常村煤礦井下充填開(kāi)采方案分析選定

劉 浡

(山西焦煤股份公司 生產(chǎn)部，山西 太原 030021)

1 項(xiàng)目背景

常村煤礦N3采區(qū)位于N翼大巷的西側(cè)、N3-12工作面采空區(qū)的南側(cè)、太長(zhǎng)高速公路保安煤柱的東側(cè)、S228省道的北側(cè)。N3采區(qū)對(duì)應(yīng)地表有長(zhǎng)治市澳瑞特新型建材有限公司、太行路橋六分公司等建構(gòu)筑物。由于這些建構(gòu)筑物的存在，壓覆了大量的煤炭資源，降低了煤炭的回收率。

為實(shí)現(xiàn)煤炭資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，提高煤炭資源采出率，避免和減少對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成破壞和污染，貫徹“污染防治與生態(tài)環(huán)境保護(hù)并重，生態(tài)環(huán)境保護(hù)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)并舉，以及預(yù)防為主、防治結(jié)合、過(guò)程控制、綜合治理”的指導(dǎo)方針，推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)“污染物減量、資源再利用和循環(huán)利用”的技術(shù)原則，常村煤礦計(jì)劃采用充填開(kāi)采方式對(duì)建構(gòu)筑物的壓煤進(jìn)行解放，以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境無(wú)損或受損最小。

2 充填開(kāi)采的常規(guī)種類

自2013年1月國(guó)家能源局、財(cái)政部、國(guó)土資源部、環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合下發(fā)《煤礦充填開(kāi)采工作指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)能煤炭[2013]19號(hào))以來(lái)，為加快充填開(kāi)采的研發(fā)和推廣，國(guó)家和地方不斷出臺(tái)利好政策。國(guó)家主管部門利用財(cái)政杠桿，對(duì)采用充填開(kāi)采的企業(yè)進(jìn)行資源稅減征。2016年5月，財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局下發(fā)《關(guān)于全面推進(jìn)資源稅改革的通知》(財(cái)稅〔2016〕53號(hào))、《關(guān)于資源稅改革具體政策問(wèn)題的通知》(財(cái)稅〔2016〕54號(hào))，通知提出對(duì)符合條件的采用充填開(kāi)采方式采出的礦產(chǎn)資源，資源稅減征50%。

無(wú)論是從現(xiàn)階段該區(qū)域的壓煤對(duì)礦井可持續(xù)發(fā)展的影響，還是從國(guó)家和地方不斷出臺(tái)的利好政策來(lái)看，對(duì)該區(qū)域的壓煤進(jìn)行充填開(kāi)采都非常必要。

根據(jù)常村煤礦N3采區(qū)地質(zhì)條件，結(jié)合礦井開(kāi)采技術(shù)條件和各系統(tǒng)設(shè)備布置情況，設(shè)計(jì)選定CTN301工作面為充填試采工作面，并提出了兩種可行的充填開(kāi)采方案。

2.1 條帶式充填開(kāi)采方案

條帶式充填開(kāi)采指在工作面布置時(shí)，先布置一條膠帶巷，再沿著區(qū)域邊界布置回風(fēng)巷，并與現(xiàn)有采區(qū)大巷溝通，形成工作面完善的煤炭運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，以及全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。若區(qū)域較大，應(yīng)分為若干個(gè)小型的條帶工作面，由里向外逐步充填開(kāi)采。

2.1.1 充填開(kāi)采采充循環(huán)劃分

條帶式充填開(kāi)采工作面采充循環(huán)如圖1所示，由里向外進(jìn)行充填開(kāi)采，分為四個(gè)階段。第一階段：先依次采充第4、8、12條巷，先掘進(jìn)第4條巷，再掘進(jìn)第8、12條巷，在掘進(jìn)第8條巷時(shí)充填第4條巷，在掘進(jìn)第12條巷時(shí)充填第8條巷，依次采充循環(huán)，直至下一階段；第二階段：依次采充第2、6、10條巷，在掘進(jìn)第2條巷時(shí)充填上一階段的第12條巷，在掘進(jìn)第6條巷時(shí)充填第2條巷，依次采充循環(huán)，直至下一階段；第三階段：依次采充第1、5、9條巷；第四階段：依次采充第3、7、11條巷，直至12條巷全部采充結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)12條巷組。

圖1 條帶工作面采充循環(huán)(四個(gè)階段)

2.1.2 充填裝備與充填材料

充填材料主要用粉煤灰和水泥，兩種粉料均采用鋼板筒倉(cāng)儲(chǔ)存，滿足環(huán)保要求，倉(cāng)底設(shè)有螺旋給料機(jī)，可實(shí)現(xiàn)密閉式向粉料稱量斗中給料，循環(huán)實(shí)現(xiàn)配料，配料完成后投入攪拌機(jī)內(nèi)。

