預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)

王軍平

(山西省陽泉煤業(yè)集團(tuán)創(chuàng)日泊里煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032700)

0 引言

預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)主要是根據(jù)目前我國(guó)生態(tài)環(huán)境被嚴(yán)重破壞而研發(fā)出的一種新興技術(shù)，該技術(shù)主要是把地面或者井下的矸石等多種固體廢棄物，利用相關(guān)設(shè)備充填進(jìn)采空區(qū)，以此實(shí)現(xiàn)煤炭的置換，還可以控制上覆巖層的移動(dòng)和地表的變形。目前該技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)的多個(gè)煤礦進(jìn)行了成功的應(yīng)用。因此，對(duì)于預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)研究是很有必要的。

預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)是指施工單位在開采煤炭資源時(shí)，將傳統(tǒng)的預(yù)掘巷道看做是作業(yè)面，并在該作業(yè)面采取背向采煤面上山的方式，進(jìn)行煤炭資源的開采。在作業(yè)面推進(jìn)的同時(shí)，開采人員需要在事先預(yù)留好的空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物和煤炭資源的相互置換。這樣可以保障煤炭資源在全部開采完成之后，立即使用固體廢棄物實(shí)施回填，在很大程度上避免了坍塌現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而確保生態(tài)環(huán)境不會(huì)由于坍塌而造成損壞。具體的工作原理如圖1所示。

圖1 預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)工作原理示意圖

將該技術(shù)和其余采煤技術(shù)進(jìn)行比較，該技術(shù)能夠同時(shí)進(jìn)行填充與開采工作。固體填充物能夠?qū)⒀乜障锏捞畛渫耆Ｐ枰⒁獾氖?，沿空巷道需要留有一定的空間進(jìn)行通風(fēng)，確保開采工作面的瓦斯等有害氣體可以及時(shí)地排出去，從而降低開采工作的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，保障開采人員的生命安全[1]。

1 技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

1.1 控制巖層的移動(dòng)

在實(shí)際的煤炭資源開采工作中，該技術(shù)的應(yīng)用目的在于，合理控制開采區(qū)域巖層的移動(dòng)狀況以及開采作業(yè)面附近地形的變動(dòng)。如果開采單位仍舊采用傳統(tǒng)的技術(shù)，很容易導(dǎo)致巖層出現(xiàn)移動(dòng)，而且地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變形得不到很好的控制，還會(huì)影響到煤炭資源開采的工作效率。由此可以看出，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，開采單位需要有效控制巖層的移動(dòng)，這樣才能保障煤炭開采的效率。

1.2 沿空巷道內(nèi)部應(yīng)力的平衡

在實(shí)際的煤炭資源開采工作中，該技術(shù)的應(yīng)用需要使采煤的作業(yè)面預(yù)留出一定的沿空巷道，這樣不僅可以為大型采煤設(shè)備的移動(dòng)提供便利，還可以實(shí)現(xiàn)固體填充物與煤炭之間的高效置換。然而，在兩者置換的過程中，沿空巷道旁邊的支護(hù)體很容易在采動(dòng)集中應(yīng)力的作用下，受到側(cè)壓力的影響。觀察該技術(shù)的操作要求可知，填充工作面必須要和開采工作面保持一定的距離，從而導(dǎo)致開采工作面工段的沿空巷道受到固體填充物施加在支護(hù)體位置的側(cè)向壓力，因此，開采人員需要保障沿空巷道內(nèi)部應(yīng)力的平衡，避免出現(xiàn)沿空巷道所受的集中應(yīng)力過大而出現(xiàn)填充體坍塌。

1.3 采煤、充填和雙向沿空留巷相結(jié)合

在實(shí)際的煤炭資源開采工作中，該技術(shù)需要相鄰的兩個(gè)巷道共同實(shí)現(xiàn)置換。對(duì)于后退式的填充方式而言，開采人員需要在原綜采工作面的基礎(chǔ)上，再添加適量的充填設(shè)備，實(shí)現(xiàn)固體填充物的完全填充。但是應(yīng)用該技術(shù)之后，加大了開采工作面的工作量，工作人員要在一個(gè)循環(huán)內(nèi)，完成采煤工作、填充工作和雙向沿空留巷這3個(gè)步驟，這3個(gè)步驟是相互制約的，如果有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，都會(huì)嚴(yán)重影響到開采工作面的工作效率以及安全性。

