大傾角煤層安全高效充填開采技術(shù)探析

曾國(guó)華

【摘 要】目前，就大傾角煤層開采現(xiàn)狀來(lái)看，合理的選擇開采技術(shù)，才能滿足大傾角煤層安全高效的要求。所以，本文以某公司的大傾角煤層安全高效充填開采技術(shù)進(jìn)行分析，希望可以攻克大傾角煤層技術(shù)方面的難題。

【關(guān)鍵詞】大傾角煤層；開采；安全；充填

中圖分類號(hào)： TD823.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）17-0149-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.074

【Abstract】at present， in view of the mining status of large-dip coal seam， the reasonable selection of mining technology can meet the requirements of safety and efficiency of large-dip coal seam. Therefore， this paper analyzes the safety and efficient filling mining technology of a certain companys large-dip coal seam， hoping to solve the technical problems of large-dip coal seam.

【Key words】High dip coal seam；Mining；Safety；Filling

目前，在煤炭開采工程和學(xué)術(shù)界中都沒有對(duì)“大傾角煤層”進(jìn)行統(tǒng)一的定義，目前，將35°-55°的煤層稱之為大傾角煤層。目前，在已經(jīng)探明的煤炭?jī)?chǔ)量中，大傾角煤層占據(jù)的儲(chǔ)量為20%，而產(chǎn)量為10%，考慮到我國(guó)對(duì)于稀缺煤種的保護(hù)性開采，提升煤層資源的采出率，就成為能源安全的重要問(wèn)題之一。

1 充填方式確定

按照實(shí)際的開采條件，選擇相對(duì)應(yīng)的填充方式，經(jīng)過(guò)合理的闡述，似膏體管道自流填充為最終確定的數(shù)據(jù)。

第一，膏體泵填充技術(shù)，雖然含量較高，并且在井下的脫水量很少，但是需要大量的資金，并且技術(shù)本身的可靠性偏低。但是似膏體自流充填就可以彌補(bǔ)這些方面的缺陷，并且操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠性較高。基于經(jīng)濟(jì)處罰，因?yàn)槌涮罘秶械膬?chǔ)量偏低，所以，選擇似膏體自流充填技術(shù)更加方便合理[1]。

第二，如果選擇膏體泵送進(jìn)行充填處理，其本身存在較差的流動(dòng)性能，在直接排出管道之后，就會(huì)提升接頂?shù)碾y度。但是通過(guò)這樣的方式，就可以滿足漿體流動(dòng)性以及料漿濃度充填的要求，并且也可以滿足空區(qū)充滿率。

第三，按照相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行加壓輸送的時(shí)候遇到壓力不足，無(wú)法選擇管道自流輸送，才會(huì)對(duì)其余的方式加以選擇。具體而言，管道自留的輸出標(biāo)準(zhǔn)只有管路系統(tǒng)幾何填充倍線小于5-6。

通過(guò)實(shí)際的計(jì)算，采取首期的充填范圍內(nèi)充填倍線只有3.0，這一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滿足自流輸送，所以，選擇自流輸送這一模式。

2 基于FAHP-DEA的工作面封堵方法

2.1 充填擋墻構(gòu)筑工藝

2.1.1 混凝土擋土墻

對(duì)于混凝土隔墻構(gòu)筑而言，首先要考慮到混凝土磚砌筑外層，對(duì)于內(nèi)層的澆筑則需要使用0.5m的混凝土進(jìn)行，但是總厚度需要在0.8m左右。為了滿足充填封閉墻穩(wěn)定性要求，在充填之前需要進(jìn)行14d的養(yǎng)護(hù)。為了避免擋墻垮塌，需要實(shí)現(xiàn)分段的填充處理，當(dāng)滿足高度要求之后，放置1d，確保充填體本身初凝，提升自立性，等待滿足封閉墻高度，就可以進(jìn)行后續(xù)的操作[2]。

