天裕煤礦厚煤層充填綜采工藝研究

楊虎城 李昱鵬

（內(nèi)蒙古雙欣能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016000）

我國許多礦井都面臨著“三下”呆滯煤炭資源的開采問題，特別是“三下”厚煤層的開采[1-3]。采出壓煤且降低開采對地表的影響，是礦井追求的目標(biāo)。

條帶式采煤工藝[4]雖然可以有效控制地表下沉，但開采效率較低且浪費(fèi)了大量的煤炭資源。隨著充填技術(shù)的日益發(fā)展，充填開采[5-7]逐漸成為解決“三下”壓煤問題最有效的途徑。

本文將厚煤層綜采采煤法和采空區(qū)充填法進(jìn)行了有效的結(jié)合，并開展了相應(yīng)的實(shí)踐，達(dá)到了預(yù)期的效果，可為類似地質(zhì)條件的礦區(qū)開采提供參考。

1 概況

天裕煤礦主采煤層為9號煤層。110901工作面位于一采區(qū)東翼，東與DF3斷層相鄰，上垂直4.75m到8煤（未采），下垂直4.2m為10煤（未采）。工作面煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。工作面煤層平均傾角15°～18°，局部可達(dá)25°，煤層平均厚度3.57m。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

110901工作面走向長度135m，傾向長度150m。工作面底板標(biāo)高+1042～ +1085m，地面標(biāo)高+1215～ +1250m。地面相對位置有一個選煤廠和汽修廠等構(gòu)筑物，屬于典型的“三下”壓煤中的建筑物下壓煤。

2 采煤工藝

綜合110901工作面煤層賦存條件、煤層厚度及頂?shù)装鍘r性等方面，確定選用一次采全高綜合機(jī)械化采煤法。為降低開采對地表建筑物的影響，采用采空區(qū)全部充填進(jìn)行頂板管理。110901工作面沿煤層傾向布置，采用偽斜仰采的方式，如圖1所示。

圖1 110901工作面布置

采用MG300/730- WD 型雙滾筒采煤機(jī)，截深0.8m。選擇ZZ6400/18/38型兩柱式支撐掩護(hù)式液壓支架，相關(guān)參數(shù)見表2。支架中心距為1.5m，工作面長度150m，共布置100臺液壓支架。

表2 ZZ6400/18/38型兩柱支撐掩護(hù)式液壓支架技術(shù)參數(shù)

運(yùn)煤線路：110901采煤工作面→110901運(yùn)輸順槽→9煤集中運(yùn)輸巷→中部煤倉→主斜井→地面。

3 充填工藝

在仰斜開采條件下，采空區(qū)處于開放狀態(tài)，可利用煤層傾角使充填漿體自行流入采空區(qū)固結(jié)成形對覆巖進(jìn)行支撐。隨著充填工作的不斷推進(jìn)，充填漿體液面不斷上升，逐漸將低于工作面位置水平以下的采空區(qū)充填密實(shí)，并可將部分垮落下來的矸石膠結(jié)起來，形成整體支撐上覆巖層的充填膠結(jié)承載體。如圖2所示。

為保證充填與采煤作業(yè)的協(xié)調(diào)，采煤工作面每割兩刀，充填工作面進(jìn)行一次充填，采用“采二充一”的采煤充填方式作業(yè)。

（1）充填材料選擇

因需經(jīng)過管道運(yùn)送至采空區(qū)，充填材料應(yīng)具備可泵送且流動性好的特點(diǎn)，因此充填材料選用煤矸石、水泥、粉煤灰、外加劑等組成的膠結(jié)充填材料。根據(jù)上覆巖層的厚度計算，充填體的強(qiáng)度不低于5MPa。充填材料由徐州中礦大貝克福爾科技有限公司設(shè)計提供，根據(jù)充填需求進(jìn)行配比調(diào)整。

圖2 架后開放式充填示意圖

（2）充填系統(tǒng)

矸石骨料制備系統(tǒng)制備好的矸石、粉煤灰、水泥與水按設(shè)計配比攪拌勻形成膏體后，利用礦井地面充填站已有充填設(shè)備，通過CTB200膏體充填泵加壓后經(jīng)副斜井16Mn耐磨Φ219×15mm無縫鋼管輸送至井下110901工作面回風(fēng)順槽，在無縫鋼管末端管道出口處轉(zhuǎn)換為可擺動的高壓軟管至充填支巷上口附近后，由作業(yè)人員將軟管送入充填口處，利用巷道高差自重作為膏體充填體的充填動力，將膏體充入采空區(qū)內(nèi)。

（3）充填路線

礦井地面充填站→副斜井→中部車場→9煤中央軌道下山→110901工作面回風(fēng)順槽→110901工作面采空區(qū)。

（4）臨時支護(hù)措施

充填作業(yè)前，需要提前在擋風(fēng)墻外側(cè)打兩排單點(diǎn)支柱，單點(diǎn)支柱間距1～1.5m。充填作業(yè)時需先架設(shè)擋漿板、隔離板，然后撤下后排支柱，然后進(jìn)行充填，待充填體終凝后進(jìn)行下一個充填循環(huán)作業(yè)。

4 結(jié)語

110901采用充填綜采采煤工藝共采出煤炭9.75萬t，消耗充填材料2.8萬t，實(shí)現(xiàn)利潤1980萬元。110901工作面充填后，取樣測試充填體強(qiáng)度平均7.1MPa，滿足強(qiáng)度要求。該工作面采完兩年后，地表最大下沉量僅為5mm，未造成地表構(gòu)筑物的破壞。