦斯抽采及綜合治理工程（二）工程內(nèi)容背景介紹礦礦井煤層自上而下有77882及10煤層，礦井西翼中煤組煤層為7882煤層，可采儲(chǔ)量約400萬(wàn)噸。根據(jù)《礦西翼采區(qū)開(kāi)拓區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)報(bào)告》，分煤層預(yù)測(cè)結(jié)果如下：710煤無(wú)突出危險(xiǎn)性，7882煤具有突出危險(xiǎn)性。另外根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室鑒定781煤層為突出煤層，82煤層距離81煤層較近，平均只有7m，82煤層按突出煤層管理。目前，礦井西翼采區(qū)10煤層正在開(kāi)拓中，中組煤層瓦斯含量高，打鉆存在噴孔、夾鉆等突出預(yù)兆，具有突出危險(xiǎn)。三條下山已經(jīng)揭過(guò)中組煤7882煤層，、?！笆濉逼陂g礦井西翼采區(qū)只開(kāi)采10煤層不涉及中組煤層的開(kāi)采，10煤層作為遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開(kāi)采，需要考慮中組煤層卸壓瓦斯抽采及利用。瓦斯治理實(shí)施方案（1）遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開(kāi)采瓦斯治理方案礦井主采煤層7882賦存及中組煤層瓦斯含量高，具有突出危險(xiǎn)；下組煤10煤賦存穩(wěn)定，目前開(kāi)采南一采區(qū)范圍無(wú)突出危險(xiǎn)；南二及西翼采區(qū)預(yù)計(jì)突出危險(xiǎn)小。從接替及瓦斯治理綜合分析，通過(guò)開(kāi)采下組煤10煤來(lái)保護(hù)中組煤為最佳方案。有10煤的區(qū)域，優(yōu)先開(kāi)采10煤層對(duì)中組煤進(jìn)行保護(hù)，然后開(kāi)采72煤對(duì)882煤層進(jìn)行保護(hù)，并對(duì)遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開(kāi)采采區(qū)巷道布置、開(kāi)采方法及瓦斯治理工程進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。① 遠(yuǎn)距離穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯礦井開(kāi)采10煤層作為下保護(hù)層時(shí)，通過(guò)底抽巷及穿層鉆孔抽采遠(yuǎn)距離被保護(hù)層卸壓瓦斯，消除被保護(hù)層的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，為被保護(hù)層的安全采掘創(chuàng)造條件，見(jiàn)圖51。圖51 巖層移動(dòng)及穿層鉆孔抽采瓦斯原理圖② 地面鉆井抽采采動(dòng)區(qū)卸壓瓦斯～，煤系地層無(wú)較大的含水層，有較理想的施工地面鉆井的條件。地面鉆井抽采瓦斯方法原理是在被保護(hù)層工作面對(duì)應(yīng)的地面施工一大直徑鉆孔，鉆孔穿透被保護(hù)層，在保護(hù)層開(kāi)采過(guò)后，被保護(hù)層煤層瓦斯得到卸壓，在地面直接抽采被保護(hù)層的卸壓瓦斯，降低瓦斯含量，消除突出危險(xiǎn)。地面鉆井抽采采動(dòng)卸壓區(qū)瓦斯，見(jiàn)圖52示。圖52 地面鉆井抽采被保護(hù)層采動(dòng)卸壓瓦斯示意圖地面鉆孔布置在沿煤層傾斜方向距保護(hù)層工作面回風(fēng)巷50m左右的位置，在傾向上只需布置一個(gè)鉆孔。鉆孔的有效抽采半徑在考察之前按200m計(jì)算，根據(jù)工作面的走向長(zhǎng)度確定被保護(hù)層工作面所需的地面鉆井?dāng)?shù)量。