這一種方式本身具備一定的安全性，并且自身的承載能力較高，且適應(yīng)力較強(qiáng)，但是材料成本高、施工工藝復(fù)雜、強(qiáng)度上升相對(duì)緩慢，不能在高效高產(chǎn)的采礦作業(yè)面使用。

2.1.2 金屬網(wǎng)柔性擋墻

柔性密閉濾水擋墻，柔性擋墻本身的工序非常的簡(jiǎn)單，并且施工工期相對(duì)片段，勞動(dòng)強(qiáng)度地，所以，就可以滿足循環(huán)操作之中的節(jié)約。

2.1.3 煤矸石空心磚擋墻

空心磚主要是利用一定的爐渣或者是其余的水泥和骨料進(jìn)行混合，并且將其擠壓成為免燒磚?？招拇u本身比重偏輕，并且成型之后會(huì)達(dá)到35%的空洞率，因此空心磚本身較輕，有利于搬運(yùn)以及快速施工處理?？招拇u擋墻工藝：地基上直接選擇混凝土進(jìn)行鋪底處理，確保其和硬巖能夠相互的結(jié)合，在內(nèi)部，則選擇混凝土進(jìn)行填充處理，并且需要將內(nèi)外墻面進(jìn)行抹平，然后其砌墻的砂漿配合比：1：2的水泥與砂，墻面選擇1：1的配合比，抹墻面所使用的沙粒其直徑不得超過(guò)1mm，水灰比控制在0.45。另外，在進(jìn)行砌筑的時(shí)候，需要針對(duì)粘土進(jìn)行填充，這樣也可以滿足墻體可縮量的要求。為了滿足充填漿料水分充分濾出的要求，每間隔兩層轉(zhuǎn)，需要有兩個(gè)濾水窗戶，從窗戶朝外用濾布包裹其濾水孔。直接將擋墻外巷利用砌擋漿墻，直接用于濾水以及管道中料漿的盛放，所以控制高度為1m，而厚度控制在20cm。

2.1.4 木制擋墻

在進(jìn)口的位置上使用木制充填擋土墻，直接將4-5條立柱和2-3條橫支撐直接設(shè)置在進(jìn)路端部，然后使用木板封堵，同時(shí)設(shè)置兩層的土工布，如此就可以在開展濾水施工的同時(shí)，也可以做好跑砂的防范。在模板上，直接鑿開小孔用于排水。設(shè)置斜支撐來(lái)頂住橫支撐，這樣就可以保護(hù)器穩(wěn)定性。另外，木板上應(yīng)該有相應(yīng)的觀察窗設(shè)置，這樣就可以對(duì)實(shí)際的充填情況加以料及，為了避免有跑砂的情況出現(xiàn)，那么就需要直接選擇水泥砂漿來(lái)直接完成擋墻兩側(cè)的密閉處理。目前，木制擋墻使用的非常廣泛，同時(shí)成本低廉，施工非常簡(jiǎn)單。使用木制結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫^(guò)濾的材料使用的是土工布，所以本身的脫水能力較強(qiáng)，同時(shí)過(guò)濾效率良好，泄水的水質(zhì)也非常的清澈[3]。

但是在使用木制擋墻的時(shí)候，還需要認(rèn)識(shí)到：

第一，因?yàn)閷?duì)擋墻存在強(qiáng)度的要求，所以對(duì)于木材本身的要求偏高。第二，立柱的架設(shè)，還需要直接打上柱窩，但是因?yàn)樾枰藶檫M(jìn)行處理，所以本身的勞動(dòng)強(qiáng)度較大。第三，擋墻圓木以及背板都直接綁扎在一起，這樣不利于回收。第四，對(duì)于木材的消耗量較大，并且抗沖擊能力較弱。第五，架設(shè)施工相對(duì)困難，并且施工的安全性偏低。

