專題部分濟(jì)三礦邊角煤煤矸置換工藝研究摘要：我國的煤矸石總堆積已超過30億t，廢棄的煤矸石污染水質(zhì)、空氣，而且還侵占了越來越多的耕地，對(duì)生態(tài)和環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的破壞。同時(shí)，矸石提升也已成為制約礦井生產(chǎn)能力提高的主要因素之一。濟(jì)三煤礦在分析井下矸石來源的基礎(chǔ)上，因地制宜地開發(fā)出井下矸石置換邊角煤炭清潔生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了矸石置換煤炭，同時(shí)解放了礦區(qū)斷層附近邊角煤，保證了煤質(zhì)，達(dá)到了煤炭清潔生產(chǎn)、減少環(huán)境破壞的目的，并有效地解決了礦井提升的緊張局面。關(guān)鍵詞：邊角煤矸石充填系統(tǒng)工藝0.引言目前，我國的煤矸石總堆積已超過30億t，廢棄的煤矸石污染水質(zhì)、空氣，而且還侵占了越來越多的耕地，對(duì)生態(tài)和環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的破壞[1]。同時(shí)，矸石提升也已成為制約礦井生產(chǎn)能力提高的主要因素之一。由于充填采礦法一方面能保證煤炭的正常開采，另一方面能減少地表和環(huán)境的破壞，能夠確保在安全的情況下順利生產(chǎn)，開始在金屬礦山得到應(yīng)用。我國應(yīng)用充填技術(shù)較晚于其它國家，但在近幾年發(fā)展很快。目前，矸石充填，水沙充填、尾砂膠結(jié)充填、膏體泵送充填及高水速凝固化充填技術(shù)己在許多礦山推廣應(yīng)用。近幾年我國的充填工藝已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平[2]。濟(jì)三煤礦在分析井下矸石來源的基礎(chǔ)上，因地制宜地開發(fā)出井下矸石置換邊角煤炭清潔生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了矸石置換煤炭，同時(shí)解放了礦區(qū)斷層附近邊角煤，保證了煤質(zhì)，達(dá)到了煤炭清潔生產(chǎn)、減少環(huán)境破壞的目的，并有效地解決了礦井提升的緊張局面。1充填技術(shù)發(fā)展歷程1.1廢石干式充填干式充填應(yīng)用歷史悠久，在20世紀(jì)50年代以前，以地下采出的矸石和工業(yè)廢料干式回填充填采空區(qū)，減緩地面的下沉。干式充填材料通過天井用礦車或人工運(yùn)到采場進(jìn)行充填。這樣需要大量的勞動(dòng)力，煤炭的采出成本大大的增加，充填的時(shí)間和煤炭采出的周期過長，礦石的貧化程度增加。并且充填時(shí)不能生產(chǎn)，生產(chǎn)時(shí)不能充填，嚴(yán)重影響工作面的推進(jìn)速度。由于干式充填存在著許多問題，隨著充填技術(shù)的發(fā)展，由于廢石干式充填具有效率低、生產(chǎn)能力小和勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)，已不能滿足采礦生產(chǎn)的需要。因此到1963年在采礦界干式充填幾乎不再應(yīng)用，處十淘汰的地位[3]。1.2水砂充填由于干式充填不能滿足采礦的需求，許多專家和研究人員從20世紀(jì)30年代提出了新的充填技術(shù)，即水沙充填。40年代有些礦山開始利用水沙充填技術(shù)進(jìn)行充填。到50年代以后大部分的礦井紛紛采用這項(xiàng)技術(shù)。早在1929-1932年期間，澳大利業(yè)的芒特.萊爾銅礦，贊比業(yè)的穆富利拉銅礦，美國的霍姆斯特克金礦，均有水力充填的記錄。我國是使用水砂充填最早的國家之一，也是煤層開采中用水力充填開采技術(shù)最先進(jìn)的國家之一。到1957年水力充填采煤法的產(chǎn)量已占全國總量的15.6%。70年代以后，由于水力充填開采系統(tǒng)復(fù)雜，成本高等原因。所以，水砂充填采煤的比例明顯下降，到1990年產(chǎn)量僅占1.07%。處于被淘汰的地位[4]。1.3膏體泵送充填傳統(tǒng)的水力充填工藝，當(dāng)充填漿液充填采場后充填體需要脫水。使大量的充填尾砂被水帶走，造成充填材料的流失，使充填體的強(qiáng)度降低，有水帶走的泥砂污染了井下的環(huán)境，影響到了正常的生產(chǎn)。膏體充填提高了漿液的濃度，充填體易于接頂，解決了傳統(tǒng)水力充填不足之處。20世紀(jì)70年代德國格隆德鉛鋅礦首先開發(fā)成功了膏體充填技術(shù)，并在一些金屬礦山應(yīng)用成功。這種新工藝具有抵抗分層和抵抗離析的能力，膏體在輸送管道中停留長時(shí)間不沉淀，并能順利的輸送[5]。加拿大、澳大利業(yè)、南非、美國、、德國、瑞典等國家，都投入大量的人力、物力研究膏體充填技術(shù)，從全球來看，膏體充填技術(shù)是發(fā)展的方向。在我國，金川公司于1991年就建立和鑒定了膏體充填試驗(yàn)系統(tǒng)，正式建成了生產(chǎn)系統(tǒng)，隨后武山銅礦也建成了膏體充填系統(tǒng)。1.4高水速凝充填高水速凝充填是與以往的充填理念完全不同的一種新型充填工藝，它對(duì)充填漿液的濃度要求不高，當(dāng)高水材料遇水后有較強(qiáng)固水能力的特點(diǎn)，并‘能吸附游離的水分子。該工藝20世紀(jì)60年代在英國率先研制成功，起初用于煤礦的巷旁充填支護(hù)。我國在20世紀(jì)80年代初，由中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)孫恒虎教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組發(fā)明了高水固結(jié)充填材料。一些礦山，如招遠(yuǎn)金礦、小鐵山礦、新橋硫鐵礦于80年代末開始進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)研究，取得了突破性進(jìn)展[6]。這種工藝采用高水速凝固結(jié)材料作固化劑，近年來新型高水速凝充填材料研制成功，并在煤礦的沿空留巷應(yīng)用成功。新型高水速凝充填材料由甲、乙兩種組份構(gòu)成，其中甲料以特種水泥熟料為基料，與懸浮劑及復(fù)合超緩凝劑混磨成，乙料1由石灰、石膏、懸浮劑和復(fù)合速凝劑等混磨成。這些材料本身無毒、無害、無腐蝕性。甲、乙兩種料在干燥條件下的保質(zhì)期為5個(gè)月。實(shí)踐證明，新型高水速凝材料的研制成功，必將引起充填開采工藝的重大變革。1.5矸石充填矸石充填采煤技術(shù)是針一對(duì)我國煤礦開采存在的“三下”壓煤問題、煤矸石排放問題和上地資源問題而開發(fā)出來的綠色采煤技術(shù)之一，與傳統(tǒng)矸石充填相比，矸石充填形成機(jī)械化系統(tǒng)，可邊采煤邊充填。矸石充填開采，既可采用綜采方式，也可采用普采方式。在連續(xù)的供矸前提下，綜采矸石充填采煤可以達(dá)到高產(chǎn)高效生產(chǎn)指標(biāo)。普采矸石充填采煤工藝能適應(yīng)各種復(fù)雜的采礦地質(zhì)條件，也具有較廣泛的推廣應(yīng)用前景[7]。