③ 未保護(hù)區(qū)及煤柱影響區(qū)兩級(jí)“四位一體”綜合防突技術(shù)礦井通過(guò)遠(yuǎn)距離下保護(hù)層10煤層開(kāi)采保護(hù)7882煤層，對(duì)于保護(hù)區(qū)域利用地面鉆孔與穿層鉆孔消除保護(hù)區(qū)域的突出危險(xiǎn)，對(duì)于未保護(hù)區(qū)域采用工作面順層鉆孔消除其突出危險(xiǎn)，對(duì)于特殊未保護(hù)與煤柱影響區(qū)域采用條帶順層鉆孔消除其條帶的突出危險(xiǎn)。則未保護(hù)區(qū)域工作面順層鉆孔瓦斯抽采設(shè)計(jì)方案平面見(jiàn)圖53，特殊未保護(hù)與煤柱影響區(qū)域煤巷條帶順層鉆孔瓦斯抽采設(shè)計(jì)方案平、剖面見(jiàn)圖54。圖53 被保護(hù)層工作面未保護(hù)區(qū)域順層鉆孔瓦斯抽采設(shè)計(jì)方案示意圖—平面圖b—剖面圖圖54 未保護(hù)區(qū)順層鉆孔煤巷條帶瓦斯抽采設(shè)計(jì)方案平、剖面示意圖瓦斯治理專題研究針對(duì)礦井開(kāi)采遠(yuǎn)距離下保護(hù)層10煤，中組煤聯(lián)合開(kāi)采治理中存在的技術(shù)問(wèn)題，必須加強(qiáng)科研工作，不斷完善礦井瓦斯治理方案，形成適合礦井的瓦斯治理技術(shù)體系。（1）遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開(kāi)采瓦斯綜合治理技術(shù)礦10煤層位于中組煤7890、80m，相對(duì)層間距（平均層間距與保護(hù)層采高之比）為27m、21m，屬遠(yuǎn)距離下保護(hù)層，煤層之間巖性為砂巖、砂泥巖互層、粉砂巖、泥巖，該條件下保護(hù)效果與參數(shù)、首采10保護(hù)層工作面瓦斯涌出及被保護(hù)72煤層瓦斯抽采方法與合理時(shí)空參數(shù)等諸多問(wèn)題，有待系統(tǒng)、深入研究。① 中組煤被保護(hù)范圍7882煤層瓦斯基本參數(shù)測(cè)定；② 開(kāi)采遠(yuǎn)距離下保護(hù)層10煤層時(shí)，被保護(hù)層中組煤瓦斯治理方案；③ 10煤頂板抽采巷道合理層位確定；④ 中組煤卸壓瓦斯抽采鉆孔合理時(shí)空參數(shù)的確定；⑤ 地面鉆井抽采采動(dòng)卸壓區(qū)瓦斯可行性論證；⑥ 試驗(yàn)考察保護(hù)層開(kāi)采結(jié)合瓦斯抽采72煤的保護(hù)效果與參數(shù)；⑦ 保護(hù)層開(kāi)采煤柱影響區(qū)被保護(hù)層突出治理方案研究與試驗(yàn)。（2）地面鉆井抽采采動(dòng)卸壓區(qū)瓦斯治理技術(shù)地面鉆井采動(dòng)卸壓抽采是美國(guó)瓦斯抽采技術(shù)中應(yīng)用最為成功的方法之一，在澳大利亞的許多礦井應(yīng)用；近年來(lái)我國(guó)鐵法、淮北、淮南也都成功地對(duì)該方法進(jìn)行了應(yīng)用。該方法通常是從地面向開(kāi)采層上方施工直徑為300~450mm的垂直鉆孔，終孔位置一般距開(kāi)采層頂板5~10m，當(dāng)頂板垮落后，即可利用鉆井從具有大量裂隙的冒落帶抽采瓦斯。① 地面鉆井抽采10煤層采動(dòng)卸壓區(qū)瓦斯總體方案；② 地面鉆井位置、直徑、間距、負(fù)壓的設(shè)計(jì)與優(yōu)化；③ 地面鉆井的施工工藝與固井技術(shù)研究；④ 地面鉆井抽采采動(dòng)卸壓區(qū)瓦斯效果考察。