超高水充填開采技術在煤礦中的應用

陳鋒

摘 要：邢東礦井田范圍內共有11個村莊，村莊壓煤占全部井田地質儲量的82%以上，實施采后充填迫在眉睫。針對這一難題，邢東礦進行了超高水充填開采技術研究，并在1126綜采面進行了成功應用。不但解放了大量村莊壓煤，還大量利用了井下污水，減小對環(huán)境的污染，具有極大的經濟社會效益。

關鍵詞：村莊壓煤 超高水 充填開采

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0038-02

邢東礦剩余煤炭資源的82%以上為村莊壓煤，大量建下壓煤的存在，對當前及今后礦井合理的生產布局、正常的采掘接續(xù)安排與持續(xù)穩(wěn)產均產生了極大影響，嚴重制約著礦井回采率及可持續(xù)發(fā)展能力的提升。為解決這一難題，邢東礦開展了超高水材料充填開采的試驗研究，并在現(xiàn)場進行了成功應用。

1 工程概況

邢東礦1126工作面，是本礦首個超高水充填工作面。該工作面主采2#煤層，走向長490 m，傾斜長70 m，煤層平均厚度4.5 m，煤層平均傾角10.3°，可采儲量 25萬t。采用單一厚煤層一次采全高傾斜長壁后退式采煤法，用超高水材料充填方法控制采空區(qū)頂板。

2 超高水充填材料基本性能

2.1 材料簡介

超高水速凝固結充填材料（簡稱超高水材料）是指水體積在95%以上，最高可達到97%的超高水材料。主要由AB兩種物料，分別加入8～11倍水組成。A料主要以鋁土礦石膏等獨立煉制并復合超緩凝分散劑構成，B料由石膏、石灰和復合速凝劑構成。兩者按一定比例配合使用，強度可根據需要進行調整，滿足井下充填要求。

2.2 材料物理力學基本性能

（1）材料力學性能。

超高水材料不同水體積固結體的強度隨時間變化規(guī)律如圖1所示。從中可以看出，早期強度較高，而7 d后強度增長緩慢。

（2）材料變形特性。

超高水充填材料用于采空區(qū)充填后，處在較為封閉的狀態(tài)，其固結體要受到上覆巖層的作用，體積是否會發(fā)生收縮或者膨脹，直接影響對上覆巖層的有效控制。圖2所示為超高水充填材料固結體體積應變隨時間變化的曲線。從中可以看出，超高水材料受壓后，體積應變較小，位于0.001～0.003之間，表現(xiàn)出良好的不可壓縮性。

3 超高水充填采煤工藝

3.1 超高水充填支架

我礦使用的充填液壓支架型號為ZC12400/30/50，是一種新型的超高水充填開采工作面支護設備，做到了采煤與充填作業(yè)的分離，避免了采煤與充填的相互干擾。

充填液壓支架采用前后置型式，前后支架穩(wěn)定機構均采用四連桿機構。前置支架和后置支架均為三柱掩護式型式。本充填支架前端支架實現(xiàn)頂板與煤壁支護，后端支架實現(xiàn)充填與頂板支護，支架前部滿足正常的綜合機械化開采，后部支架實現(xiàn)采空區(qū)超高水充填，同時滿足充填和采煤協(xié)調作業(yè)。

3.2 超高水充填系統(tǒng)

邢東礦1126綜采面超高水充填系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)：地面制漿系統(tǒng)、管路輸送系統(tǒng)和工作面充填回采系統(tǒng)。

（1）地面制漿系統(tǒng)：制漿系統(tǒng)是整個充填系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)。其主要任務是將固體粉料配制成足量符合充填要求的液態(tài)漿體，便于長距離輸送。根據超高水材料的需求我們建設了A、B兩套制漿系統(tǒng)，每條制漿系統(tǒng)制漿能力為110 m3/h。漿體配制好后，我們把配置好的漿液暫時儲存在儲漿池內，待地面制漿完畢后，通過漿體自流系統(tǒng)將配置好的A、B兩種漿液由地面注漿站輸送到井下回采工作面。