針對(duì)四中擋土墻，進(jìn)行比較，具體見表1所示。

考慮到基本情況，初步選擇空心磚和木制兩種工藝為備選方案。

2.2 采廠頂板穩(wěn)定性分析

在實(shí)際的采煤工藝中，每次推進(jìn)0.6m，滿足采煤和填充之間的最佳匹配，基于MIDAS/GTS的便捷人機(jī)交流平臺(tái)，其具體的方式由三種，基于不同方案的工作面穩(wěn)定性進(jìn)行分析，最終確定相對(duì)應(yīng)的工藝技術(shù)參數(shù)：

第一，采4充1，充填的斜長(zhǎng)為2.4m。按照進(jìn)4刀一次充填的模式進(jìn)行。

第二，采6充1，充填的斜長(zhǎng)為3.6m，進(jìn)6刀一次充填的模式進(jìn)行。

第三，采8充1，充填的斜長(zhǎng)為4.8m，按照進(jìn)8刀一次充填的模式進(jìn)行。

首先，按照彈塑性力學(xué)理論，為了滿足精度要求，就需要確保所選擇的模型能夠?yàn)閷?shí)際開挖的3-5倍，并且要求傾角選擇30°。考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，并且方便后的計(jì)算，模型為100m*50m*350m。其次考慮到存在中段上覆巖體本身的作用，10MPa為荷載。然后進(jìn)行關(guān)鍵部位開采的時(shí)候，考慮到相對(duì)密集的網(wǎng)格劃分，但是個(gè)別區(qū)域則相對(duì)的稀疏[4]。

針對(duì)三種不同的方案，對(duì)于各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行匯總，具體見表2所示。不難看出，隨著空頂范圍的逐漸增大，其壓應(yīng)力和頂板拉都在逐漸的增大，但是都在允許的強(qiáng)度范圍之中。

2.3 充填高度與擋墻工藝組合方案

為了確定最佳的采、充關(guān)系，以及最佳的擋墻構(gòu)筑工藝，按照表1的數(shù)據(jù)分析，從而選擇4種方案。

基于封堵工藝以及填充高度的具體要求，上述的各種方案都有自身需要面臨的問(wèn)題，再加上因素之間還會(huì)有不確定的相關(guān)性的存在。所以，在工作面結(jié)構(gòu)參數(shù)的具體選擇方面，要考慮到本身輔助的問(wèn)題。針對(duì)多個(gè)指標(biāo)系統(tǒng)的不同對(duì)象，無(wú)法對(duì)其優(yōu)劣進(jìn)行比較，所以，就需要通過(guò)評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行選擇。但是目前的評(píng)價(jià)方式較多，所以需要考慮到綜合性的評(píng)價(jià)方式。針對(duì)擋墻工藝與充填高度之間的相互組合，綜合評(píng)定選擇FAHP-DEA來(lái)進(jìn)行處理。通過(guò)合理的判斷與分析之后，最佳的方式為采6充1，再配合上煤矸石空心磚擋墻。所以，選擇這一個(gè)工藝，在滿足安全性能的基礎(chǔ)上，同時(shí)也能夠節(jié)約大量的木材。無(wú)論是經(jīng)濟(jì)方面，還是社會(huì)方面，都是最佳的選擇。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，大傾角煤層開采技術(shù)的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵裝備、核心技術(shù)等方面都取得了一定的突破，并且也具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。在今后的研究之中，還需要針對(duì)大傾角煤層安全高效充填開采技術(shù)進(jìn)行更進(jìn)一步的研究，這樣才能夠滿足安全高效生產(chǎn)的要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]柳晶，李根威.條帶充填保水開采導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨榷嘁蛩赜绊懛治鯷J].煤礦安全，2018（03）：194-197.

[2]梁洪彪.某礦4號(hào)煤矸石充填開采技術(shù)研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2018（02）：111-113.

[3]周波.關(guān)于高水充填開采技術(shù)的探討[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2018（03）：11-12.

[4]牛建平.“三下”煤層安全高效開采技術(shù)研究[J].山東煤炭科技，2016（08）：38-39+41.