（3）煤層瓦斯基本參數(shù)測(cè)定、瓦斯賦存規(guī)律及瓦斯動(dòng)態(tài)預(yù)警礦煤層瓦斯基本參數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較欠缺，應(yīng)對(duì)煤層的瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，在不同采區(qū)、標(biāo)高分別設(shè)點(diǎn)對(duì)不同煤層的瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，分析礦井瓦斯賦存規(guī)律，為礦井瓦斯綜合治理提供基礎(chǔ)。① 選取不同區(qū)域有代表性地點(diǎn)測(cè)定各煤層瓦斯基本參數(shù)；② 分析礦井各瓦斯地質(zhì)單元的瓦斯賦存規(guī)律；③ 繪制礦井瓦斯地質(zhì)圖。（4）石門(mén)快速揭煤綜合技術(shù)針對(duì)礦西翼采區(qū)中組煤層瓦斯壓力高、瓦斯含量大，突出危險(xiǎn)性嚴(yán)重等特點(diǎn)，采區(qū)開(kāi)拓巷道揭穿7882煤層采用石門(mén)揭煤水力化防突措施快速揭穿突出煤層。按照安全工程原理建立了以合理布置巷道與開(kāi)挖工藝、工序?yàn)榛A(chǔ)的“四位一體，五步配套”綜合防治技術(shù)體系。對(duì)于突出煤層，采用如下石門(mén)揭穿煤層綜合防突技術(shù)：① 用2~3項(xiàng)單一局部性復(fù)合防突技術(shù)措施來(lái)高效消除突出危險(xiǎn)；② 為避免或減少打鉆突出危險(xiǎn)性及噴孔事件，采用變徑施工、風(fēng)水聯(lián)合排渣(巖孔段大孔水力排渣、煤孔段小孔風(fēng)力水霧化排渣)工藝；③ 通過(guò)高壓擴(kuò)孔鉆桿沿鉆孔軸向方向運(yùn)動(dòng)形成對(duì)整個(gè)鉆孔的徑向連續(xù)擴(kuò)孔，擴(kuò)大鉆孔直徑，提高鉆孔的抽排瓦斯量和抽排效果。（5）采掘工作面突出預(yù)測(cè)敏感指標(biāo)及其臨界值的研究研究礦井突出煤層采掘工作面敏感指標(biāo)與突出危險(xiǎn)性的明顯相關(guān)性，并能克服測(cè)試誤差顯著區(qū)分突出危險(xiǎn)與非突出危險(xiǎn)。礦井不同煤層的不同區(qū)域，其預(yù)測(cè)指標(biāo)敏感性及其臨界值可能不同。隨著開(kāi)采深度等增加，高地應(yīng)力、高瓦斯及高溫、高強(qiáng)度開(kāi)采等條件與淺部開(kāi)采條件發(fā)生變化，工作面突出預(yù)測(cè)技術(shù)變得更加復(fù)雜，因此，礦井采掘工作面必須針對(duì)不同煤層的瓦斯地質(zhì)構(gòu)造單元、開(kāi)采技術(shù)條件，在充分研究礦井瓦斯地質(zhì)、突出特點(diǎn)及規(guī)律基礎(chǔ)上，通過(guò)專題研究確定不同瓦斯地質(zhì)及開(kāi)采技術(shù)條件下的敏感指標(biāo)臨界值用于指導(dǎo)安全生產(chǎn)。① 分析礦井突出主控因素，總結(jié)、分析礦井突出特點(diǎn)及規(guī)律；② 常規(guī)的鉆孔預(yù)測(cè)指標(biāo)臨界值考察確定；③ 工作面煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（軟分層厚度、煤層破壞類型及其結(jié)構(gòu)指數(shù)等）輔助預(yù)測(cè)指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)考察試驗(yàn)；④ 試驗(yàn)瓦斯動(dòng)態(tài)涌出預(yù)警，利用礦井瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算工作面瓦斯涌出動(dòng)態(tài)指標(biāo)V30，研究其敏感性及其臨界值。