2矸石運(yùn)輸與分選2.1矸石的來源煤礦井下生產(chǎn)過程中排放矸石，主要來源于井下巖石巷道、煤倉和溜煤眼的掘進(jìn)以及工作面在推進(jìn)過程中產(chǎn)生的矸石[8]。對(duì)于井下生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的矸石，按照用途和所產(chǎn)生地點(diǎn)的不同，將其按照以下幾類進(jìn)行處理。（1）巖石巷道、煤倉以及溜煤眼等掘進(jìn)過程中所產(chǎn)生的矸石，通過膠帶或者礦車將其運(yùn)至井下矸石處理場進(jìn)行破碎，破碎后的研石在“三下”壓煤區(qū)中實(shí)施巷道矸石充填。在斷層邊角煤壓煤區(qū)建立矸石注漿充填系統(tǒng)矸石充填為主、灌注矸石渣漿為輔的全空間充填方式置換煤炭，如圖1所示。既有效解決了單一拋矸充填帶上方接觸不實(shí)、地表下沉的問題，又通過工作巷道間交替充填，使塊段采出率達(dá)90%以上。圖1矸石充填的邊角煤巷道（2）工作面推進(jìn)過程中產(chǎn)生的研石(主要包括:摻入煤炭中的頂?shù)装鍘r石、煤層夾矸石以及過斷層巖石，通過運(yùn)輸巷中的膠帶隨煤炭一起進(jìn)入井下煤矸分離系統(tǒng)分選后，粒度直徑150mm以上的矸石經(jīng)礦車直接運(yùn)抵充填系統(tǒng)，用于置換“三下”壓煤;粒度直徑150mm以下的矸石，經(jīng)地面洗選分離后，運(yùn)送至井下，作為區(qū)段間沿空掘巷“預(yù)構(gòu)人造墻體”的充填材料，置換出邊角煤柱。2.2矸石的井下分離技術(shù)井下煤與矸石的分離是利用兩者間的力學(xué)性質(zhì)差異實(shí)現(xiàn)的。由于煤炭變質(zhì)程度不同，其力學(xué)指標(biāo)也不相同;而矸石也因來源不同，其巖石特性、物理力學(xué)特征各異。根據(jù)煤與矸石的硬度不同，抗沖擊、破碎的特點(diǎn)不同及其他規(guī)律，在模擬物理分選實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用選擇性分級(jí)破碎設(shè)備將煤炭與矸石進(jìn)行破碎分離，據(jù)此設(shè)計(jì)出井下煤炭分選系統(tǒng)[9]。2.3輔助運(yùn)輸系統(tǒng)輔助運(yùn)輸主要擔(dān)負(fù)采區(qū)材料、設(shè)備的運(yùn)輸，矸石的運(yùn)輸和人員運(yùn)送等運(yùn)輸任務(wù)。輔助運(yùn)輸方式應(yīng)適應(yīng)采區(qū)地質(zhì)條件和巷道布置的需要。輔助運(yùn)輸方式要求系統(tǒng)簡單，安全可靠，設(shè)備和中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)少，有利于減少輔助運(yùn)輸人員，提高運(yùn)輸效率，最大限度地實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。濟(jì)寧三號(hào)煤礦目前以無軌膠輪車運(yùn)輸為主、軌道運(yùn)輸、皮帶排矸為輔的輔助運(yùn)輸方式。無軌膠輪車運(yùn)輸方式在開采初期距離井底車場較近的采區(qū)發(fā)揮了較好的作用：機(jī)動(dòng)靈活、方便快捷，對(duì)采掘工作面的液壓支架及大型設(shè)備的搬遷運(yùn)輸效率高，人員占用少，基本實(shí)現(xiàn)了井下的連續(xù)、快速、高效的運(yùn)輸。但是隨著開采范圍的擴(kuò)大，運(yùn)距加大，巖石巷道的增加，矸石量增大，以及大量的支護(hù)材料和人員運(yùn)輸?shù)葐栴}，無軌膠輪運(yùn)輸方式越來越難以滿足礦井大量的、長距離的輔助運(yùn)輸需要。十八采區(qū)距東區(qū)井底車場較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)地點(diǎn)達(dá)到9km，結(jié)合其地質(zhì)條件及巷道布置等，對(duì)采區(qū)矸石的運(yùn)輸，材料、設(shè)備的運(yùn)輸分別研究。2.4矸石運(yùn)輸矸石的運(yùn)輸是十八采區(qū)輔助運(yùn)輸?shù)碾y點(diǎn)，根據(jù)十八采區(qū)距井底車場較遠(yuǎn)、開拓準(zhǔn)備掘進(jìn)矸石量大的特點(diǎn)，掘進(jìn)矸石的運(yùn)輸及處理提出以下三個(gè)方案：（1）方案一：十八采區(qū)回風(fēng)巷皮帶、北區(qū)回風(fēng)巷皮帶、北部回風(fēng)巷皮帶排矸方案在十八采區(qū)回風(fēng)巷、北區(qū)回風(fēng)巷和北部回風(fēng)巷內(nèi)安裝皮帶，作為掘進(jìn)排矸系統(tǒng)。運(yùn)輸路線為：掘進(jìn)工作面→十八采區(qū)回風(fēng)巷膠帶輸送機(jī)→十八采區(qū)矸石倉（直徑5m，凈高13m，容量約350t）→北區(qū)回風(fēng)巷膠帶輸送機(jī)→北部回風(fēng)巷膠帶輸送機(jī)→井底車場矸石倉轉(zhuǎn)換為礦車→井底車場→副井→地面。膠帶輸送機(jī)均選擇SSJ800/2×75型可伸縮膠帶輸送機(jī)，其中，十八采區(qū)回風(fēng)巷前期安裝一部，北區(qū)回風(fēng)巷長2300m，安裝兩部，北部回風(fēng)巷長2300m，目前已安裝兩部，正在服務(wù)于十二采區(qū)的排矸任務(wù)。井底車場矸石倉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)目前已建成，正常使用。（2）方案二：十八采區(qū)回風(fēng)巷皮帶、十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷皮帶排矸、西部總回風(fēng)巷絞車提升方案該方案運(yùn)輸路線為：掘進(jìn)工作面→十八采區(qū)回風(fēng)巷膠帶輸送機(jī)→十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷膠帶輸送機(jī)→西部總回風(fēng)巷矸石轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為礦車→西部總回風(fēng)巷下山→井底車場→副井→地面。膠帶輸送機(jī)均選擇SSJ800/2×75型可伸縮膠帶輸送機(jī)，其中，十八采區(qū)回風(fēng)巷前期安裝一部，十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷長2370m，安裝兩部。西部總回風(fēng)下山長度為782m，坡度9°，已安裝Φ2m液壓絞車，可基本滿足十八采區(qū)及礦井西部各掘進(jìn)工作面的輔助提升任務(wù)。（3）方案三：井下矸石充填方案為加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，減少矸石升井，減少矸石占地，降低排矸費(fèi)用，緩解濟(jì)三礦輔助運(yùn)輸壓力，十八采區(qū)矸石設(shè)計(jì)利用邊角房柱式開采形成的采空區(qū)進(jìn)行井下充填處理。充填方法及工藝：十八采區(qū)掘進(jìn)矸石經(jīng)采區(qū)回風(fēng)巷皮帶進(jìn)入位于采區(qū)上部的矸石倉（直徑5m，凈高13m，容量約350t），矸石倉下部設(shè)置矸石給料機(jī)控制矸石流量，矸石經(jīng)給料機(jī)，矸石膠帶輸送機(jī)，然后通過充填機(jī)充填到房式（小條帶）開采形成的巷道內(nèi)。