矸石注漿巷道充填開(kāi)采技術(shù)在煤礦中的實(shí)際應(yīng)用

【摘要】巷道充填開(kāi)采方法是近年來(lái)“三下”開(kāi)采所使用的減沉方法，該方法操作較簡(jiǎn)單，但是其生產(chǎn)能力小。巷道充填開(kāi)采多用于解決井下矸石升井和矸石占地問(wèn)題，如果用矸石充填后再加上注漿，其減沉效果更好，對(duì)地表的損害影響更小。新三礦北區(qū)根據(jù)特有的地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)等條件，利用矸石注漿巷道充填開(kāi)采的方式對(duì)“三下”壓煤區(qū)進(jìn)行開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)井下開(kāi)拓巷道產(chǎn)生的矸石不升井，做到了綠色環(huán)保，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】矸石；注漿；巷道充填；綠色環(huán)保

1、工程概況

冀中能源峰峰集團(tuán)新三礦北區(qū)是一個(gè)整合礦井，礦井內(nèi)2號(hào)煤層屬肥煤，是優(yōu)質(zhì)的煉焦用煤。礦井十一采區(qū)為“三下”壓煤區(qū)，為了礦井開(kāi)拓巷道排矸的需要及稀缺優(yōu)質(zhì)肥煤資源的價(jià)值，根據(jù)設(shè)計(jì)，新三礦北區(qū)11采區(qū)北翼-300水平以下采用矸石注漿巷道充填的方法開(kāi)采，共布置充填巷道24條，開(kāi)采標(biāo)高-300～-370m。

2、矸石注漿巷道充填開(kāi)采

采用寬巷沿煤層下山方向掘進(jìn)的方法采出煤炭資源，然后用矸石充填開(kāi)采空間，再用水泥和粉煤灰等以一定的比例混合后注入到矸石充填體內(nèi)。掘進(jìn)巷道寬度5m，平均高度3.0m，采用的支護(hù)方式為W鋼帶、錨索、錨桿、梯子梁。掘進(jìn)方式為炮掘。相鄰巷道留有5m的保護(hù)煤柱，充填開(kāi)采率50%。

矸石巷道開(kāi)采充填工藝：矸石運(yùn)輸——矸石充填——注漿充填。使用井下生產(chǎn)的矸石，利用現(xiàn)有的提升運(yùn)輸系統(tǒng)，采用絞車(chē)和一噸礦車(chē)運(yùn)輸?shù)匠涮钌掀较?，再利用翻罐籠將矸石排到刮板輸送機(jī)上，經(jīng)拋?lái)窓C(jī)充填矸石。每充填2m巷道，對(duì)充填區(qū)進(jìn)行一次注漿。使用注漿泵通過(guò)2寸高壓管管路將注漿液送達(dá)充填地點(diǎn)，注漿液水灰比為1：1，注漿泵站的壓力不得超過(guò)1Mpa，注漿管固定在巷幫，距離巷道底板高度不小于1.2m，且每一根高壓管用不少于一根幫錨桿固定。注漿高壓管在需要轉(zhuǎn)彎處不得有死角，且彎頭的曲率半徑不小于500mm。注漿高壓管在沿走向的低洼處需安裝放漿閥門(mén)，且每隔200米至少有一個(gè)放漿閥門(mén)。

3、巷道充填效果分析

矸石注漿巷道充填效果與多種因素有關(guān)，如巷道變形、充填剩余空間、矸石松散度、粒度、含水率、巷道傾角、充填工藝、矸石密實(shí)度、注漿材料配比、注漿材料凝固時(shí)間及密實(shí)措施等。該地區(qū)煤層傾角平均23°，巷道沿煤層下山方向掘進(jìn)，便于充填作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了高充填率，再加上密實(shí)措施，使充填體更密實(shí)，充填壓實(shí)率達(dá)到了90%以上。

利用寬巷掘進(jìn)充填井下矸石，并進(jìn)行注漿充填的工藝，一方面符合了礦井生產(chǎn)的實(shí)際條件，另一方面其操作簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。巷采充填能夠滿(mǎn)足地表保護(hù)要求，同時(shí)也符合國(guó)家發(fā)展規(guī)劃的節(jié)能減排、綠色環(huán)保要求。

圖：

4、充填巷道變形分析

煤巷掘出后，由于原始應(yīng)力狀態(tài)重新分布與平衡，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)必然伴隨著巷道變形的發(fā)生。巷道變形量的大小與掘進(jìn)空間四周煤柱體、頂?shù)装鍘r性及煤層自身強(qiáng)度、產(chǎn)狀、支護(hù)方式與參數(shù)、深度、局部構(gòu)造、巷道間隔、時(shí)間延續(xù)等密切相關(guān)。

在實(shí)際巷采充填，巷道掘進(jìn)時(shí)采用了錨網(wǎng)索支護(hù)，其支護(hù)強(qiáng)度較大，上覆巖層又由下部的充填物來(lái)支撐，這就控制了它不產(chǎn)生冒落，只產(chǎn)生彎曲下沉變形，其減沉效果較單純矸石充填要好，地表保護(hù)效果也好。在實(shí)施充填工藝時(shí)，因巷道空巷時(shí)間較長(zhǎng)，在地應(yīng)力的作用下，煤層頂?shù)装搴拖锏纼蓭拖蛳锏揽臻g壓縮，產(chǎn)生一定的收縮變形，空巷1個(gè)月產(chǎn)生的收縮變形量在200～500mm。

巷道充填開(kāi)采所產(chǎn)生的地表變形主要來(lái)自充填區(qū)上覆巖層的彎曲下沉，巷道充填后用水泥和粉煤灰注漿充填后，其充填物在地應(yīng)力的作業(yè)下仍產(chǎn)生一定的壓縮變形。按照條帶開(kāi)采的理論，所留設(shè)的5m煤柱沒(méi)有核區(qū)，不充填就不能保證煤柱的穩(wěn)定性。掘進(jìn)巷道時(shí)采用錨網(wǎng)索支護(hù)，增加了巷道頂板的強(qiáng)度，巷道又進(jìn)行了密實(shí)充填，當(dāng)充填體凝結(jié)成型后，對(duì)頂板也起到了穩(wěn)定作用，實(shí)質(zhì)上也保證了煤柱的穩(wěn)定性。充填體壓實(shí)要經(jīng)過(guò)多年的過(guò)程，反映到地表是一個(gè)極為緩慢的變形。目前已開(kāi)采7條巷采充填工作面，根據(jù)地面觀測(cè)站測(cè)量數(shù)據(jù)顯示地表最大下沉量280mm，最大拉伸變形為2.5mm/m，最大傾斜變形為3.3mm/m，地表變形控制在了Ⅱ級(jí)損壞范圍內(nèi)。

5、結(jié)語(yǔ)

新三礦北區(qū)采用矸石注漿巷道充填的開(kāi)采方式，既解決了矸石升井和矸石存放的問(wèn)題，做到了節(jié)能減排、綠色環(huán)保要求，截止到目前共解放“三下”壓煤資源1.7萬(wàn)噸，充填矸石量12000m3。