煤礦連采連充工作面采充順序及采充工藝設計

楊 勇

(山西新村煤業(yè)有限公司，山西 長治 046300)

煤礦連采連充技術是在傳統(tǒng)的巷式充填開采技術基礎上發(fā)展成熟起來的一種煤炭開采技術，工藝流程是將長壁工作面劃分為等寬的條帶，采用綜掘機間隔開采條帶，再間隔充填膏體材料[1]。

作為一種新型的充填開采技術，本文以司馬煤業(yè)1116工作面作為工程背景，探究其采充順序、開采工藝和充填工藝等。

1 工程背景

司馬煤業(yè)為解決地表建筑壓煤問題，決定采用煤礦連采連充技術，首個連采連充工作面命名為1116.1116工作面巷道采用“W”型布置，即南、北兩側布置工作面運輸巷，中部布置工作面回風巷，3條巷道平行布置。在3條巷道的東部末端布置工作面聯巷，將3條巷道溝通。工作面的4條巷道(北運輸巷、南運輸巷、回風巷、聯巷)均沿煤層底板布置,如圖1所示。

圖1 充填工作面雙翼采充順序示意

2 開采條帶采充順序設計

1116工作面南、北兩翼各布置1組采充循環(huán)，設計每組采充循環(huán)中劃分3個階段，每個階段規(guī)劃4個采充條帶，每個充填條帶寬5 m，1組采充循環(huán)寬60 m.一組循環(huán)全部采充結束，再進入下一組循環(huán)。如圖1所示。

南翼采充循環(huán)用英文大寫字母表示，A1、C1、B1、D1為南翼第一階段，A2、C2、B2、D2為南翼第二階段，A3、C3、B3、D3為南翼第三階段。

北翼采充循環(huán)用英文小寫字母表示，a1、c1、b1、d1為北翼第一階段，a2、c2、b2、d2為北翼第二階段，a3、c3、b3、d3為北翼第三階段。

2.1 南翼采充順序

簡述為“A2采+A1充—A3采+A2充—B1采+A3充—B2采+B1充—B3采+B2充—C1采+B3充—C2采+C1充—C3采+C2充—D1采+C3充—D2采+D1充—D3采+D2充”。

每個循環(huán)為12條巷，首先在距離聯巷15 m位置施工完第1條巷(A1巷)，作為首充巷；再在距離A1巷20 m位置掘進第2條巷(A2巷)，同時，對A1巷進行充填；A2巷施工完畢和A1巷充填完畢后，在距離A1巷40 m位置掘進第3條巷(A3巷)，同時，對A2巷進行充填；A3巷施工完畢和A2巷充填完畢后，在距離A1巷10 m位置掘進第4條巷(B1巷)，同時，對A3巷進行充填；……；依此類推，直至最后一條(第12條巷、D3巷)施工完畢，同時D2巷充填完畢。再進行下一循環(huán)12條巷道的充填開采，直至南翼全部可采區(qū)域煤炭資源充填開采完畢。

2.2 北翼采充順序

簡述為“a1采—a2采+a1充—a3采+a2充—b1采+a3充—b2采+b1充—b3采+b2充—c1采+b3充—c2采+c1充—c3采+c2充—d1采+c3充—d2采+d1充—d3采+d2充”。

每個循環(huán)為12條巷，首先在距離聯巷15 m位置掘進第1條巷(a1巷)；a1巷施工完畢后，在距離a1巷20 m位置掘進第2條巷(a2巷)，同時，對a1巷進行充填；a2巷施工完畢和a1巷充填完畢后，在距離a1巷40 m位置掘進第3條巷(a3巷)，同時，對a2巷進行充填；a3巷施工完畢和a2巷充填完畢后，在距離a1巷10 m位置掘進第4條巷(b1巷)，同時，對a3巷進行充填；……；依此類推，直至最后一條(第12條巷、d3巷)施工完畢，同時d2巷充填完畢。再進行下一循環(huán)12條巷道的充填開采，直至北翼全部可采區(qū)域煤炭資源充填開采完畢。

3 條帶開采階段

如前所述，充填工作面內南、北兩翼分別布置一個開采條帶工作面。目前，司馬煤業(yè)初次使用條帶膏體充填開采技術，作業(yè)人員施工管理經驗不足，投資風險大。本次設計本著減少投資原則，1116工作面落煤方式采用礦方現有的綜合機械化掘進機組，即綜掘機割煤、落煤，刮板輸送機和可伸縮帶式輸送機運煤，錨桿鉆機支護，局部通風機通風等。

條帶開采時分為切眼和挖底兩步工藝，如圖2所示。

圖2 開采條帶工作面切眼和挖底示意(m)

3.1 切眼

開采條帶時，先沿煤層頂板進行切眼，切眼高度3.5 m.