具體路線：掘進(jìn)工作面矸石→十八采區(qū)回風(fēng)巷膠帶輸送機(jī)→十八采區(qū)矸石倉→矸石給料機(jī)→矸石膠帶輸送機(jī)→矸石充填機(jī)→充填巷道。充填巷道布置在3下煤層中，充填巷道寬4.5m，高5m（原則沿煤層頂?shù)装宀贾茫瑪嗝?2.5m2，采用錨網(wǎng)支護(hù)，充填巷道間留設(shè)煤柱為5.5m。充填地點(diǎn)選擇：根據(jù)盡量縮短運(yùn)距，就近充填處理的原則，十八采區(qū)矸石充填巷道選擇兩處：一處為北區(qū)回風(fēng)巷以北，163下05皮帶順槽以西，KF59斷層以東的三角形區(qū)域，該處可布置長235～600m充填巷道16條，巷道總長度約9800m（可共充填的巷道9000m），估算可滿足巖石巷道充填6716m（掘進(jìn)斷面17m2，巖石松散系數(shù)取1.6，巷道充填系數(shù)取90％，9000/［17×1.6/(22.5×0.9)］＝6716m。另一處為北區(qū)輔助運(yùn)輸巷以南，六采區(qū)西部輔助運(yùn)輸巷以西，KF59斷層以東狹長區(qū)域，該處可布置長2100m充填巷道2條，充填巷道總長度4200m，估算可滿足巖石巷道充填3134m（掘進(jìn)斷面17m2）。兩處可滿足巖石巷道充填9850m（掘進(jìn)斷面17m2），十八采區(qū)前期開拓巖石巷道為4378m，可滿足十八采區(qū)矸石充填的需要。（4）方案優(yōu)缺點(diǎn)比較：方案一具有巷道已經(jīng)形成，安裝施工工期短，充分利用北部現(xiàn)已安裝使用的兩部排矸皮帶等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)：①十八采區(qū)回風(fēng)巷皮帶（一部）、北區(qū)回風(fēng)巷皮帶（兩部）、北部回風(fēng)巷皮帶（兩部）共需要5部皮帶，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)復(fù)雜，管理難度大。②十六采區(qū)皮帶順槽與北區(qū)回風(fēng)巷多為直交，北區(qū)回風(fēng)巷內(nèi)布置排矸皮帶跨越十分困難。方案二的優(yōu)點(diǎn)是比方案一少兩部皮帶（北區(qū)兩部皮帶），其主要缺點(diǎn)是：①十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷長2370m，該巷道施工及排矸皮帶安裝約需要9個(gè)月，工期長，十八采區(qū)建設(shè)前期難以采用。②增加矸石轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，在西部總回風(fēng)巷建矸石轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，增加繞道、矸石倉等巷道工程量130m。③十八采區(qū)與西部開拓同時(shí)開拓準(zhǔn)備，造成西部總回風(fēng)下山提升能力緊張。方案三的主要優(yōu)點(diǎn)為：①利用國內(nèi)較為成熟的矸石井下充填工藝，系統(tǒng)簡單，安全可靠，充填能力大。②利用井下邊角煤房式或房柱式開采形成的采空區(qū)進(jìn)行矸石充填，提高了資源回收率。③減少了井下矸石運(yùn)輸量和上井提升量，緩解了濟(jì)三礦井下輔助運(yùn)輸緊張狀況，同時(shí)因減少排矸量，降低噸煤成本，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。④減少矸石上井，減少矸石占地，保護(hù)自然環(huán)境。主要缺點(diǎn)：①采區(qū)開拓期間矸石量大，充填巷道量較大。②充填準(zhǔn)備期較長，前期少部分采區(qū)巷道矸石難以實(shí)現(xiàn)井下充填。經(jīng)以上分析比較，方案三矸石井下充填具有減少井下矸石運(yùn)輸量，緩解了濟(jì)三礦井下輔助運(yùn)輸緊張狀況，降低成本，有利于環(huán)保，提高資源回收率等優(yōu)點(diǎn)，確定方案三為主導(dǎo)方案。2.5材料及設(shè)備運(yùn)輸（1）材料、小型設(shè)備運(yùn)輸材料、小型設(shè)備仍然利用無軌膠輪車運(yùn)輸，方便、快捷、靈活。采用880－60D、MK3S型多功能車、W8型多功能車及五十鈴等運(yùn)輸各種材料及設(shè)備。采區(qū)巷道布置滿足無軌膠輪車的運(yùn)行。具體運(yùn)輸路線為：副井井底車場→北部輔助運(yùn)輸巷→北邊輔助運(yùn)輸巷→十八采區(qū)輔助運(yùn)輸巷→采煤及掘進(jìn)工作面。（2）大型設(shè)備運(yùn)輸十八采區(qū)輔助運(yùn)輸巷采取底板硬化和鋪軌并存，同時(shí)滿足無軌膠輪車和礦車運(yùn)行需要，在十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷鋪設(shè)軌道，安裝連續(xù)牽引絞車。大型設(shè)備從井底車場經(jīng)西部總回、十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷、十八采區(qū)輔助運(yùn)輸巷，到達(dá)使用地點(diǎn)。該系統(tǒng)也可承擔(dān)少量矸石等輔助運(yùn)輸任務(wù)。3濟(jì)三煤礦矸石充填系統(tǒng)濟(jì)寧三號(hào)井目前以無軌膠輪車運(yùn)輸為主、軌道運(yùn)輸、皮帶排矸為輔的輔助運(yùn)輸形式。無軌膠輪車運(yùn)輸形式在開采初期距離井底車場較近的一采區(qū)、四采區(qū)發(fā)揮了較好的作用：運(yùn)輸連續(xù)、機(jī)動(dòng)靈活、方便快捷，對(duì)采掘工作面的液壓支架及大型設(shè)備的搬遷運(yùn)輸效率高，人員占用少，基本實(shí)現(xiàn)了井下的連續(xù)、快速、高效的運(yùn)輸。但是隨著開采范圍的擴(kuò)大，運(yùn)距加大，巖石巷道的增加，矸石量增大，以及大量的支護(hù)材料和人員運(yùn)輸?shù)葐栴}，無軌膠輪運(yùn)輸方式越來越難以滿足礦井大量的、長距離的輔助運(yùn)輸需要。特別是大量的矸石運(yùn)輸，十八采區(qū)距東區(qū)井底車場較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)地點(diǎn)達(dá)7km，北區(qū)無軌道系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)有軌系統(tǒng)排矸，北區(qū)安裝皮帶運(yùn)輸矸石，共需要5部皮帶，運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)復(fù)雜，管理難度大，而且十六采區(qū)皮帶順槽與北區(qū)回風(fēng)巷多為直交，北區(qū)回風(fēng)巷內(nèi)布置排矸皮帶跨越十分困難。