（2）管路輸送系統(tǒng)：管路輸送系統(tǒng)分為豎直段、大巷水平段和工作面輸送段；豎直段長800 m，大巷水平段長1500 m，1126工作面輸送段長400 m，總共長2700 m，管路均鋪設兩趟，分別用來輸送A、B漿液。在距離工作面60 m左右設置管路混合器，兩趟管路變?yōu)橐惶?，將A、B兩種漿液混合在一起。

（3）工作面充填回采系統(tǒng)：工作面充填方式為采空區(qū)混合式充填，利用5個隔板支架，將工作面分成4個區(qū)域，沿工作面方向共布置4個包，包與包間隔一個支架寬度，每個包橫跨9個支架的充填空間。充填方式采用采空區(qū)掛袋式封閉充填。這種充填方式的充填率高，充填體成型規(guī)則，且充填完成后充填體的密封性良好（見圖3）。

3.3 超高水充填開采采煤方法

該充填工作面采用“四六”制作業(yè)，早班和晚班檢修、充填，中班和夜班出煤生產，采用雙滾筒采煤機割煤，采煤機割煤三刀，采空區(qū)充填一次，循環(huán)進度2.1 m，一天兩個循環(huán)。充填工藝流程如下。

后置支架拉架→掛袋充填準備→輸送料漿→正常充填→管道清洗→充填結束驗收→凝固、檢修。

4 超高水充填工作面礦壓規(guī)律實測分析

為研究超高水材料充填開采的地表移動規(guī)律，也為本礦今后“三下”壓煤開采提供基礎數據，我們在1126充填工作面上方建立了地表移動觀測站，根據1126觀測站的觀測數據顯示，1126充填工作面地表變形量處于I級破壞范圍內所要求的地表變形值范圍之內。井下充填起到了控制或減少地表變形的作用。

5 經濟與社會效益

邢東礦采用超高水材料充填開采技術，現(xiàn)已成功充填回采煤量50萬噸（最高月產5.5萬噸），利潤1.7億元。同時節(jié)省了巨額拆遷費用，不但置換出來煤，還大量利用了井下污水，減小對環(huán)境的污染。對于解放建下乃至三下壓煤都有很好的應用性。

參考文獻

[1] 馮光明.超高水充填材料及其充填開采技術研究與應用[D].徐州：中國礦業(yè)大學，2009.

[2] 張力亞.超高水材料充填開采設計方法及地表移動控制分析[D].徐州：中國礦業(yè)大學，2001.

摘 要：邢東礦井田范圍內共有11個村莊，村莊壓煤占全部井田地質儲量的82%以上，實施采后充填迫在眉睫。針對這一難題，邢東礦進行了超高水充填開采技術研究，并在1126綜采面進行了成功應用。不但解放了大量村莊壓煤，還大量利用了井下污水，減小對環(huán)境的污染，具有極大的經濟社會效益。

關鍵詞：村莊壓煤 超高水 充填開采

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0038-02

邢東礦剩余煤炭資源的82%以上為村莊壓煤，大量建下壓煤的存在，對當前及今后礦井合理的生產布局、正常的采掘接續(xù)安排與持續(xù)穩(wěn)產均產生了極大影響，嚴重制約著礦井回采率及可持續(xù)發(fā)展能力的提升。為解決這一難題，邢東礦開展了超高水材料充填開采的試驗研究，并在現(xiàn)場進行了成功應用。

1 工程概況

邢東礦1126工作面，是本礦首個超高水充填工作面。該工作面主采2#煤層，走向長490 m，傾斜長70 m，煤層平均厚度4.5 m，煤層平均傾角10.3°，可采儲量 25萬t。采用單一厚煤層一次采全高傾斜長壁后退式采煤法，用超高水材料充填方法控制采空區(qū)頂板。

