桑峨礦12303工作面充填開采技術(shù)應(yīng)用探討

許 峰

（霍州煤電集團(tuán)大地煤業(yè)有限公司，山西 吉縣 042202）

煤炭開采擾動破壞了地下巖層穩(wěn)定，會引發(fā)采空區(qū)塌陷、滑坡、泥石流等災(zāi)害。充填開采是綠色開采技術(shù)之一，該技術(shù)利用充填材料置換礦產(chǎn)資源，提高了礦產(chǎn)資源的回采率，同時可以控制覆巖變形、減小地表變形沉陷、充分利用煤矸廢料。我國許多煤礦大量的資源屬于三下壓煤，在東部一些礦井還面臨著第四系松散含水層的威脅。因此，充填開采技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊[1-5]。

1 工程概況

桑峨礦位于山西省臨汾市，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力5.0 Mt/a，服務(wù)年限103 a，目前礦井屬于基建礦井，礦井洗選矸石量為1.458 8 Mt/a，巖巷掘進(jìn)矸石量為0.180 Mt/a，合計(jì)1.640 Mt/a。由于礦井矸石量較大，擬定在二采區(qū)布置充填開采工作面，采用矸石充填工藝，同時采用邊充填邊留巷工藝，不留工作面煤柱，以提高煤炭回收率。

2 充填開采技術(shù)

2.1 矸石充填系統(tǒng)能力

充填工作面年耗矸能力按公式（1）計(jì)算：

式中：A矸為年耗矸生產(chǎn)能力，萬t/a；C 為日進(jìn)刀數(shù)，根據(jù)相關(guān)資料，取3 刀；B 為工作面布置長度，取280 m；D 為截深，取0.8 m；M 為平均采厚，取5.4 m；γ 為容重，取1.5 t/m3，k 為充填率，初始充填率取100%。

則充填工作面年矸石消耗能力：

充填工作面年耗矸達(dá)1.796 Mt/a，可完全消納桑峨礦產(chǎn)出的1.64 Mt/a 矸石量，從而實(shí)現(xiàn)地面矸石零排放。

2.2 矸石充填方案

矸石充填關(guān)鍵在于井上下矸石的輸送，該方案主要分三部分，一是地面矸石入井，二是井下矸石篩分破碎，三是矸石井下運(yùn)輸及充填。

地面矸石主要運(yùn)輸路線： 地面矸石處理車間→地面帶式輸送機(jī)→轉(zhuǎn)載倉→溜矸鉆孔→井下矸石倉→大巷返矸帶式輸送機(jī)→工作面順槽返矸帶式輸送機(jī)→充填地點(diǎn)。

井下矸石主要運(yùn)輸路線1： 井下洗選后的矸石→矸石倉→大巷返矸帶式輸送機(jī)→順槽返矸帶式輸送機(jī)→充填地點(diǎn)。

井下矸石主要運(yùn)輸路線2：井下巖巷掘進(jìn)純矸石（破碎后）→大巷返矸帶式輸送機(jī)→工作面順槽返矸帶式輸送機(jī)→充填地點(diǎn)。

3 綜采充填工藝

3.1 首采充填面

桑峨礦井二采區(qū)12303 工作面為首采面，采用充填工藝與沿空留巷方式，將22301 運(yùn)輸順槽留下來。

3.2 充填采煤工藝

矸石充填與采煤前后同步作業(yè)，依次開動充填刮板機(jī)、運(yùn)矸膠帶機(jī)，進(jìn)行采空區(qū)矸石充填。采面采空區(qū)矸石充填采用刮板機(jī)和搗實(shí)機(jī)構(gòu)壓密完成。矸石由矸石倉、井下運(yùn)矸皮帶、順槽轉(zhuǎn)載皮帶、充填刮板機(jī)，送入充填采空區(qū)內(nèi)，然后利用搗實(shí)機(jī)構(gòu)將矸石材料推實(shí)、接頂，充填采煤作業(yè)時序如圖1所示。充填作業(yè)工序如圖2所示。