若利用十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷安裝皮帶排矸，該巷道長2370m，施工及皮帶安裝約需要9個(gè)月，工期長，十八采區(qū)建設(shè)前期難以采用，同時(shí)增加矸石轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，在西部總回風(fēng)巷建矸石轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，增加繞道、矸石倉等巷道工程量130m，在十八采區(qū)與西部開拓同時(shí)開拓準(zhǔn)備，造成西部總回風(fēng)下山提升能力緊張。所以采取井下矸石充填，可有效解決十八采區(qū)的就近井下矸石處理，緩解礦井輔助運(yùn)輸壓力。為解決十八采區(qū)開拓掘進(jìn)矸石排放問題，兼顧回收163下05工作面西側(cè)至KF59斷層邊角煤的資源，開展了斷層邊角煤柱巷采矸石充填技術(shù)研究。3.1矸石充填巷布置（1）充填巷道位置選擇原則①盡量縮短運(yùn)距，就近充填處理的原則。②十八采區(qū)為準(zhǔn)備采區(qū)，矸石量大，所選位置應(yīng)有足夠的充填空間，充填系統(tǒng)服務(wù)時(shí)間較長，充填能力大。③所選位置既可以滿足采區(qū)準(zhǔn)備期間，又可以滿足生產(chǎn)期間的矸石處理，充填運(yùn)輸環(huán)節(jié)少，系統(tǒng)順暢。④布置在較厚的3下煤層中為宜。按照以上原則，巷采矸石充填實(shí)驗(yàn)區(qū)選擇了北區(qū)回風(fēng)巷以北、東以163下05膠順為界，西至SF538和KF59斷層這一區(qū)域，東西長220m，南北長220～590m。（2）煤柱尺寸根據(jù)計(jì)算，考慮已充填巷道的強(qiáng)度影響，充填巷道布置在3下煤層中，充填巷道寬4.5m，高5m（沿煤層頂?shù)装宀贾茫?，斷?2.5m2，采用錨網(wǎng)支護(hù)，充填巷道間留設(shè)煤柱為5.5m。安全系數(shù)為1.42，回采率為45％。（3）充填巷布置根據(jù)實(shí)際揭露的斷層參數(shù)，自1號(hào)矸石充填巷向西至KF59斷層塊段，能夠布置16條矸石充填巷，充填巷布置如圖2所示，總計(jì)長度4016.0m，可滿足巖石巷道掘進(jìn)矸石的充填。該巷道布置的主要優(yōu)點(diǎn)是矸石運(yùn)輸、充填等生產(chǎn)活動(dòng)均在西部和北部矸石膠帶運(yùn)輸巷內(nèi)進(jìn)行，充填巷道的施工在南部的充填施工巷內(nèi)，充填與施工可同時(shí)進(jìn)行，互不影響。3.2迎頭連續(xù)排矸距離北區(qū)回風(fēng)巷以北40m平行布置一條矸石充填聯(lián)絡(luò)巷，矸石倉未形成前，先掘出1＃和9＃矸石充填巷，在矸石充填聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)布置轉(zhuǎn)載皮帶，十八采區(qū)膠帶回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、十八采區(qū)回風(fēng)巷、矸石倉、煤倉及各聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)的矸石通過轉(zhuǎn)載皮帶運(yùn)至拋矸皮帶，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)排矸。矸石倉投入使用后，十八采回風(fēng)巷、十八采膠帶巷等巷道迎頭矸石直接通過膠帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至矸石倉，然后進(jìn)入西部矸石充填巷皮帶→矸石充填聯(lián)絡(luò)巷皮帶→各矸石充填巷拋矸皮帶→充填。3.3矸石充填工藝十八采區(qū)掘進(jìn)矸石經(jīng)采區(qū)回風(fēng)巷皮帶進(jìn)入位于采區(qū)上部的矸石倉（矸石倉凈直徑6.0m，深度13m，可容納矸石366m3），矸石倉下部設(shè)置矸石給料機(jī)，矸石經(jīng)給料機(jī)、矸石膠帶輸送機(jī)，然后通過矸石充填機(jī)充填到充填巷內(nèi)。圖2充填巷布置具體路線為：掘進(jìn)工作面矸石→十八采區(qū)回風(fēng)巷膠帶輸送機(jī)→十八采區(qū)矸石倉→矸石給料機(jī)→矸石膠帶輸送機(jī)→矸石充填機(jī)→充填巷道。以十八采膠帶聯(lián)絡(luò)巷為例，如圖3-1所示。圖3矸石充填路線圖3-3為矸石充填巷內(nèi)矸石充填工藝示意圖。矸石通過膠帶輸送機(jī)，轉(zhuǎn)載至自移式矸石充填機(jī)上，然后通過拋矸至充填巷內(nèi)。圖4矸石巷內(nèi)充填工藝示意3.4矸石充填設(shè)備矸石充填設(shè)備見表1。表1矸石充填設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1矸石充填機(jī)TCJ800-22/3312矸石給料機(jī)K313可伸縮膠帶輸送機(jī)SSJ800/2×752充填運(yùn)輸巷1部充填巷道1部（1）矸石充填機(jī)目前TCJ800-22/33型井下矸石充填機(jī)在許廠煤礦、岱莊煤礦使用效果較好。該設(shè)備主要由拋射皮帶、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、上料輸送部、底架總成、履帶行走部、液壓系統(tǒng)與電控系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。具有如下特點(diǎn)：（1）拋射皮帶具有自由伸縮、矸石推平功能，提高了充填效率和質(zhì)量。（2）上料輸送部具有調(diào)平、調(diào)偏、調(diào)斜功能，調(diào)整后配套皮帶方便，防止皮帶跑偏。（3）液壓行走部牽引力大，靈活，比壓小。（4）機(jī)載液壓泵站使液壓系統(tǒng)完善，集拋填、上料、行走等機(jī)電液功能一體，操作安全方便。（5）機(jī)載PLC電控系統(tǒng)，功能多，保護(hù)全。圖5矸石充填機(jī)外觀圖6矸石充填機(jī)結(jié)構(gòu)示意其主要技術(shù)參數(shù)如下：型號(hào)：TCJ800-22/33適應(yīng)巷道高度：2.8～5m適應(yīng)巷道寬度：2.5～5.5m適應(yīng)巷道傾角：±8°拋射皮帶寬度：800mm拋射皮帶帶速：3.15m/s行走速度：7.2/3.2m/min油泵電機(jī)功率：22kW電控總功率：33kW供電電壓：660/1140V（2）矸石給料機(jī)采用的矸石給料機(jī)如圖5-7所示，的主要技術(shù)參數(shù)如下：型號(hào)：K3底板行程：50～200mm生產(chǎn)能力：75～300t/h最大粒度：500mm功率：7.5kW圖7矸石給料機(jī)（3）可伸縮膠帶輸送機(jī)型號(hào)：SSJ800/2×75輸送量：400t/h帶寬：800mm功率：150kW3.5本章小結(jié)（1）確定出掘進(jìn)矸石運(yùn)輸方式。矸石的運(yùn)輸是十八采區(qū)輔助運(yùn)輸?shù)碾y點(diǎn)，根據(jù)十八采區(qū)距井底車場較遠(yuǎn)、開拓準(zhǔn)備掘進(jìn)矸石量大的特點(diǎn)，為此，掘進(jìn)矸石的運(yùn)輸及處理提出以下三個(gè)方案：①十八采區(qū)回風(fēng)巷皮帶、北區(qū)回風(fēng)巷皮帶、北部回風(fēng)巷皮帶排矸方案；②十八采區(qū)回風(fēng)巷皮帶、十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷皮帶排矸、西部總回絞車提升方案；③井下矸石充填方案。