2 采煤技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 試驗(yàn)煤礦簡(jiǎn)介

選擇某礦業(yè)集團(tuán)花園煤礦三采區(qū)的北部作為技術(shù)的試驗(yàn)區(qū)域，該區(qū)域在三采區(qū)帶式輸送機(jī)下山的西方區(qū)域；井田邊界保護(hù)煤柱的東方區(qū)域；采取的北方區(qū)域?qū)儆贔D2斷層；南方區(qū)域?qū)儆贔D39斷層。開采的煤層屬于二疊系山西組三煤，該采區(qū)的煤層平均厚度大約為2.5 m，傾角在7°～19°之間。采區(qū)的地表大都是農(nóng)村的河流、房屋以及公路等建筑物或構(gòu)筑物，住戶大約有二百余戶，人口約為一千人。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作主要包括工作面的布置和關(guān)鍵設(shè)備的準(zhǔn)備。由于試驗(yàn)區(qū)域的地質(zhì)狀況以及現(xiàn)有巷道的鋪設(shè)狀況，開采人員為了保障巖層移動(dòng)以及地表變形的控制效果，在采區(qū)內(nèi)布置了1312以及1316等2個(gè)工作面，具體的布置方案和主要參數(shù)如圖2所示。

圖2 預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤系統(tǒng)的布置方案

本次試驗(yàn)主要使用的設(shè)備有雙通道充填以及采煤一體化的液壓支架，該設(shè)備的型號(hào)是ZC9600/16/32，支架具備的中心距離為1.5 m，支撐的高度是1.6～3.2 m，初撐力是8 322 kN，工作阻力是9 600 kN，支護(hù)的強(qiáng)度參數(shù)為0.8 MPa；多孔底卸式輸送機(jī)，該設(shè)備的型號(hào)是SGBC764/250，電機(jī)功率的參數(shù)值為250 kW，工作電壓的參數(shù)值為1 140 V，卸料孔的尺寸是345 mm×460 mm；采煤機(jī)的型號(hào)是MG250/601-WD，該設(shè)備的采高范圍在1.85～3.5 m范圍內(nèi)，截深是0.63 m，電壓等級(jí)參數(shù)值為1 140 V；刮板輸送機(jī)的型號(hào)是SGZ764/160，電機(jī)功率的參數(shù)值為160 kW，輸送量是800 t/h，鏈速是1.1 m/s，刮板的鏈型式是雙中心鏈[2]。

2.3 試驗(yàn)效果

試驗(yàn)的效果主要包括工作面的填充效果、沿空留巷的變形情況以及地表變形的情況。

工作面的填充效果：本次試驗(yàn)從2016年4月進(jìn)行1312工作面的開采工作，到2017年6月，1312以及1316工作面的開采全部完成，使用該技術(shù)開采的煤炭量一共為13.6萬t，充填的矸石高達(dá)18萬t，沒有煤柱的沿空留巷長(zhǎng)度大于2 000 m。為了全面了解該采空區(qū)的填充效果，開采人員在1316工作面的充填部位共配置了三排監(jiān)測(cè)儀器，這三排儀器和切眼的距離分別為15 m、45 m和95 m，根據(jù)三排監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量的結(jié)果可知：最大頂板下沉量是236 mm，由此計(jì)算可得，1316工作面的充實(shí)率要超過90.6%，因此，預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)的填充效果很好。

沿空留巷的變形情況：巷道兩幫的移近量最大值是157 mm，頂?shù)装宓囊平孔畲笾凳?03 mm，巷道的斷面一直在原斷面的90%以上，所以使用預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)進(jìn)行煤炭資源的開采時(shí)，沿空留巷基本不變形[3]。

地表變形的情況：為了深入了解地形變化的狀況，開采人員在采區(qū)內(nèi)配置了4條監(jiān)測(cè)線，在開采之前，4條監(jiān)測(cè)線就開始運(yùn)行，一直到工作面全部開采結(jié)束之后，監(jiān)測(cè)線共獲得27組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析可知：使用預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)進(jìn)行開采之后，地面的最大下沉值是125 mm，水平變形是0.3 mm/m，傾斜變形是0.4 mm/m，地表的建筑物和構(gòu)筑物均未出現(xiàn)破壞[4-6]。因此，預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)不會(huì)對(duì)地表造成變形。

3 結(jié)語

預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)具有良好的發(fā)展前景。通過對(duì)預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)研究可知，選用科學(xué)合理的設(shè)備和工藝，可以有效提高煤炭資源開采的工作效率，保障工作人員的生命安全。從而促進(jìn)我國(guó)煤炭開采行業(yè)的發(fā)展，可以為相關(guān)人員研究預(yù)掘兩巷前進(jìn)式固體充填采煤技術(shù)提供參考。