預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)分析

張同國(guó)

（山西新景礦煤業(yè)有限公司，山西陽(yáng)泉045000）

引言

固體充填采煤過(guò)程中，需對(duì)巖層移動(dòng)、地表變形做出良好控制，而控制的關(guān)鍵即為保障采空區(qū)的充實(shí)率，以現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)備來(lái)看，“仰采俯充”法是較適合保障采空區(qū)充實(shí)率的方法。但從我國(guó)實(shí)際狀況來(lái)看，“三下”壓煤區(qū)域的存在范圍比較大，受其影響，“仰采俯充”不能在后退式開(kāi)采模式中實(shí)現(xiàn)，需要對(duì)采煤方式做出改變。

1 預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

1.1 較難保證巖層移動(dòng)控制效果

固體充填采煤過(guò)程中，可以更好地對(duì)采煤時(shí)的巖層、地面變形情況作出有效控制。如果依然采用原有的設(shè)備工藝進(jìn)行前進(jìn)式開(kāi)采，那么巖層及地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變形情況將會(huì)難以控制，并且會(huì)大幅度降低整體的開(kāi)采效率。因此，實(shí)際應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)，應(yīng)主要解決如何兼顧巖層移動(dòng)控制效果及開(kāi)采效率的問(wèn)題。

1.2 較難控制沿空巷道集中應(yīng)力平衡

應(yīng)用前進(jìn)式開(kāi)采方法采煤時(shí)，沿空巷道的預(yù)留為主要工作之一。一方面，便于移動(dòng)大型采煤設(shè)備；另一方面，實(shí)現(xiàn)有效的置換煤炭資源和固體填充物。但實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，隨著作業(yè)面的向前掘進(jìn)，在采動(dòng)集中應(yīng)力作用下，夯實(shí)造成的側(cè)壓力會(huì)作用在沿空巷道支護(hù)體系上，而固體填充期間，需要與作業(yè)面具備一定的間距，由此一來(lái)，不僅集中應(yīng)力會(huì)作用到此段的沿空巷道，而且固體填充物反作用于支護(hù)體系，平衡這兩種力的難度較大，如未能有效的平衡，則會(huì)增加填充體垮塌風(fēng)險(xiǎn)[1]。

1.3 雙向沿空巷道難以結(jié)合固體充填及采煤工作

在預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)中，巷道共2個(gè)，二者需要相互配合，完成采煤與固體充填，傳統(tǒng)的固體采煤技術(shù)采取后退式，需要將充填設(shè)備增加到原有工作面上，以實(shí)現(xiàn)有效填充的目的。應(yīng)用前進(jìn)式開(kāi)采技術(shù)，進(jìn)一步提高了采煤作業(yè)面上的工作量，充填、采煤、雙向沿空巷道的操作均要在一個(gè)循環(huán)內(nèi)完成，如果其中一個(gè)工作存在安全隱患，將會(huì)影響整體采煤工作的安全性。

2 預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)分析

預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)中，工作面采用預(yù)掘巷，進(jìn)回風(fēng)巷道后，工作面形成。開(kāi)采時(shí)，背對(duì)采區(qū)運(yùn)煤上山方向進(jìn)行，推進(jìn)工作面的過(guò)程中，雙向沿空留巷工作同時(shí)進(jìn)行，運(yùn)煤、運(yùn)料、行人等均在沿空巷道中進(jìn)行。

2.1 布置采煤工作面設(shè)備及優(yōu)化液壓支架結(jié)構(gòu)

前進(jìn)式采煤工作面中，采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、充填采煤液壓支架等均為主要設(shè)備，布置設(shè)備工作面時(shí)，相同于普通綜采，在軌道巷中布置充填運(yùn)輸設(shè)備，如運(yùn)矸帶式輸送機(jī)。由此一來(lái)，能夠順利運(yùn)輸充填物料及煤炭，使二者間不產(chǎn)生干擾，促進(jìn)了巷道斷面的減小[2]。通過(guò)前頂梁的掩護(hù)，于同一通道中開(kāi)展充填、采煤工作，同時(shí)，正四連桿機(jī)構(gòu)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定限制，再加上后立柱存在的影響，導(dǎo)致視覺(jué)空間差存在于充填作業(yè)，使充填進(jìn)度、充填質(zhì)量無(wú)法有效的掌握、控制。為解決此問(wèn)題，優(yōu)化液壓支架結(jié)構(gòu)，采用雙通道充填與采煤一體化液壓支架，此支架共由六部分組成，分別為前后頂梁、反四連桿機(jī)構(gòu)、立柱、夯實(shí)機(jī)、底座。在一體化液壓支架作用下，采煤與填充工作不在共用一個(gè)通道，而是使用自己獨(dú)立的通道，使可視空間增大，促進(jìn)充填效果的提升，提高充填效率。