通過對(duì)比分析，方案三矸石井下充填具有減少井下矸石運(yùn)輸量，緩解了濟(jì)寧三號(hào)煤礦井下輔助運(yùn)輸緊張狀況，降低成本，有利于環(huán)保，提高資源回收率等優(yōu)點(diǎn)，確定方案三為主導(dǎo)方案。（2）材料、小型設(shè)備仍然利用無軌膠輪車運(yùn)輸；十八采區(qū)輔助運(yùn)輸巷采取底板硬化和鋪軌并存，同時(shí)滿足無軌膠輪車和礦車運(yùn)行需要，在十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷鋪設(shè)軌道，安裝連續(xù)牽引絞車。大型設(shè)備從井底車場經(jīng)西部總回、十八采區(qū)輔助回風(fēng)巷、十八采區(qū)輔助運(yùn)輸巷，到達(dá)使用地點(diǎn)。（3）為達(dá)到降塵的目的，采用了綜合防塵系統(tǒng)。（4）根據(jù)濟(jì)寧三號(hào)煤礦實(shí)際情況，確定了矸石充填巷的布置方案：矸石充填巷布置在北區(qū)回風(fēng)巷以北、東以163下05膠順為界，西至SF538和KF59斷層這一區(qū)域；充填巷道布置在3下煤層中，充填巷道寬4.5m，高5m（沿煤層頂?shù)装宀贾茫?，斷?2.5m2，采用錨網(wǎng)支護(hù)，充填巷道間留設(shè)煤柱為5.5m。（5）確定了迎頭連續(xù)排矸系統(tǒng)：矸石倉未形成前，先掘出1＃和9＃矸石充填巷，在矸石充填聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)布置轉(zhuǎn)載皮帶，掘進(jìn)矸石通過轉(zhuǎn)載皮帶運(yùn)至拋矸皮帶，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)排矸。矸石倉投入使用后，迎頭矸石直接通過膠帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至矸石倉，然后進(jìn)入西部矸石充填巷皮帶→矸石充填聯(lián)絡(luò)巷皮帶→各矸石充填巷拋矸皮帶→充填，實(shí)現(xiàn)連續(xù)排矸。4巖巷掘進(jìn)快速支護(hù)技術(shù)支護(hù)作為巷道掘進(jìn)的重要一個(gè)環(huán)節(jié)，其施工速度直接制約了巷道掘進(jìn)速度。因此，必須通過改進(jìn)支護(hù)配套機(jī)具，在保證支護(hù)能力的同時(shí)提高支護(hù)效率，杜絕前掘后修的現(xiàn)象，為機(jī)械化快速掘進(jìn)提供根本保障。在巖巷掘進(jìn)中使用預(yù)應(yīng)力錨桿能在安裝錨桿的同時(shí)，立即施加足夠的預(yù)應(yīng)力，不僅消除了錨桿的初始滑移量，而且還能給圍巖施加一定的預(yù)壓應(yīng)力，這樣，對(duì)于受拉截面，可以抵消一部分拉應(yīng)力，從而大大提高抗拉能力：對(duì)于受剪截面，由于壓應(yīng)力而產(chǎn)生的摩擦力大大提高了加固體的抗剪能力，同時(shí)，又由于避免了過早地出現(xiàn)張開裂縫，因而減緩了圍巖的弱化過程，保證了巷道的長期穩(wěn)定。由此可以看出，預(yù)應(yīng)力錨桿的作用機(jī)理在于：保證了圍巖與錨桿共同起作用，避免了圍巖與錨桿被“各個(gè)擊破”，從而提高了圍巖加固體的抗拉與抗剪切能力。噴射混凝土支護(hù)是以壓縮空氣為動(dòng)力，用噴射機(jī)將細(xì)骨料混凝土以噴射方法覆蓋到需要維護(hù)的巖面上，從而凝結(jié)硬化后形成混凝土結(jié)構(gòu)的支護(hù)方式?；炷林ёo(hù)能加固和防止風(fēng)化，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，且混凝土本身是柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大變形，防止圍巖發(fā)生松動(dòng)破碎。在巖巷掘進(jìn)中，使用錨噴組合支護(hù)，能有效控制巷道變形，為圍巖快速掘進(jìn)打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)。以十八采回風(fēng)巷為例來闡述巖巷掘進(jìn)快速支護(hù)技術(shù)。4.1臨時(shí)支護(hù)采用吊掛前探梁作為臨時(shí)支護(hù)，其平剖面圖如圖6-1所示。臨時(shí)支護(hù)使用3根前探梁，前探梁采用6.3#槽鋼與δ6mm鋼板對(duì)焊制成，長度3.5m，間距與錨桿間距相同，用金屬錨桿和吊環(huán)固定，金屬錨桿所用樹脂錨固劑不少于2塊，錨固力不小于100KN/根，每根前探梁用2個(gè)吊環(huán)，吊環(huán)形式為矩形，用配套的錨桿螺母固定（前探梁吊環(huán)螺母與生根錨桿螺紋旋合長度不得小于20mm，在條件具備時(shí)把吊環(huán)螺母擰到底或露出3絲，“一字型螺紋錨桿不包括受損螺紋部分”），前探梁最大控頂距離2000mm。金屬前探梁臨時(shí)支護(hù)必須緊跟工作面，前探梁至工作面距離0～200mm。前探梁必須完好無變形，除正常使用的前探梁外，還必須備用一根前探梁。4.2永久支護(hù)一．快速支護(hù)設(shè)計(jì)十八采區(qū)回風(fēng)巷設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)作為永久支護(hù)，掘進(jìn)期間巷道錨噴支護(hù)施工時(shí)，采用先錨后噴方式施工，初噴緊跟迎頭，初噴厚度要求為能覆蓋金屬網(wǎng)，且厚度不低于50mm。圖8臨時(shí)支護(hù)平剖面圖圖9支護(hù)斷面（1）支護(hù)材料①錨桿及錨固劑：采用?20×2000mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，均使用配套標(biāo)準(zhǔn)螺母緊固，托盤為正方形，規(guī)格為長×寬=100×100mm，用10mm“T”型鋼帶壓制成弧形，中間鉆?22mm孔。每根錨桿均用2塊樹脂錨固劑固定，錨固劑型號(hào)為CK2340（眼底）、K2340。②金屬網(wǎng)：采用10﹟鐵絲菱形網(wǎng)，網(wǎng)格為50×50mm，拱部菱形網(wǎng)規(guī)格為5.2m×0.95m，幫部菱形網(wǎng)規(guī)格為2.4m×0.95m。網(wǎng)子壓茬連接，搭接長度≥50mm，用12#鐵絲雙股綁扎，并不少于2.5圈，連接點(diǎn)要均勻布置，間距不大于200mm。底角網(wǎng)子不上卷，前后兩片網(wǎng)子上下錯(cuò)茬不大于100mm，網(wǎng)子最下沿離開幫不大于100mm。③鋼筋梯：10#圓鋼制作，拱部使用4870×70mm鋼筋梯，肩窩和兩幫各使用一架2470×70mm鋼筋梯。鋼筋梯搭接≥50mm，如搭接后出現(xiàn)翹頭現(xiàn)象，必須用扎絲將其綁扎平整,并按間排距用錨桿壓住金屬網(wǎng)緊貼巖面。④。?（2）巷道支護(hù)質(zhì)量巷道工程支護(hù)施工質(zhì)量如表2示。表2巷道支護(hù)質(zhì)量二．