圖1 充填采煤作業(yè)時序

圖2 充填作業(yè)工序

（1）按進(jìn)尺0.8 m 循環(huán)割煤，每割5 架，推移1 個步距，檢查充填系統(tǒng)完好情況；

（2）依次啟動工作面充填刮板機(jī)、運(yùn)矸皮帶機(jī)；

（3）由機(jī)尾向機(jī)頭方向依次充填，每5 架為一循環(huán)，待前一個支架矸石充填達(dá)一定高度時，利用搗實(shí)機(jī)構(gòu)搗實(shí)壓密矸石，之后開始下一個支架矸石充填工作，依次類推，將采空區(qū)充實(shí)填滿。

矸石充填工藝過程如圖3～圖8所示。

圖3 矸石第一充填階段傾向剖面圖

圖4 矸石第二充填階段傾向剖面

圖5 初次充填矸石

圖6 密實(shí)推壓機(jī)構(gòu)工作

圖7 移步距后密實(shí)推壓機(jī)構(gòu)工作

圖8 充填液壓支架移架后及矸石充填前

3.3 矸石充填液壓支架

初選充填支架型號為：ZC15000/30/60 型，支護(hù)阻力和伸縮范圍與掩護(hù)式支架相近，支架結(jié)構(gòu)如圖9所示。充填順序由機(jī)尾向機(jī)頭方向，當(dāng)卸料孔下部空間落料到一定高度后，即關(guān)閉當(dāng)前卸料孔，隨即啟動推實(shí)千斤頂推動鏟板，對已落下的充填材料進(jìn)行壓緊推實(shí)，如此反復(fù)幾個循環(huán)，直至采空區(qū)充滿壓實(shí)； 調(diào)節(jié)千斤頂用于調(diào)節(jié)推實(shí)千斤頂和鏟板的角度，可使充填料在支架后部接頂，從而實(shí)現(xiàn)完全充填。綜采工作面生產(chǎn)系統(tǒng)、充填系統(tǒng)融合為一體，回采、充填同時進(jìn)行。充填矸石材料經(jīng)軌道巷輸送機(jī)運(yùn)至綜采工作面端頭，再由充填刮板輸送機(jī)將矸石材料運(yùn)至綜采面的采空區(qū)進(jìn)行充填[6]。

圖9 矸石充填液壓支架結(jié)構(gòu)

3.4 矸石充填工作面布置

工作面布置如圖10 所示。

圖10 首采充填工作面布置

4 充填留巷工藝

留巷采用矸石配套水泥、 黃土或粉煤灰等材料，運(yùn)用留巷支架預(yù)置對拉錨桿控制矸石散體專門技術(shù)。

留巷時端頭第3 架充填支架后頂梁懸掛的充填刮板輸送機(jī)始終閉合，其后跟一架專用留巷支架，在該架安全空間內(nèi)鋪設(shè)金屬網(wǎng)，并架設(shè)對拉錨桿，端頭兩架支架矸石落入對拉錨桿留巷空間，矸石接頂后預(yù)緊對拉錨桿至設(shè)定預(yù)緊力，支架前移10 m 左右時對對拉錨桿固定的矸石散體注入水泥漿進(jìn)行加固，形成具有一定強(qiáng)度的巷旁充填體，最后對端頭第3 架支架后方余留的空間注入黃泥漿至設(shè)定注漿壓力。留巷工藝布置如圖11 所示。

圖11 留巷工藝布置

5 結(jié)語

采空區(qū)充填開采是煤礦綠色開采技術(shù)之一，該技術(shù)利用充填材料置換礦產(chǎn)資源，提高了礦產(chǎn)資源的回采率。同時，采空區(qū)充填開采可以控制煤層頂板覆巖變形、減小地表變形量。本文以桑峨礦井為實(shí)例，擬定充填開采技術(shù)方案，分析探討綜采充填工藝和綜采充填留巷工藝。綜采充填采用專用矸石充填液壓支架，采用矸石充填留巷，即運(yùn)用留巷支架預(yù)置對拉錨桿控制矸石散體專門技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用采空區(qū)充填開采技術(shù)后，達(dá)到了較好效果，可為其他礦井充填開采選擇提供借鑒參考。