舊巷充填技術(shù)在煤柱回收中的應(yīng)用

范利軍

(晉能集團(tuán) 新村煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046308)

在我國(guó)一次性能源消耗中，雖然煤炭占比逐年下降，但是其主導(dǎo)地位并未發(fā)生變化。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)能源的需求逐年增加，勢(shì)必會(huì)加大煤炭資源的開(kāi)采總量。以往大部分礦井對(duì)巷道煤柱、邊角煤等資源不進(jìn)行回收，即便對(duì)煤柱和邊角煤進(jìn)行回收，往往會(huì)出現(xiàn)支架傾倒、風(fēng)流紊亂和頂板破碎等不利因素，影響礦井的安全生產(chǎn)。

如何最大限度地提高煤柱、邊角煤等煤炭資源的采出率，尤其是稀缺煤種，具有重要的戰(zhàn)略意義、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，煤炭行業(yè)的專家和工程技術(shù)人員提出和總結(jié)出一系列煤柱回收方法，主要包括房柱式開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用、無(wú)煤柱護(hù)巷技術(shù)、舊巷充填等[1-3]。本文以新村煤礦為例，分析回收煤柱區(qū)域內(nèi)巷道分布情況、煤層賦存條件，以及生產(chǎn)、運(yùn)輸、通風(fēng)等系統(tǒng)與礦井各系統(tǒng)的銜接情況等因素，以最優(yōu)化的方式對(duì)煤柱進(jìn)行安全高效的開(kāi)采。

1 礦井概況

新村煤礦位于武鄉(xiāng)縣墨鐙鄉(xiāng)新村，行政區(qū)劃屬墨鐙鄉(xiāng)所轄。井田面積為5.298 4 km2，生產(chǎn)能力為90萬(wàn)t/a。

目前，礦井開(kāi)采煤層為15號(hào)煤層，采用綜采放頂煤采煤方法。該煤層部分區(qū)域已開(kāi)采完畢，為提高煤炭資源的采出率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，決定對(duì)先行開(kāi)采區(qū)域內(nèi)的采區(qū)大巷煤柱進(jìn)行回收。依據(jù)回收煤柱區(qū)域內(nèi)舊巷的分布情況，可圈定的回采工作面開(kāi)切眼長(zhǎng)度為150 m，可推進(jìn)長(zhǎng)度為503 m，煤層厚度為5.20 m。

回收工作面沿用綜采放頂煤采煤方法，在推進(jìn)過(guò)程中先后經(jīng)過(guò)6條垂直或斜交舊巷和1條平行于工作面的舊巷，編號(hào)依次為1-7號(hào)；其中1號(hào)舊巷(采區(qū)回風(fēng)巷)垂直于工作面沿煤層頂板布置，4號(hào)舊巷(采區(qū)水倉(cāng))低于煤層底板布置，其余巷道沿煤層底板布置。

2 舊巷充填技術(shù)的應(yīng)用[4-5]

根據(jù)回收工作面圈定范圍內(nèi)舊巷分布情況、圍巖變形情況等因素，先對(duì)舊巷采用充填方式進(jìn)行充填處理，然后采用正規(guī)回采方式對(duì)煤柱進(jìn)行回收。

2.1 舊巷充填方案

1) 沿煤層頂板布置和垂直或斜交于工作面的巷道采用超高水材料分段阻隔充填法進(jìn)行充填；

2) 沿煤層底板平行于工作面布置的巷道采用原煤進(jìn)行直接充填，并配合水泥漿液及添加劑對(duì)原煤充填體進(jìn)行注漿加固；

3) 采區(qū)水倉(cāng)采用散煤配合碎石塊對(duì)底板進(jìn)行填實(shí)硬化。

2.2 充填工藝

2.2.1 超高水材料充填工藝

由于舊巷坡度較小，采用分段阻隔充填方法充填，從工作面切眼由里向外依次充填，分段長(zhǎng)度為15 m(分段長(zhǎng)度可依據(jù)具體巷道情況適當(dāng)縮短或延長(zhǎng))；充填時(shí)根據(jù)巷道底板標(biāo)高，將注漿管放在位置較高的巷道口，充填第一段時(shí)，在本充填段巷道兩端構(gòu)筑隔離墻，隔離墻采用單體液壓支柱固定不可燃的板材構(gòu)成，同時(shí)兩端伸入煤幫200 mm。密閉支設(shè)完成后，按分段阻隔式充填巷道方法進(jìn)行施工，見(jiàn)圖1。