支護(hù)效果數(shù)值分析為了分析大巷在采動(dòng)后的支護(hù)效果，采用先進(jìn)的大型巖土工程分析軟件FLAC（FastLagrangianAnalysisofContinua）針對(duì)其地質(zhì)條件進(jìn)行模擬研究錨桿支護(hù)參數(shù)與巷道圍巖變形之間的關(guān)系。該軟件是一種用于工程力學(xué)計(jì)算的顯式有限差分程序。該程序可模擬土、巖石等材料的力學(xué)行為，程序采用了顯式拉格朗日算法及混合離散劃分單元技術(shù)，程序內(nèi)部含有多個(gè)力學(xué)模型，如庫侖－摩爾模型、應(yīng)變軟化/硬化模型、節(jié)理模型及雙屈服模型等，用于模擬高度非線性、不可逆等地質(zhì)材料的變形。另外，F(xiàn)LAC中含有的界面單元可以模擬巖層中不連續(xù)面，如斷層、節(jié)理及層理等滑動(dòng)和離層；FLAC中含有梁、錨桿、樁及支柱單元，可以模擬各種支護(hù)構(gòu)件，其中錨桿單元是一種一維軸向單元，在一定拉力下會(huì)屈服，錨桿的錨固方式可以是端錨、全長錨固或任意長度的錨固，該單元還可以施加預(yù)緊力，非常適合于錨桿支護(hù)工種程的研究；FLAC內(nèi)部還有一種編程語言FISH，用戶用它以編制自己的函數(shù)、變量，甚至引入自定義的力學(xué)模型，擴(kuò)大了程序的使用范圍和靈活性；FLAC還具有強(qiáng)大的前處理和后處理的功能，使得數(shù)值的輸入和輸出結(jié)果的可視化程度極高。與其它軟件相比，F(xiàn)LAC主要有以下特點(diǎn)：①混合離散化方法使得FLAC在模擬塑性流動(dòng)和破壞方面比有限元中采用的一些方法更為合理。②FLAC中采用了全動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程，即使模擬靜態(tài)過程也是如此，這就使FLAC可以模擬真實(shí)的不穩(wěn)定過程而不至于使數(shù)值計(jì)算上不穩(wěn)定。③FLAC中采用顯式解法，可模擬任意非線性力學(xué)問題。該軟件主要用于采礦工程和地下結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)，特別適合于巖土類材料的破壞分析。故在本論文中，選用該軟件來研究分析十八采區(qū)回風(fēng)巷支護(hù)效果。（1）模型建立模型考慮在3上和3下煤層采出后大巷所受的采動(dòng)影響，以分析十八采區(qū)回風(fēng)巷的永久支護(hù)效果。為簡化模型，將部分上覆巖層簡化為均布載荷施加在模型上，其數(shù)值計(jì)算原始力學(xué)模型如圖1示。模型上邊界采用應(yīng)力邊界條件，模型的上表面施加均勻的垂直壓應(yīng)力，按巷道上覆巖體的自重考慮。模型下表面垂直位移固定，左右兩側(cè)的水平位移固定。采用庫侖－摩爾模型。模型依據(jù)巷道實(shí)際地質(zhì)條件進(jìn)行建模，區(qū)域綜合柱狀圖如圖11所示。圖10值計(jì)算原始力學(xué)模型圖11綜合柱狀圖（2）模擬結(jié)果分析分兩個(gè)階段分析：巷道掘出后和工作面采出后。①巷道掘出后巷道掘出后圍巖應(yīng)力分布如圖12所示。圍巖垂直應(yīng)力在兩幫處出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力最大值達(dá)到30MPa，而原巖應(yīng)力為18.1MPa，因此兩幫最大垂直應(yīng)力集中度為1.66；剪應(yīng)力則主要在巷道兩肩和巷道兩個(gè)底角出現(xiàn)應(yīng)力集中，最大剪應(yīng)力值約為10MPa。巷道掘出后圍巖塑性區(qū)分布狀況如圖13所示。由圖可以看出，在巷道頂部和兩幫，圍巖塑性區(qū)范圍約為1m，而底板塑性區(qū)半徑為2m，是由于底板為煤層，因此塑性區(qū)范圍較大。由此我們得出，錨桿在支護(hù)范圍內(nèi)穿越塑性區(qū)，因此可以有效地對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)。（a）垂直應(yīng)力（b）剪切應(yīng)力圖12巷道掘出后圍巖應(yīng)力分布圖13巷道掘出后圍巖塑性區(qū)分布狀況巷道掘出后，其圍巖位移矢量圖如圖14所示。由圖中可以看出，在巷道掘出后，圍巖最大位移量僅為2.64mm，為微小變形，可認(rèn)為巷道保持穩(wěn)定。圖14圍巖位移矢量②工作面采出后工作面采出后，其模型如圖15所示。工作面采出后圍巖應(yīng)力分布如圖16所示。圍巖垂直應(yīng)力在工作面采出后兩幫處出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力最大值達(dá)到40MPa，而原巖應(yīng)力為18.1MPa，因此兩幫最大垂直應(yīng)力集中度為2.21；剪應(yīng)力則主要在巷道兩肩和巷道兩個(gè)底角出現(xiàn)應(yīng)力集中，最大剪應(yīng)力值約為15MPa。圖15工作面采出后的計(jì)算模型（a）垂直應(yīng)力（b）剪切應(yīng)力圖16工作面采出后圍巖應(yīng)力分布工作面采出后巷道圍巖塑性區(qū)分布狀況如圖17所示。由圖可以看出，在巷道頂部和兩幫，圍巖塑性區(qū)范圍約為1m，而底板塑性區(qū)半徑為2m，塑性區(qū)范圍受采動(dòng)影響變化不大。由此我們得出，在工作面采動(dòng)之后，錨桿在在支護(hù)范圍內(nèi)仍可穿越塑性區(qū)，對(duì)巷道進(jìn)行有效的支護(hù)。圖17工作面采出后圍巖塑性區(qū)分布狀況工作面采出后，巷道圍巖位移矢量圖如圖18所示。由圖中可以看出，在巷道掘出后，圍巖最大位移量僅為5.19mm，相對(duì)于巷道斷面來說，仍然為微小變形，可認(rèn)為巷道受采動(dòng)影響不大，仍可保持穩(wěn)定。圖18圍巖位移矢量③支護(hù)效果分析綜合以上數(shù)值分析結(jié)果，可以認(rèn)為，設(shè)計(jì)的方案可以滿足巷道支護(hù)要求。在支護(hù)條件下，巷道掘出后其圍巖位移量為微小變形；即使經(jīng)受采動(dòng)后，巷道所受的影響不大，仍可保持穩(wěn)定。4.3快速支護(hù)工藝一．錨桿安裝工藝（1）打錨桿眼掘進(jìn)工作面響炮后，首先要先敲幫問頂，仔細(xì)檢查頂幫圍巖情況，找掉活矸、危巖，確認(rèn)安全后開始使用前探梁。使用前探梁時(shí)，在前探梁上方預(yù)掛菱形網(wǎng)及鋼筋梯，菱形網(wǎng)與后部網(wǎng)子按質(zhì)量要求搭接，并用12#鐵絲雙股綁扎牢固，鋼筋梯與上次支護(hù)最前排錨桿按設(shè)計(jì)保持一排錨桿距離。前探梁承托鋼筋梯，鋼筋梯承托菱形網(wǎng)，起到臨時(shí)支護(hù)作用。打眼時(shí)，必須在前探梁支護(hù)的掩護(hù)下操作。敲幫問頂要按由外向里先頂后幫的順序依次進(jìn)行。打錨桿眼之前，首先根據(jù)測量的中腰線預(yù)標(biāo)位置畫出巷道輪廓線，檢查是否有欠挖現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)欠挖部位必須處理后再錨網(wǎng)。