2 超高水充填材料基本性能

2.1 材料簡介

超高水速凝固結充填材料（簡稱超高水材料）是指水體積在95%以上，最高可達到97%的超高水材料。主要由AB兩種物料，分別加入8～11倍水組成。A料主要以鋁土礦石膏等獨立煉制并復合超緩凝分散劑構成，B料由石膏、石灰和復合速凝劑構成。兩者按一定比例配合使用，強度可根據需要進行調整，滿足井下充填要求。

2.2 材料物理力學基本性能

（1）材料力學性能。

超高水材料不同水體積固結體的強度隨時間變化規(guī)律如圖1所示。從中可以看出，早期強度較高，而7 d后強度增長緩慢。

（2）材料變形特性。

超高水充填材料用于采空區(qū)充填后，處在較為封閉的狀態(tài)，其固結體要受到上覆巖層的作用，體積是否會發(fā)生收縮或者膨脹，直接影響對上覆巖層的有效控制。圖2所示為超高水充填材料固結體體積應變隨時間變化的曲線。從中可以看出，超高水材料受壓后，體積應變較小，位于0.001～0.003之間，表現(xiàn)出良好的不可壓縮性。

3 超高水充填采煤工藝

3.1 超高水充填支架

我礦使用的充填液壓支架型號為ZC12400/30/50，是一種新型的超高水充填開采工作面支護設備，做到了采煤與充填作業(yè)的分離，避免了采煤與充填的相互干擾。

充填液壓支架采用前后置型式，前后支架穩(wěn)定機構均采用四連桿機構。前置支架和后置支架均為三柱掩護式型式。本充填支架前端支架實現(xiàn)頂板與煤壁支護，后端支架實現(xiàn)充填與頂板支護，支架前部滿足正常的綜合機械化開采，后部支架實現(xiàn)采空區(qū)超高水充填，同時滿足充填和采煤協(xié)調作業(yè)。

3.2 超高水充填系統(tǒng)

邢東礦1126綜采面超高水充填系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)：地面制漿系統(tǒng)、管路輸送系統(tǒng)和工作面充填回采系統(tǒng)。

（1）地面制漿系統(tǒng)：制漿系統(tǒng)是整個充填系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)。其主要任務是將固體粉料配制成足量符合充填要求的液態(tài)漿體，便于長距離輸送。根據超高水材料的需求我們建設了A、B兩套制漿系統(tǒng)，每條制漿系統(tǒng)制漿能力為110 m3/h。漿體配制好后，我們把配置好的漿液暫時儲存在儲漿池內，待地面制漿完畢后，通過漿體自流系統(tǒng)將配置好的A、B兩種漿液由地面注漿站輸送到井下回采工作面。

（2）管路輸送系統(tǒng)：管路輸送系統(tǒng)分為豎直段、大巷水平段和工作面輸送段；豎直段長800 m，大巷水平段長1500 m，1126工作面輸送段長400 m，總共長2700 m，管路均鋪設兩趟，分別用來輸送A、B漿液。在距離工作面60 m左右設置管路混合器，兩趟管路變?yōu)橐惶?，將A、B兩種漿液混合在一起。

（3）工作面充填回采系統(tǒng)：工作面充填方式為采空區(qū)混合式充填，利用5個隔板支架，將工作面分成4個區(qū)域，沿工作面方向共布置4個包，包與包間隔一個支架寬度，每個包橫跨9個支架的充填空間。充填方式采用采空區(qū)掛袋式封閉充填。這種充填方式的充填率高，充填體成型規(guī)則，且充填完成后充填體的密封性良好（見圖3）。

3.3 超高水充填開采采煤方法

該充填工作面采用“四六”制作業(yè)，早班和晚班檢修、充填，中班和夜班出煤生產，采用雙滾筒采煤機割煤，采煤機割煤三刀，采空區(qū)充填一次，循環(huán)進度2.1 m，一天兩個循環(huán)。充填工藝流程如下。