（6）開(kāi)采自燃煤層防治自然發(fā)火技術(shù)五溝礦7煤、8煤和10煤均為II類自燃煤層，通過(guò)對(duì)煤層自然發(fā)火機(jī)理研究，為礦煤層自然發(fā)火的預(yù)防和治理提供依據(jù)，研究、試驗(yàn)工藝流程如下：實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)建立數(shù)學(xué)模型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證模型調(diào)查研究影響自然發(fā)火因素設(shè)計(jì)合理的防滅火措施現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施防滅火措施防滅火效果考察補(bǔ)充完善防滅火措施① 煤層自然發(fā)火機(jī)理研究在五溝礦采取煤層煤樣，采用升溫氧化氣體產(chǎn)物測(cè)定法、煤吸氧量吸氧速度測(cè)定法、煤自燃傾向性測(cè)定法、煤樣的物理化學(xué)分析法、硫化礦物測(cè)定法等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，建立數(shù)學(xué)模型及解算方法，提出任樓煤礦煤層自然發(fā)火規(guī)律和建立自然發(fā)火危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法，為礦井煤炭自然發(fā)火的預(yù)防和治理提供依據(jù)。② 采空區(qū)自燃“三帶”研究采用示蹤氣體對(duì)采空區(qū)風(fēng)流流場(chǎng)監(jiān)測(cè)，確定采空區(qū)自燃“三帶”和自然發(fā)火標(biāo)志氣體，并研究工作面推進(jìn)速度、自燃潛伏期之間的關(guān)系。③ 自然發(fā)火防滅火措施通過(guò)對(duì)開(kāi)拓、開(kāi)采方式、煤層開(kāi)采順序等研究，確定適合防治煤層自然發(fā)火的合理開(kāi)采方式和參數(shù)，同時(shí)結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)整，減少采空區(qū)漏風(fēng)。確定適合礦條件有利于自然發(fā)火防治的工作面合理布置參數(shù)和通風(fēng)參數(shù)。研究以黃泥灌漿、凝膠和三相泡沫滅火材料和注氮相結(jié)合的自然發(fā)火綜合防治技術(shù)，研究防滅火密閉快速封閉技術(shù)和防滅火臨時(shí)快速密閉設(shè)備。通過(guò)試驗(yàn)，形成一整套防治自然發(fā)火綜合治理體系，通過(guò)采用煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，合理調(diào)整開(kāi)采順序、井巷布置和通風(fēng)方式，采用灌漿和注氮等措施，消除礦井自然發(fā)火事故。瓦斯治理實(shí)施規(guī)劃“十二五”期間，礦2011年～2015年可采煤層采掘接替情況，根據(jù)不同煤層瓦斯參數(shù)與煤層可抽系數(shù)（～，根據(jù)五溝礦區(qū)煤層透氣性系數(shù)，被保護(hù)層的可抽系數(shù)大于該取值范圍）結(jié)合煤層瓦斯規(guī)劃抽采率計(jì)算出年度回采（保護(hù)）煤層瓦斯地質(zhì)儲(chǔ)量與可采儲(chǔ)量；然后根據(jù)礦井瓦斯規(guī)劃利用率計(jì)算得出礦井分年度瓦斯利用量；計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表55。表55 礦年度采掘（保護(hù)）煤層瓦斯地質(zhì)儲(chǔ)量與可抽儲(chǔ)量項(xiàng) 目2011a2012a2013a2014a2015a瓦斯地質(zhì)儲(chǔ)量（Mm3）00 瓦斯規(guī)劃抽采率（%）00455050瓦斯可抽儲(chǔ)量（Mm3）00瓦斯規(guī)劃利用率（%）00505560瓦斯規(guī)劃利用量（Mm3）00