切眼工藝流程：準備工作—割煤、出煤、運料—敲幫問頂—支護、驗收—進入下一循環(huán)[2]。

3.2 挖底

在已形成的切眼內，先在回風側端設置一道調節(jié)風門，再使用綜掘機開展挖底作業(yè)，挖底至煤層底板。設計開采條帶運輸巷端部留設5 m平段，再設16°坡過渡段；回風巷端部留設3 m平段(確保調節(jié)風窗位置不受影響)；中部段進行全煤層挖底施工。

挖底工藝流程：割底煤—護幫—下一循環(huán)[2]。

4 充填條帶設置隔離擋板

待充條帶實施充填前，在待充條帶兩端(工作面運輸巷側和回風巷側)設置隔離擋板。充填條帶兩端隔離擋板的設置是否得當，對于條帶膏體充填極其重要。若隔離擋板選擇不當，就不能將充填膏體有效地擋在充填條帶內，不利于膏體充填物的凝固成型，并且會給工作面巷道帶來大量的膏體清理工作。目前，條帶膏體充填所用的隔離擋板普遍需要足夠的斜杠來支撐，以抵消充填膏體初凝前的壓力。通常情況下僅靠斜杠支撐時，若一次性充填高度過大，在充填膏體的強大壓力下，隔離擋板的穩(wěn)定性無法保證，有發(fā)生隔離擋板垮塌、膏體外溢等隱患[3]。

借鑒國內礦井的實踐經驗和科研院所的科研成果，推薦采用具有自拉功能的隔離擋板。該隔離擋板主要包括擋板主體、鋼板立柱、鐵鏈、螺柱、斜杠、承拉板，能夠在充填膏體初凝后即產生一個向充填膏體方向內拉的力，從而有效減輕斜杠的支撐力，增強擋板的穩(wěn)定性，提升條帶充填的效果。隔離擋板逐層安裝主視和側視示意如圖3、圖4所示。

圖3 隔離擋板的逐層安裝主視示意

圖4 隔離擋板的逐層安裝側視示意

5 條帶充填工藝

5.1 充填工序

條帶充填為保證充填接頂率，需采用分步充填，充填工藝如圖5所示。

1) 首充：在充填條帶的兩端各設置一個充填隔墻，進入首充階段，首充必須控制充填料漿在兩端隔墻處的上升高度不大于1.75 m，如圖5(a)所示。

2) 待首充料漿凝固后再進入二充階段，先在充填上層的工作面運輸巷端30 m位置設置子隔墻，再進行充填，如圖5(b)所示。

3) 待二充料漿凝固后進入分段充階段，將余下未充的充填條帶上層，每隔30～40 m設置一個子隔墻，依次逐段進行充填，如圖5(c)所示，直至完成整個充填條帶的充填工作。

圖5 條帶充填工藝

5.2 充填接頂

針對充填條帶的充填工藝特點，充填條帶的頂板形態(tài)對充填接頂影響較大。水平頂板和頂板局部拱起兩種形態(tài)的接頂措施如下：

1) 充填條帶頂板近乎水平時，容易造成接頂時整個充填體和頂板之間留有孔隙，為保證接頂效果，在充填條帶頂板開設凹槽(深300 mm)用于吊掛充填管路和排氣管路，且凹槽沿煤層頂板具有10%的坡度[4]。凹槽布置示意如圖6所示。

圖6 條帶頂板凹槽布置示意

2) 近水平充填條帶頂板局部拱起時，保證每個頂板拱起部分布置一組充填管路和排氣管路，充填時，膏體首先流平，而后分別充填各個拱起部分，從而達到完全充實。充填接頂布管示意如圖7所示。

3) 接頂充填時，應適當降低充填料漿濃度，加大粉煤灰添加量，降低充填料漿輸送流量，從而提高充填料漿流動性和流平性，降低其靜止角，確保充填的可靠度和接頂率[5]。

圖7 充填接頂布管示意

5.3 通風要求

針對近水平充填條帶的充填工藝特點，對充填條帶上層實施二充時，充填條帶已形成獨頭巷道，應采用局部通風機進行局部通風，確保通風安全。

6 結 語

1) 1116工作面南、北兩翼各布置1個采充循環(huán)，每組采充循環(huán)中劃分3個階段，每個階段規(guī)劃4個采充條帶，12個采充條帶分階段依次進行采充作業(yè)；

2) 明確了條帶的開采工藝，即先開切眼再挖底；

3) 為確保充填膏體不外溢，設計采用具有自拉功能的隔離擋板；

4) 明確了條帶的充填流程，即分為首充、二充和分段充；

5) 為了確保充填體的接頂效果，設計了凹槽和拱起部分吊掛充填管路和排氣管路法。