錨網(wǎng)時(shí)首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求打錨桿眼，打錨桿眼采用液壓鉆車LG25/32-2.475釬桿、ZQ32S-R25釬頭（或MQT-120型風(fēng)動(dòng)錨桿鉆機(jī)，B19長1.2m、2.3m的六棱中空鋼釬配Φ28的鉆頭及YT24風(fēng)鉆、長1.8m、B22六棱中空鋼釬配合Φ30mm柱齒鉆頭）打眼之前首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求點(diǎn)好錨桿眼位。打眼時(shí)要嚴(yán)格按錨桿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)施工，錨桿眼角度必須垂直于巷道輪廓線，允許偏差±15°，錨桿眼深度比錨桿長度小0～50mm。錨桿眼打好后，應(yīng)將眼內(nèi)的巖渣、積水清理干凈。（2）安裝錨桿錨桿眼打完后，必須用壓風(fēng)將幫部所有錨桿眼內(nèi)的積水、煤及巖粉吹凈，方可進(jìn)行錨桿安裝工作。頂部錨桿安裝采用頂部錨桿機(jī)，肩窩以下錨桿采用風(fēng)動(dòng)錨桿幫機(jī)安裝，錨桿要打在鋼筋梯孔內(nèi)。安裝時(shí)，首先將2卷錨固劑送入眼孔內(nèi)（注：CK-2340錨固劑放置在眼底位置），用已穿上錨桿托盤的錨桿將藥卷頂?shù)窖鄣祝缓笤阱^桿的阻尼螺母套上安裝套筒，用錨桿機(jī)旋轉(zhuǎn)套筒將錨桿推進(jìn)眼底。安裝過程為邊攪拌邊推進(jìn)，嚴(yán)禁先推進(jìn)再攪拌，攪拌時(shí)間控制在1520s，等待時(shí)間1015s。安裝頂部錨桿時(shí)，等待時(shí)間過后開動(dòng)錨桿機(jī)將錨桿螺母的阻尼塞旋出，同時(shí)將螺母旋緊，使錨桿托盤密貼巖面，如遇部分螺母外露過長時(shí)，必須加木托盤，使托盤與巖面挈緊。擰緊螺帽給錨桿施加一定預(yù)緊力，擰緊力矩頂部不小于120N·m，幫部不小于60N·m。（3）錨索安裝錨索打在鋼筋梯內(nèi)，打眼采用MQT-120風(fēng)動(dòng)錨桿機(jī)配合六角中空釬桿、?28mm專用鉆頭。打眼之前，首先選擇頂板平整處，根據(jù)設(shè)計(jì)要求點(diǎn)好眼位，鉆桿必須垂直于巷道輪廓線，允許偏差±5°，錨索眼深度可比錨索長度少0～200mm。錨索眼打完后，必須將錨索眼內(nèi)的積水和煤、巖粉清理干凈，方可安裝。安裝時(shí)，首先按設(shè)計(jì)數(shù)量將錨固劑送入眼孔內(nèi)（注：一卷CK2340放置在眼底位置，3卷K2340靠外放置），用錨索將藥卷頂?shù)窖鄣?，然后在錨索上安裝專用套筒，用錨桿機(jī)旋轉(zhuǎn)套筒將錨索推進(jìn)眼底。安裝過程為邊攪拌邊推進(jìn)，嚴(yán)禁先推進(jìn)再攪拌，攪拌時(shí)間控制在15～20s，等待時(shí)間15min，保證錨索外露小于250mm。等待時(shí)間過后，安上托盤和鎖具，用千斤頂將錨索漲緊，托盤與巖面必須貼緊。（4）錨桿鉆機(jī)使用安全注意事項(xiàng)：①水、風(fēng)管接頭要連接牢固。②使用過程中必須定時(shí)定量添加潤滑油。③鉆孔過程中，必須根據(jù)巖石狀況及時(shí)調(diào)整鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和支腿推力，使之相互匹配，以獲得最佳鉆進(jìn)效果。④操作鉆機(jī)時(shí)，操作者要站穩(wěn)，以保證鉆機(jī)平衡。⑤鉆機(jī)突然停鉆時(shí)，操作臂將向左擺動(dòng)，操作者應(yīng)注意自己的位置，操作臂左側(cè)不準(zhǔn)有人，以確保安全。⑥操作者不要穿松弛的衣服，鉆眼時(shí)嚴(yán)禁用手或其它物品觸及釬桿。⑦鉆眼過程中要注意巷道的頂、幫狀況，確保作業(yè)安全。⑧支腿收縮時(shí)，操作者不可將手放在支腿上，以免擠傷。⑨鉆機(jī)平放時(shí)，人員不得正對(duì)氣腿方向。⑩鉆眼結(jié)束后，應(yīng)關(guān)掉風(fēng)源、水源并檢查鉆機(jī)有無損傷和松動(dòng)的螺絲，并加注潤滑油。二．混凝土噴射（1）準(zhǔn)備工作①檢查錨桿安裝和金屬網(wǎng)鋪設(shè)是否符合設(shè)計(jì)要求，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。②清理噴射現(xiàn)場的矸石雜物，接好風(fēng)、水管路，輸料管路要平直不得有急彎，接頭要嚴(yán)密，不得漏風(fēng)，嚴(yán)禁將非抗靜電的塑料管做輸料管使用。③檢查噴漿機(jī)是否完好，并送電空載試運(yùn)轉(zhuǎn)，緊固好磨擦板，不得出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象。④噴射前必須用高壓水沖洗巖面。⑤噴射人員要佩戴齊全有效的勞保用品。（2）噴射混凝土的工藝要求噴射順序?yàn)椋合葔蠊?，從墻基開始自下而上進(jìn)行。噴射手要掌握好噴射角度和噴射距離，噴槍頭與受噴面應(yīng)盡量保持垂直。噴幫時(shí)其噴射角度以下俯10～15°為宜，噴頂時(shí)其最小仰角為65°；噴槍頭與受噴面的垂直距離以0.8～1.0m為宜。采用劃圈噴射法，即噴出料以一圈壓半圈，呈螺旋狀由下向上，反復(fù)運(yùn)動(dòng)，圈徑以200～250mm為宜。噴射有淋水巷道時(shí)，應(yīng)酌情加大速凝劑用量，先噴出水點(diǎn)周圍，再噴出水點(diǎn)。如遇淋水較大，上述噴漿方法不能解決問題，噴漿前可在巖石表面鑿積水槽，將淋水匯集在一起，埋設(shè)導(dǎo)管將水引出再按上述方法噴漿。人工拌料時(shí)采用潮料拌料，水泥和沙應(yīng)翻拌三遍使其混合均勻。噴射時(shí)，噴漿機(jī)的供風(fēng)壓力約0.4MPa，水壓應(yīng)比風(fēng)壓高0.1MPa左右，加水量憑射手的經(jīng)驗(yàn)加以控制，最合適的水灰比是0.4～0.5之間。噴射過程中應(yīng)根據(jù)出料量的變化，及時(shí)調(diào)整給水量，保證水灰比準(zhǔn)確，要使噴射的濕混凝土無干斑，無流淌，粘著力強(qiáng)，回彈料少，對(duì)超挖嚴(yán)重需復(fù)噴的，復(fù)噴間隔時(shí)間不得超過2個(gè)小時(shí)。否則應(yīng)用高壓水重新沖洗受噴面?；貜椔使安坎怀^25%，墻部不超過15%。（3）噴射工作開機(jī)時(shí)必須先給水，后開風(fēng)，開啟水射流除塵風(fēng)機(jī)后再開機(jī)，最后上料；停機(jī)時(shí)，要先停料，后停機(jī)，再停風(fēng)，最后關(guān)水，如遇特殊情況時(shí)要先停電。噴射操作一般由2人配合進(jìn)行。噴射手抱噴頭進(jìn)行噴射操作，副手觀察噴射情況和進(jìn)行安全監(jiān)護(hù)，及時(shí)用信號(hào)（礦燈）指示噴射位置和方向，遇到問題負(fù)責(zé)聯(lián)系和協(xié)助處理。噴射工作結(jié)束后，噴層必須連續(xù)灑水養(yǎng)護(hù)28天以上，7天以內(nèi)每班灑水1次，7天以后每天灑水1次，一次噴射完畢，應(yīng)立即收集回彈物，并應(yīng)將當(dāng)班拌料用凈。當(dāng)班噴射工作結(jié)束后，必須卸開噴頭，清理水環(huán)和噴漿機(jī)內(nèi)外所有灰漿或材料。（4）噴射質(zhì)量噴射前必須清洗巖幫，清理浮矸。