綜合考慮確定漿液的水灰比為6∶1，2種單漿液混合后可在20 min左右實(shí)現(xiàn)初凝，固結(jié)體的7 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到最終強(qiáng)度的70%左右，每噸材料可充填體積約6.8 m3，凝結(jié)體最終強(qiáng)度能達(dá)到0.7 MPa。

超高水材料充填工藝系統(tǒng)示意見(jiàn)圖2。

圖2 超高水材料充填工藝系統(tǒng)示意

2.2.2 原煤注漿充填工藝

1) 區(qū)段劃分：將巷道斷面由下向上劃分為8層，其中下7層厚度為300 mm，最上面一層厚度為600 mm；在巷道縱向長(zhǎng)度上每3 m劃分為一區(qū)段，每個(gè)區(qū)段劃分為兩個(gè)階段，下階段高1.5 m，上階段高1.2 m，臺(tái)階式后退充填，見(jiàn)圖3。

圖3 充填區(qū)段與分層劃分示意(mm)

2) 原煤注漿工藝：將粒徑10～50 mm的散煤塊裝入塑料編織袋，沿區(qū)段邊界壘煤墻厚度0.5 m；用灌漿管插入煤墻編織袋內(nèi)，注入水灰比為0.5∶1的灰漿(摻入5%的速凝劑)固化煤墻，見(jiàn)圖4。

圖4 砌筑煤墻示意

將散煤按厚度300 mm均勻鋪設(shè)，然后將水灰比為1∶1的水泥漿液(摻入3%的速凝劑)，由內(nèi)向外均勻灌灑在散煤表面，灌灑漿液量為0.2 m3/m2；邊灌灑漿液邊與散煤攪拌均勻，攪拌完畢后鋪平，保持凝固10 min進(jìn)行下一層鋪設(shè)；由下向上依次施工4層，完成第一區(qū)段第一階段充填；采用同樣的方法施工第二區(qū)段的第一階段，見(jiàn)圖5。

圖5 下階段分層充填

第一區(qū)段第二階段施工，首先按圖4所示方法施工2個(gè)300 mm厚的分層；其次，最上一層600 mm厚分層(基于施工、通風(fēng)等因素考慮，留設(shè)200 mm高的間隙)，采用將散煤裝入塑料編織袋，由內(nèi)向外充填；最后，由內(nèi)向外灌入漿液，充填散煤間空隙，完成一個(gè)區(qū)段的充填，見(jiàn)圖6。

圖6 上階段分層充填示意

以后循環(huán)按圖7所示的Ⅰ—Ⅱ順序施工，直至完成整個(gè)巷道的充填。

圖7 充填循環(huán)步驟示意

2.2.3 采區(qū)水倉(cāng)充填工藝

采區(qū)水倉(cāng)采用圓木支撐，配合散煤和碎石塊進(jìn)行充填，保證底板平整硬化。

3 充填效果

1) 沿煤層頂板布置和垂直或斜交于工作面的巷道采用超高水材料充填后，巷道的充填率達(dá)到了90%以上，充填體的最終強(qiáng)度達(dá)到0.7 MPa，減少了工作面應(yīng)力集中區(qū)域，能有效地控制工作面礦壓顯現(xiàn)；保證工作面風(fēng)流方向和風(fēng)量的穩(wěn)定；避免工作面范圍內(nèi)體積大于0.5 m3的瓦斯積聚區(qū)域的出現(xiàn)。

2) 沿煤層底板平行于工作面布置的巷道采用原煤并配合水泥漿液及添加劑進(jìn)行充填后，能保證回采過(guò)程中煤壁的穩(wěn)定性，避免壓架和倒架事故的發(fā)生，保證工作面順利通過(guò)舊巷，減少搬家倒面的次數(shù)，并且提高了煤炭資源的采出率。

3) 采區(qū)水倉(cāng)采用散煤配合碎石塊對(duì)底板進(jìn)行填實(shí)硬化，既保證工作面安全高效回采，又進(jìn)一步降低了煤柱回收的成本。

總之，采用舊巷充填技術(shù)回收煤柱，大大提高了煤炭的采出率，同時(shí)又為工作面安全高效生產(chǎn)提供了技術(shù)保障，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。