后置支架拉架→掛袋充填準備→輸送料漿→正常充填→管道清洗→充填結束驗收→凝固、檢修。

4 超高水充填工作面礦壓規(guī)律實測分析

為研究超高水材料充填開采的地表移動規(guī)律，也為本礦今后“三下”壓煤開采提供基礎數據，我們在1126充填工作面上方建立了地表移動觀測站，根據1126觀測站的觀測數據顯示，1126充填工作面地表變形量處于I級破壞范圍內所要求的地表變形值范圍之內。井下充填起到了控制或減少地表變形的作用。

5 經濟與社會效益

邢東礦采用超高水材料充填開采技術，現(xiàn)已成功充填回采煤量50萬噸（最高月產5.5萬噸），利潤1.7億元。同時節(jié)省了巨額拆遷費用，不但置換出來煤，還大量利用了井下污水，減小對環(huán)境的污染。對于解放建下乃至三下壓煤都有很好的應用性。

參考文獻

[1] 馮光明.超高水充填材料及其充填開采技術研究與應用[D].徐州：中國礦業(yè)大學，2009.

[2] 張力亞.超高水材料充填開采設計方法及地表移動控制分析[D].徐州：中國礦業(yè)大學，2001.

摘 要：邢東礦井田范圍內共有11個村莊，村莊壓煤占全部井田地質儲量的82%以上，實施采后充填迫在眉睫。針對這一難題，邢東礦進行了超高水充填開采技術研究，并在1126綜采面進行了成功應用。不但解放了大量村莊壓煤，還大量利用了井下污水，減小對環(huán)境的污染，具有極大的經濟社會效益。

關鍵詞：村莊壓煤 超高水 充填開采

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0038-02

邢東礦剩余煤炭資源的82%以上為村莊壓煤，大量建下壓煤的存在，對當前及今后礦井合理的生產布局、正常的采掘接續(xù)安排與持續(xù)穩(wěn)產均產生了極大影響，嚴重制約著礦井回采率及可持續(xù)發(fā)展能力的提升。為解決這一難題，邢東礦開展了超高水材料充填開采的試驗研究，并在現(xiàn)場進行了成功應用。

1 工程概況

邢東礦1126工作面，是本礦首個超高水充填工作面。該工作面主采2#煤層，走向長490 m，傾斜長70 m，煤層平均厚度4.5 m，煤層平均傾角10.3°，可采儲量 25萬t。采用單一厚煤層一次采全高傾斜長壁后退式采煤法，用超高水材料充填方法控制采空區(qū)頂板。

2 超高水充填材料基本性能

2.1 材料簡介

超高水速凝固結充填材料（簡稱超高水材料）是指水體積在95%以上，最高可達到97%的超高水材料。主要由AB兩種物料，分別加入8～11倍水組成。A料主要以鋁土礦石膏等獨立煉制并復合超緩凝分散劑構成，B料由石膏、石灰和復合速凝劑構成。兩者按一定比例配合使用，強度可根據需要進行調整，滿足井下充填要求。

2.2 材料物理力學基本性能

（1）材料力學性能。

超高水材料不同水體積固結體的強度隨時間變化規(guī)律如圖1所示。從中可以看出，早期強度較高，而7 d后強度增長緩慢。

（2）材料變形特性。

超高水充填材料用于采空區(qū)充填后，處在較為封閉的狀態(tài)，其固結體要受到上覆巖層的作用，體積是否會發(fā)生收縮或者膨脹，直接影響對上覆巖層的有效控制。圖2所示為超高水充填材料固結體體積應變隨時間變化的曲線。從中可以看出，超高水材料受壓后，體積應變較小，位于0.001～0.003之間，表現(xiàn)出良好的不可壓縮性。

