以矸換煤綠色開采矸石充填工作面設(shè)計與應(yīng)用

　　摘要：該文通過在邊角塊段、頂板易用冒落的11煤層中成功實施了矸石充填，生產(chǎn)中采用調(diào)整支護方式、縮小充填寬度、嚴格施工工序等方法，解決了頂板冒落的問題，為矸石充填順利進行奠定的基礎(chǔ)，總結(jié)了生產(chǎn)中的不足，提出了相關(guān)注意事項，為進一步擴大矸石充填范圍，實施綠色開采提供了借鑒，提高了資源回收率。
　　關(guān)鍵詞：工作面 矸石充填 綠色開采
　　中圖分類號：TD823.7文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　汶河礦業(yè)位于新汶煤田中部，始建于1982年，85年正式投產(chǎn)，92年經(jīng)改擴建后生產(chǎn)能力達到15萬噸/年，核定生產(chǎn)能力為15萬噸/年，礦井西與山東良莊礦業(yè)有限公司、東與新礦集團孫村礦為鄰，井田面積2.05平方公里，礦井為斜井開拓，采用雙回路供電，中央并列抽出式通風，單鉤串車提升，四級接力排水。共有6個可采煤層，剩余可采儲量325萬噸，現(xiàn)開采水平為-450水平。
　　
　　1 問題提出
　　隨著“綠色開采”的大力推廣，矸石充填技術(shù)因簡單易行、以矸換煤、提高資源回收率等原因，得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)過對周邊礦井的咨詢，絕大多數(shù)礦井將矸石充填面布置在頂板穩(wěn)定的13煤層中，采用液壓支柱帶帽支護頂板，充填距離一次達至6米左右，并利用一整套充填設(shè)備，實施矸石充填。汶河礦業(yè)由于井田狹長、生產(chǎn)能力較小，矸石產(chǎn)生量小，無法采用大規(guī)模矸石充填，而礦井13煤層未有準備工作面，為滿足矸石充填需要，礦井決定利用邊界附近兩斷層間的塊段在11層煤布置充填面，在易冒落頂板煤層中進行矸石充填試驗。
　　
　　2 11煤層概況
　　本煤層位于太原組的中部，煤厚1.52~2.05m，平均1.85m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在煤層上部及下部含有1~2層高嶺土巖夾石，厚0.1～0.2m，富含黃鐵礦石，以暗煤為主，層狀分布。基本頂為粉砂巖組成，局部出現(xiàn)粉砂巖與泥巖互層，厚度13m左右，層理發(fā)育，上覆灰白色中砂巖，厚度平均6m。
　　根據(jù)礦壓觀測材料分析，該煤層頂板易冒落，頂板初次跨落步距為11.5m，周期來壓步距為10.5m，正常推采過程中，支柱栽荷平均值170kn，最大210 kn。
　　
　　3 工作采面設(shè)計
　　3.1 11煤層工作面概況
　　該工作面上、下巷沿煤層頂板掘進，凈高2.2m，凈寬2.4m，采用錨網(wǎng)支護頂板。上回風巷回風、運矸石，下進風巷進風、運輸煤。采面設(shè)計傾向長50米，走向長150米，傾角22°，預(yù)計充矸1.5萬m3，產(chǎn)煤2萬噸。
　　3.2 矸石充填方案
　　1）工作面支護參數(shù)：工作面采用液壓支柱配鉸接項梁支護頂板，頂梁為HDJ-1200型，支護方式排距1.2m，柱距0.7m，支回方式為“見五回二”，最大控頂距6米，最小控頂距3.6米，循環(huán)進度1.2m。頂梁采用齊懸梁倒懸梁式，即頂梁分割為 “二十”分割方式（朝向采空為十，朝向煤壁為二）。附矸石充填示意圖
　　
　　 2） 初采切眼與上回風巷貫通后，與初采切眼留設(shè)5米煤柱向上掘第一進風切眼，并與初采切眼貫通。
　　3）貫通后即進行推采，當采寬達到6米時，即停止推采進行矸石充填。當矸石充填至第一切眼時，再掘進第二切眼并進行矸石充填，以次類推。
　　
　　4）充填過程中，采用由下而上、由已充填區(qū)至煤壁的順序進行充填，以兩個排距柱一個柱距形成的空間為單位進行充填。附充填單位分配示意圖
　　
　　4 矸石充填施工方法
　　1）由于該采面較小、矸石充填量小、采面傾角22～25°、設(shè)備安裝移動困難，不易采用機械充填，采用人工放矸、矸石水沖自溜實現(xiàn)充填。
　　2）充填前首先在待充填單位靠近煤壁排支柱的內(nèi)側(cè)敷設(shè)竹笆，用于擋矸，并將大塊矸石壘砌矸石帶，防止矸石垣塌，并利于支護頂板。
　　3）隨充填矸石聚頂接近頂梁時，即可回撤頂梁?；爻讽斄呵埃獙⒎笤O(shè)竹笆排支柱提前加密支柱，防止因回撤頂梁造成矸石垣塌。隨充填進度隨更換、加密支柱。
　　4）采用飽和充填法配備矸石量。因礦井采用炮掘方式，一般上半班打眼放炮，下半班出矸支護。因此采面充填時要提前備好矸石，用上半班矸石充填，而下半班充填、回采間隔進行，確保充填與回采保持同速。
　　
　　5 矸石充填安全措施
　　1）嚴格執(zhí)行好“多次注液”制度，確保支柱初撐力不低于12Mpa。
　　2）回撤支柱時嚴格執(zhí)行“三角回柱法”，做到先填后回。
　　3）矸石充填、回采間隔進行，不得平行作業(yè)；充填矸石時，采面嚴禁人員停留，并站好崗，防止矸石竄矸傷人。
　　4）敷設(shè)竹笆必須超前不少于10米，用于擋矸，防止矸石崩落，增加工作量。要根據(jù)充填距離，增設(shè)擋矸設(shè)施，防止矸石滑行速度過快。
　　5）采用側(cè)卸式礦用車輛裝矸，充填時便于放矸，放矸量時必須均勻。
　　6）加強礦壓觀測，檢測充填效果。
　　
　　6 總結(jié)
　　6.1 不足之處
　　充填上回風巷及以下5米處采用人工充填增加了勞動強度，可采面小型拋矸機拋矸，以減少人力勞動和提高充填密實性。
　　6.2 充填效果及經(jīng)驗
　　(1)在傾角大于20°時采用水沖矸石自溜法，矸石充填密實度達到要求。
　　 (2)采面支柱初撐力平均為 17～18Mpa，未發(fā)現(xiàn)壓力異常；下巷斷面變形觀測結(jié)果表明，上幫巷道變形量未超過100mm，充填過程中未發(fā)現(xiàn)有頂板冒落現(xiàn)象，充填效果良好。
　　(3)通過調(diào)整支護方式、縮小充填寬度、嚴格施工工序等方法，在易冒落頂板煤層中安全實施了矸石集中充填，為同類地質(zhì)條件下布置矸石充填面提供了借鑒。