噴射要均勻，確保無裂隙，無“穿裙，失腳”現(xiàn)象。4.4本章小結(jié)（1）確定出巖巷掘進(jìn)臨時(shí)支護(hù)技術(shù)，采用吊掛前探梁作為臨時(shí)支護(hù)。（2）確定出永久支護(hù)方案。采用錨網(wǎng)噴支護(hù)作為永久支護(hù)，以十八采區(qū)回風(fēng)巷為例，提出了詳細(xì)的永久支護(hù)參數(shù)，并通過FLAC數(shù)值計(jì)算軟件分析得出該支護(hù)參數(shù)在采動(dòng)后僅發(fā)生微小變形，可以保持穩(wěn)定，不影響其正常使用。（3）確定了與巖巷快速掘進(jìn)相適應(yīng)的快速支護(hù)工藝。通過錨桿鉆進(jìn)的快速、準(zhǔn)確打眼與錨桿機(jī)的快速安裝錨桿，保證支護(hù)能力的同時(shí)，為機(jī)械化快速掘進(jìn)提供了基本保障；研制出劃圈噴射法工藝，保障混凝土噴射質(zhì)量。5工業(yè)性試驗(yàn)濟(jì)寧三號(hào)煤礦通過深入廣泛的調(diào)研論證，巖巷普掘快速機(jī)械化作業(yè)線于2009年1月6日開始進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。5.1試驗(yàn)地點(diǎn)普掘機(jī)械化作業(yè)線的試驗(yàn)地點(diǎn)為十八采區(qū)膠帶巷，后布置在十八采區(qū)回風(fēng)巷。十八采區(qū)膠帶巷全長1683m，直墻半圓拱形，S掘=15.2m2，10.5°下山，鉆爆法破巖，錨網(wǎng)支護(hù)。采用?20×2000mm螺紋鋼樹脂錨桿配合?10mm鋼筋梯及10#鐵絲菱形網(wǎng)支護(hù)，錨桿間排距800×800mm。巷道掘進(jìn)層位：煤3上及頂板粉砂巖，底板粉細(xì)砂巖和煤3下及頂板中砂巖和細(xì)砂巖，底板泥巖及細(xì)砂巖。巖石硬度f=4～10。十八采區(qū)回風(fēng)巷采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，其余施工參數(shù)與十八采區(qū)膠帶巷相同。5.2試驗(yàn)方案（1）普掘機(jī)械化作業(yè)線主要設(shè)備由CMJ17全液壓鉆車、履帶式挖斗裝載機(jī)及SSJ800膠帶輸送機(jī)三部分組成。其主要技術(shù)參數(shù)如第三章所述。（2）采用鉆爆法施工。采用雙楔形掏槽爆破，一階掏槽和二階掏槽間隔時(shí)間25ms；利用多向聚能切割高效爆破破巖技術(shù)，如第四章所述。（3）矸石充填：迎頭矸石經(jīng)跟機(jī)皮帶轉(zhuǎn)載至十八采區(qū)矸石倉，經(jīng)下口給煤機(jī)進(jìn)入十八采區(qū)矸石充填系統(tǒng)。（4）輔助運(yùn)輸：所有設(shè)備和材料用膠輪車運(yùn)輸至掘進(jìn)工作面料場，小型配件和錨網(wǎng)支護(hù)材料從料場經(jīng)SSJ800皮帶機(jī)運(yùn)輸至迎頭，大型材料、設(shè)備由膠輪車直接或轉(zhuǎn)載至JD-40kW絞車運(yùn)至迎頭，噴漿料采用五十鈴車從溜沙孔運(yùn)輸至聯(lián)絡(luò)巷，再經(jīng)SSJ800皮帶機(jī)底皮帶運(yùn)至迎頭。（5）臨時(shí)支護(hù)方式：采用吊掛前探梁作為臨時(shí)支護(hù)；永久支護(hù)方案采用第六章設(shè)計(jì)支護(hù)方式。5.3試驗(yàn)效果（1）機(jī)械化作業(yè)線液壓鉆車鑿巖速度快，比氣腿式鉆機(jī)鑿巖速度高出1倍以上；動(dòng)力消耗少、能量利用率高；噪音低，污染小，改善了工作環(huán)境；占用人員少，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度；安全性好，施工時(shí)司機(jī)位置遠(yuǎn)離工作面，有效防止了迎頭片幫冒頂造成的人身傷害。履帶式挖斗裝載機(jī)裝矸插入力大、機(jī)動(dòng)性好、全斷面作業(yè)；可一次性出凈迎頭矸石；具有安全性好、一機(jī)多用的特點(diǎn)，除完成基本的裝載作業(yè)外，還可完成巷道內(nèi)短距離物料運(yùn)輸、臥底、清幫等工作；減少了移機(jī)前的集中出矸、復(fù)噴、鋪設(shè)軌道等輔助工作量，增加了有效作業(yè)時(shí)間。采用SSJ800膠帶機(jī)跟迎頭實(shí)現(xiàn)了連續(xù)出矸，掘進(jìn)矸石運(yùn)輸快捷方便，更適合于長距離、大坡度、大斷面巷道施工。普掘作業(yè)線在十八采區(qū)膠帶巷2009年1～7月份累計(jì)進(jìn)尺777m，7月份普掘擴(kuò)刷163下00切眼158m，側(cè)卸式裝巖機(jī)出煤，8月3日十八采區(qū)膠帶巷迎頭全煤后轉(zhuǎn)入十八采區(qū)回風(fēng)巷施工，由于增加了噴漿工序，9月份進(jìn)尺92m，10月份成巷110～129m。表3普掘作業(yè)線實(shí)施效果施工地點(diǎn)月份進(jìn)尺（m）備注十八采區(qū)膠帶巷182錨網(wǎng)十八采區(qū)膠帶巷2105錨網(wǎng)十八采區(qū)膠帶巷3121錨網(wǎng)十八采區(qū)膠帶巷4136錨網(wǎng)十八采區(qū)膠帶巷5150錨網(wǎng)十八采區(qū)膠帶巷6129錨網(wǎng)163下00切眼7158普掘擴(kuò)刷切眼20天十八采區(qū)膠帶巷754錨網(wǎng)十八采區(qū)回風(fēng)巷877錨網(wǎng)噴十八采區(qū)回風(fēng)巷992錨網(wǎng)噴十八采區(qū)回風(fēng)巷10110錨網(wǎng)噴十八采區(qū)回風(fēng)巷11119錨網(wǎng)噴十八采區(qū)回風(fēng)巷12129錨網(wǎng)噴（2）矸石充填目前，濟(jì)三礦十八采區(qū)矸石充填系統(tǒng)已形成并投入使用，十八采矸石倉凈直徑6.0m，深度13m，可容納矸石366m3。十八采區(qū)回風(fēng)巷通過迎頭后皮帶直接將矸石排至矸石倉，十八采區(qū)膠帶機(jī)巷通過迎頭后皮帶轉(zhuǎn)載至矸石倉聯(lián)絡(luò)巷皮帶排至矸石倉，其他巖巷也均可通過皮帶轉(zhuǎn)載進(jìn)入矸石充填系統(tǒng)。為保證矸石充填與充填巷掘進(jìn)互相不影響，矸石充填轉(zhuǎn)載皮帶布置在矸石充填聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)南側(cè)，充填巷掘進(jìn)出煤皮帶布置在北側(cè)。濟(jì)三礦巷采矸石充填現(xiàn)已先后掘出十八采1#、9＃、5＃、13＃、3＃、7#充填巷，共1849m巷道，采出煤炭6.3萬t。充填完成1＃、9＃、13#、3＃，5＃，共充填1541m，充填矸石34879m3，折合17m2斷面巖巷掘進(jìn)1281m。已掘出各矸石充填巷和矸石充填情況如表4和5所示。表4已掘出的各矸石充填巷情況編號(hào)開工時(shí)間竣工時(shí)間平均斷面（高×寬）巷道長度(m)采出煤量(m3)采出煤量(t)12007.32007.55×5.5m2379104221417492007.62007.104.95×4.6m22876543889852008.12008.44.76×4.83m2321738010037132008.42008.54.5×5m2215483765783