煤礦井下充填采煤工藝的應用研究

楊德智

（大同煤礦集團有限責任公司云岡礦通風區(qū)， 山西 大同 037000）

隨著綜采技術的發(fā)展，在采煤過程中巷道開挖、煤炭分選均會產(chǎn)生大量的廢料，若將這些廢料傳輸?shù)降孛嫔蠈⒑馁M大量的人員與資金，同時為了將地面上的煤渣等進行處理也需要大量的資金，而隨著綜采作業(yè)的進行在采空區(qū)極易產(chǎn)生沉降，給采空區(qū)人員的生產(chǎn)生活造成了嚴重的影響，因此提出了充填采煤工藝的概念。該方案主要是將開采、生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的廢棄物進行一定的無害處理后再填回到采空區(qū)內(nèi)，即實現(xiàn)了對廢物的處理又有效地防止了采空區(qū)的沉降[1]。由于技術水平的限制，煤礦井下充填采煤工藝長期處于較低的水平，充填效率低下、充填成本高、人工勞動強度大，嚴重限制了充填開采技術的進一步應用。隨著科技的進步和機械水平的發(fā)展，提出了一種煤礦井下機械化綜合充填采煤工藝，對其充填采煤技術方案及應用情況進行了分析，結果表明該新型的機械化綜合充填采煤工藝具有自動化程度高、充填速度快、成本低的優(yōu)勢，極大地提升了井下充填綜采作業(yè)的效率，具有極大的應用推廣價值。

1 井下機械化充填綜采技術

由于在煤礦井下開采作業(yè)的過程中，液壓支架回撤后，巷道在礦壓波動下極易產(chǎn)生塌方，導致后續(xù)無法進行連續(xù)的充填，而且井下空間狹小沒有專門的充填物料的運輸通道，充填后很難對充填體的充填密度進行測定，因此充填開采的主要技術難點在于如何實現(xiàn)在狹小空間內(nèi)的物料運輸、及時充填和對充填密度的有效測定。

為了克服上述困難，在對多種充填技術方案對比后，提出了一種機械化充填綜采技術，該技術方案的優(yōu)點在于針對現(xiàn)有的充填開采的技術難點專門設計了一種集綜采與機械化充填于一體的大型機械設備，實現(xiàn)前側進行綜采作業(yè)，后側進行充填作業(yè)，然后由機械夯實機構將充填物質(zhì)壓入到后側的采空區(qū)域，通過單通道的前采、后填的計算方案，有效地克服了井下空間狹小、填充不及時、夯實密度不足的缺陷，該井下機械化充填技術方案如圖1 所示[2]。

圖1 井下機械化充填采煤工藝

2 井下填充固體物料輸送工藝

由于對采空區(qū)域填充需要大量的填充物，單純依靠煤礦井下開采過程中產(chǎn)生的固體廢物，遠不能達到填充用量，因此就必須建立一個專門的充填物料輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)將地面上的充填材料傳輸?shù)矫旱V井下的綜采、填充機械設備處，確保充填作業(yè)時材料供應的連續(xù)性和穩(wěn)定性，煤礦充填作業(yè)固體填充物料輸送系統(tǒng)如下頁圖2 所示[3]。

圖2 充填采煤固體物料連續(xù)輸送系統(tǒng)

由圖2 可知，該連續(xù)物料輸送系統(tǒng)為組合式井筒輸送系統(tǒng)，其包括了固體充填物料連續(xù)運輸托盤、鋼絲繩提升系統(tǒng)、無投送滑道等傳輸機構[4]，該物料連續(xù)輸送系統(tǒng)的投送工藝流程為，首先將物料送入到地面上的儲料倉儲存好，然后通過連續(xù)物料輸送機將混合好的物料傳輸?shù)酵斜P上，此時控制系統(tǒng)啟動鋼絲繩提升機，將承載物料的托盤傳輸?shù)矫旱V井下，在改向輪的作用下將填充物料定向傳送到井下膠帶輸送機上，通過膠帶輸送機傳輸?shù)街付ǖ奈恢?。該組合式井筒輸送系統(tǒng)的優(yōu)點在于采用雙傳輸結構，能夠最大限度地提升物料的轉(zhuǎn)運效率，滿足井下快速充填作業(yè)的需求。

在進行充填作業(yè)時采用了“采一充一”的采充連續(xù)循環(huán)作業(yè)方式[5]，在充填作業(yè)時，將充填機械的尾部朝向頭部的方向打開充填卸料孔，卸料孔打開的數(shù)量可根據(jù)充填作業(yè)的速度進行調(diào)節(jié)。夯實機的夯實力和夯實次數(shù)根據(jù)對充填物料的密度進行調(diào)整，同時通過后側的充填密度監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對充填夯實效果的監(jiān)測，為了確保夯實的可靠性，通常采用“采充并舉”的夯實工藝方案。

3 井下充填采煤工藝應用效果

某礦井下綜采區(qū)域有一條長度為1 470 m 的帶狀綜采區(qū)域，上側為人口聚集區(qū)域，要求綜采后的沉降量不能超過170 mm，其煤層的平均厚度約為3.7 m，在采用傳統(tǒng)綜采方案和充填采煤工藝后，對沉降量進行統(tǒng)計如圖3 所示。

由實際驗證結果可知，當不對巷道進行填充時，綜采區(qū)域的沉降量約為250 mm，當采用煤礦井下充填采煤工藝后，采空區(qū)域的沉降量約為107 mm，沉降量比優(yōu)化前降低了57%，極大的提升了采空區(qū)域的地層穩(wěn)定性，具有十分重要的意義。

圖3 有填充和無填充情況下的沉降量變化

4 結論

本文針對現(xiàn)有的煤礦井下充填采煤工藝所存在的充填效率低下、充填成本高、人工勞動強度大的缺陷提出了一種新的機械化充填采煤工藝技術，對其充填采煤技術方案及應用情況進行了分析，根據(jù)實際應用表明：

1）機械化充填綜采技術方案，能夠?qū)崿F(xiàn)前側進行綜采作業(yè)，后側進行充填作業(yè)，然后由機械夯實機構將充填物質(zhì)壓入到后側的采空區(qū)域，通過單通道的前采、后填的計算方案，有效地克服了井下空間狹小、填充不及時、夯實密度不足的缺陷。

2）當采用煤礦井下充填采煤工藝后，采空區(qū)域的沉降量約為107 mm，沉降量比優(yōu)化前降低了57%，極大地提升了采空區(qū)域的地層穩(wěn)定性，具有十分重要的意義。