主要采用裝備為GZG1253振動(dòng)給料機(jī)、GTS1545滾筒篩、DKX7.0攪拌機(jī)、HGBSW310.21.1420型充填工業(yè)泵等。

2.2 支架后方采空區(qū)充填開(kāi)采方案

工作面支架后方采空區(qū)充填開(kāi)采，就是利用充填支架提供采煤和充填的空間，在正規(guī)工作面開(kāi)采的同時(shí)，對(duì)后方的采空區(qū)實(shí)施充填。充填液壓支架與常規(guī)綜采支架不同，充填支架除支護(hù)頂板外，還得提供充填作業(yè)空間，是用于充填法采煤工作面的特種液壓支架。充填支架可以是新設(shè)置的特種液壓支架，也可以利用現(xiàn)有支架加工改造成具有后支撐的液壓支架。

2.2.1 支架后方采空區(qū)充填開(kāi)采采充循環(huán)

支架后方采空區(qū)充填開(kāi)采采充循環(huán)如圖2所示，待工作面上一循環(huán)充填漿液凝固且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,見(jiàn)圖2(a)，開(kāi)始正常割煤；隨工作面推進(jìn)，直至達(dá)到充填步距，下循環(huán)準(zhǔn)備完畢，見(jiàn)圖2(b)；之后升起升降側(cè)護(hù)板，在尾梁上掛袋，形成待充填空間，安裝完畢后，開(kāi)始正常充填，見(jiàn)圖2(c)；本步距采空區(qū)注滿后，拔出充填注漿管，注入筒實(shí)現(xiàn)自封閉，有效隔離采空區(qū)與液壓支架，充填結(jié)束，等待凝固，見(jiàn)圖2(d)，直至完成一個(gè)采充循環(huán)。充填漿液凝固且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，降下液壓支架頂梁，拉架，繼續(xù)正常割煤。

圖2 工作面支架后方采充循環(huán)

2.2.2 充填裝備和充填材料

充填材料主要用粉煤灰和水泥，兩種粉料均采用鋼板筒倉(cāng)儲(chǔ)存，滿足環(huán)保要求，倉(cāng)底設(shè)有螺旋給料機(jī)，可實(shí)現(xiàn)密閉式向粉料稱量斗中給料，循環(huán)實(shí)現(xiàn)配料，配料完成后投入攪拌機(jī)內(nèi)。

主要采用裝備為GZG1253振動(dòng)給料機(jī)、GTS1545滾筒篩、DKX7.0攪拌機(jī)、HGBSW310.21.1420型充填工業(yè)泵等。

3 兩種充填開(kāi)采方案技術(shù)分析比較

3.1 生產(chǎn)能力

方案一需新布置順槽巷道，根據(jù)國(guó)內(nèi)條帶式充填開(kāi)采情況，受掘進(jìn)和充填效率的影響，其單巷單機(jī)條帶充填生產(chǎn)能力一般為15～45萬(wàn)t/a，其能力偏小。方案二在工作面支架后方采空區(qū)進(jìn)行充填，隨采隨充，其生產(chǎn)能力大小與工作面能力一致，相對(duì)較大，但充填對(duì)工作面的生產(chǎn)能力有一定的影響。

3.2 資源回收率

方案一受頂板強(qiáng)度和穩(wěn)定性影響，在條帶布置時(shí)若頂板有構(gòu)造或其他特殊地質(zhì)條件以及礦壓顯現(xiàn)嚴(yán)重時(shí)，須及時(shí)合理留設(shè)煤柱。若用在正規(guī)區(qū)域，其資源回收率相對(duì)較低，但可用于非正規(guī)區(qū)域煤炭資源的回收，能提高礦井整體的資源回收率。方案二只能用于正規(guī)區(qū)域工作面，充填不影響正規(guī)工作面的資源回收率。

3.3 開(kāi)采技術(shù)難度

方案一受通風(fēng)、采掘布置、頂板穩(wěn)定程度等影響，開(kāi)采技術(shù)難度相對(duì)較大。方案二，支架后方采空區(qū)充填后，充填體能支撐頂板，防止頂板大面積垮塌，周期來(lái)壓延遲或取消，開(kāi)采技術(shù)難度較低。

3.4 設(shè)備投資

方案一除充填設(shè)備設(shè)施外，只需采用掘進(jìn)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、單體柱等設(shè)備，初期投資相對(duì)較低。方案二需增加采煤機(jī)、液壓支架等采掘設(shè)備，投資較高。

綜上所述，由于CTN301工作面鄰近公路壓煤區(qū)，且地面布置有建(構(gòu))筑物，不宜布置正規(guī)長(zhǎng)臂工作面開(kāi)采，因此推薦采用方案一。