3 超高水充填采煤工藝

3.1 超高水充填支架

我礦使用的充填液壓支架型號為ZC12400/30/50，是一種新型的超高水充填開采工作面支護設備，做到了采煤與充填作業(yè)的分離，避免了采煤與充填的相互干擾。

充填液壓支架采用前后置型式，前后支架穩(wěn)定機構均采用四連桿機構。前置支架和后置支架均為三柱掩護式型式。本充填支架前端支架實現(xiàn)頂板與煤壁支護，后端支架實現(xiàn)充填與頂板支護，支架前部滿足正常的綜合機械化開采，后部支架實現(xiàn)采空區(qū)超高水充填，同時滿足充填和采煤協(xié)調作業(yè)。

3.2 超高水充填系統(tǒng)

邢東礦1126綜采面超高水充填系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)：地面制漿系統(tǒng)、管路輸送系統(tǒng)和工作面充填回采系統(tǒng)。

（1）地面制漿系統(tǒng)：制漿系統(tǒng)是整個充填系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)。其主要任務是將固體粉料配制成足量符合充填要求的液態(tài)漿體，便于長距離輸送。根據超高水材料的需求我們建設了A、B兩套制漿系統(tǒng)，每條制漿系統(tǒng)制漿能力為110 m3/h。漿體配制好后，我們把配置好的漿液暫時儲存在儲漿池內，待地面制漿完畢后，通過漿體自流系統(tǒng)將配置好的A、B兩種漿液由地面注漿站輸送到井下回采工作面。

（2）管路輸送系統(tǒng)：管路輸送系統(tǒng)分為豎直段、大巷水平段和工作面輸送段；豎直段長800 m，大巷水平段長1500 m，1126工作面輸送段長400 m，總共長2700 m，管路均鋪設兩趟，分別用來輸送A、B漿液。在距離工作面60 m左右設置管路混合器，兩趟管路變?yōu)橐惶耍瑢、B兩種漿液混合在一起。

（3）工作面充填回采系統(tǒng)：工作面充填方式為采空區(qū)混合式充填，利用5個隔板支架，將工作面分成4個區(qū)域，沿工作面方向共布置4個包，包與包間隔一個支架寬度，每個包橫跨9個支架的充填空間。充填方式采用采空區(qū)掛袋式封閉充填。這種充填方式的充填率高，充填體成型規(guī)則，且充填完成后充填體的密封性良好（見圖3）。

3.3 超高水充填開采采煤方法

該充填工作面采用“四六”制作業(yè)，早班和晚班檢修、充填，中班和夜班出煤生產，采用雙滾筒采煤機割煤，采煤機割煤三刀，采空區(qū)充填一次，循環(huán)進度2.1 m，一天兩個循環(huán)。充填工藝流程如下。

后置支架拉架→掛袋充填準備→輸送料漿→正常充填→管道清洗→充填結束驗收→凝固、檢修。

4 超高水充填工作面礦壓規(guī)律實測分析

為研究超高水材料充填開采的地表移動規(guī)律，也為本礦今后“三下”壓煤開采提供基礎數據，我們在1126充填工作面上方建立了地表移動觀測站，根據1126觀測站的觀測數據顯示，1126充填工作面地表變形量處于I級破壞范圍內所要求的地表變形值范圍之內。井下充填起到了控制或減少地表變形的作用。

5 經濟與社會效益

邢東礦采用超高水材料充填開采技術，現(xiàn)已成功充填回采煤量50萬噸（最高月產5.5萬噸），利潤1.7億元。同時節(jié)省了巨額拆遷費用，不但置換出來煤，還大量利用了井下污水，減小對環(huán)境的污染。對于解放建下乃至三下壓煤都有很好的應用性。

參考文獻

[1] 馮光明.超高水充填材料及其充填開采技術研究與應用[D].徐州：中國礦業(yè)大學，2009.

[2] 張力亞.超高水材料充填開采設計方法及地表移動控制分析[D].徐州：中國礦業(yè)大學，2001.