2.2 采煤沿空留巷支護(hù)方案

在預(yù)掘兩巷前進(jìn)式工作面中，充填體能夠良好的支撐采空區(qū)，采動(dòng)影響較小，且垂直方向的壓力也不大，有利于進(jìn)行沿空巷道的預(yù)留。在預(yù)留過(guò)程中，采空區(qū)充填階段與采空區(qū)頂板下沉階段依然會(huì)給其帶來(lái)一定的壓力，為保證巖層移動(dòng)控制效果，還需要設(shè)計(jì)沿空留巷的支護(hù)體[3]。前進(jìn)式采煤技術(shù)中，沿空留巷常用的支護(hù)方案有兩種，一種為加強(qiáng)支護(hù)方案，一種為巷旁支護(hù)體支護(hù)方案。支護(hù)方案施工過(guò)程中，首先應(yīng)準(zhǔn)備支護(hù)材料，包含矸石袋、雙頭螺母錨桿、錨索、菱形金屬網(wǎng)等，需注意，接矸工作禁止在多孔底卸式輸送機(jī)下進(jìn)行；其次設(shè)置臨時(shí)支護(hù)，沿著走向，將單體液壓支柱打在巷道內(nèi)，共2排，一排與矸石墻緊靠，另一排與矸石墻間的距離為2 000 mm，每排中，單體液壓支柱共3根，兩個(gè)單體液壓支柱間的距離保持為800 mm，支護(hù)托鉸接頂梁開(kāi)展，在支架后頂梁處，單體液壓支柱支設(shè)3根，保證位于其與巷旁支護(hù)體之間，支柱間的距離保持為1 000 mm，支護(hù)托3 000 mm鋼梁開(kāi)展，還需將帶帽單體液壓支柱支設(shè)在充填體與支架后頂梁之間，1個(gè)即可，避免充填體滑落，保證作業(yè)人員安全；然后為壘砌矸石墻，進(jìn)行1次移架后，即開(kāi)展1次壘砌，順序壓茬進(jìn)行，為了避免施工面發(fā)生倒塌，壘砌方式選擇為梯形坡度；最后為矸石墻支護(hù)，壘砌矸石墻過(guò)程中，金屬網(wǎng)先進(jìn)行鋪設(shè)，應(yīng)將整個(gè)墻面覆蓋之后在進(jìn)行鋼帶安裝及鋼筋梯布置，鋼帶需與巷道頂?shù)装宕怪?，鋼筋梯布置沿著巷道走向開(kāi)展，安裝及布置完成后固定，接著進(jìn)行雙頭螺紋式錨桿的安裝，采空區(qū)側(cè)先裝，之后再進(jìn)行巷道內(nèi)側(cè)安裝[4]。

2.3 一體化工藝優(yōu)化

利用前進(jìn)式固體充填技術(shù)采煤時(shí)，為將生產(chǎn)效率提高，以普通固體充填采煤工藝為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一體化工藝，有機(jī)地結(jié)合沿空留巷工藝、采煤技術(shù)、固體充填技術(shù)，使其在時(shí)間、空間上的配合達(dá)到最優(yōu)，平行開(kāi)展這三項(xiàng)作業(yè)，達(dá)到提升采煤效率的目的[5]。沿空留巷與固體充填采煤設(shè)計(jì)為一體化工藝后，在一個(gè)循環(huán)中，需完成三項(xiàng)工作，分別為一步距割煤、固體材料充填、沿空留巷。實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，先按照普通綜采工藝進(jìn)行采煤，在通過(guò)充填準(zhǔn)備、充填采空區(qū)等一系列操作完成固體材料充填。充填緊隨采煤之后同步進(jìn)行，也就是支架距離的割煤完成后，支架后部充填隨即開(kāi)展，充填完所有的支架時(shí)，整體前移輸送機(jī)，補(bǔ)充充填所有支架，使充填整個(gè)工作面的操作完成，開(kāi)始下一個(gè)采煤循環(huán)前，于準(zhǔn)備時(shí)間內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充充填。充填期間，需不間斷運(yùn)行輸送機(jī)，壘砌矸石墻操作無(wú)法進(jìn)行，因此，壘砌應(yīng)在充填前進(jìn)行，開(kāi)始充填口，支護(hù)方案施工開(kāi)始。三種工藝結(jié)合為一體化工藝后，2～3 h左右即可完成一個(gè)循環(huán)。

3 結(jié)語(yǔ)

固體充填采煤技術(shù)是當(dāng)前比較先進(jìn)的一種采煤方式，但以往后退式模式在保障采空區(qū)充實(shí)率方面的效果并不理想，設(shè)計(jì)預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)后，依然采取普通綜采工藝采煤，但同時(shí)進(jìn)行固體充填與沿空留巷操作，有效提升了采空區(qū)充實(shí)率，控制了巖層的移動(dòng)。不過(guò)，此種前進(jìn)式采煤工藝在應(yīng)用過(guò)程中存在較多的難點(diǎn)，還需根據(jù)采煤作業(yè)區(qū)域情況優(yōu)化工藝，提升采煤效率。

[1]毛振文.固體充填采煤技術(shù)淺析[J].山東煤炭科技，2015（12）：39-40.

[2]丁其樂(lè)，周躍進(jìn).固體充填采煤超大跨度開(kāi)切眼成巷及支架安裝技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015（6）：1 333-1 338.

[3]高瑞，黃鵬，曹遠(yuǎn)威，等.固體充填采煤工作面留復(fù)合偽頂開(kāi)采調(diào)整技術(shù)研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2015（1）：10-14.

[4]繆協(xié)興，張吉雄.井下煤矸分離與綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014（8）：1 424-1 433.

[5]蘇建.充填采煤技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（18）：99.