楊莊礦3642工作面巷道充填開采技術(shù)研究

孟德軍 薛華俊 朱國(guó)龍

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083; 2.淮北礦業(yè)(集團(tuán))有限公司楊莊煤礦，安徽淮北 235025)

0 引言

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)“三下”(建筑物下、水體下、鐵路下)壓煤量約為138億t，占我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)采量的15%。2010年，我國(guó)煤炭產(chǎn)量為32.4億t，約占我國(guó)能源消耗的70%，所以“三下”壓煤的合理高效安全開采，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭資源可持續(xù)開采和礦區(qū)生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展的重要保障，而采空區(qū)充填開采正是解放“三下”壓煤的重要手段［1-5］。

1 工程概況

楊莊煤礦位于安徽省淮北市中心以南8 km，濉溪縣城以東2 km，井田內(nèi)有宿淮、濉徐公路交叉穿過。井田范圍內(nèi)，地形平坦，海拔一般在+24 m～+29 m之間，并有村莊若干，閘河、濉河、西流河流經(jīng)區(qū)內(nèi)。礦區(qū)專用鐵路在礦南5 km處的青龍山火車站與符夾、濉阜鐵路接軌。礦井井田位于閘河煤田最南端;東部以31勘探線以西250 m為界與濉溪縣土型煤礦相連;西部以第一勘探線與李樓煤礦相鄰;南部以煤層露頭為界(-40 m～70 m);北部(深部)到-800 m。井田走向長(zhǎng)為9.0 km，傾斜寬6.0 km，井田面積為33 km2。其中楊莊煤礦3642采面所在的Ⅲ64采區(qū)對(duì)應(yīng)地表位置位于淮北市烈山區(qū)濉溪縣境內(nèi)，南至南三橋以南500 m，北至后大街以北200 m;東至鐵路東側(cè)250 m;西至東城糧站北關(guān)分社。

2 矸石充填開采的必要性和可行性

以前楊莊礦井巖巷掘進(jìn)工作面主要采用鉆眼放炮施工工藝，爆破后的巖石采用裝巖機(jī)裝入容量為1 t的礦車，利用Ⅱ水平采區(qū)石門運(yùn)到Ⅱ水平大巷，再利用Ⅱ水平正石門拉到新副井，最終提升至地面運(yùn)往矸石山;或利用Ⅲ水平采區(qū)石門運(yùn)到Ⅲ水平大巷，再利用Ⅲ水平副暗斜井提升至Ⅱ水平東大巷，再到Ⅱ水平正石門，再提到新副井，最后提升至地面并運(yùn)往矸石山。

目前楊莊煤礦地面矸石對(duì)附近大量良田具有嚴(yán)重侵蝕性，由于長(zhǎng)期堆放的地面矸石山還可能引起自燃，污染地下水質(zhì)和大氣，故地面矸石的堆放嚴(yán)重威脅著地面生態(tài)環(huán)境，矸石的安全處理也是迫在眉睫。

以井下矸石充填開采為主的綠色、安全開采手段是目前實(shí)現(xiàn)矸石綜合利用、減少環(huán)境污染的主要途徑之一。

多年來，國(guó)內(nèi)許多煤礦進(jìn)行了矸石巷道充填，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)許多礦業(yè)集團(tuán)公司也正在實(shí)施，實(shí)踐證明矸石巷道充填技術(shù)是可行的。

井下矸石巷道充填使用的主要設(shè)備都是煤礦常用設(shè)備，其特點(diǎn)、使用方法都是煤礦工人很熟悉的。因此這項(xiàng)技術(shù)掌握起來非常容易，不用作特殊的技術(shù)培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)起來可靠性強(qiáng)。

3 矸石充填巷式開采基本思路

楊莊煤礦3642采面所在的Ⅲ64采區(qū)巷道采用矸石充填巷工開采法，在每?jī)蓷l巷道之間留設(shè)寬度為5 m的煤柱起隔離作用，并在巷道向前掘進(jìn)過程中采用錨桿(索)錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式來減小充填巷道的圍巖變形量。在掘進(jìn)完一條巷道后，即開始進(jìn)行矸石充填，同時(shí)留設(shè)5 m寬的隔離煤柱并掘進(jìn)下一條巷道，依次掘進(jìn)巷道的同時(shí)，用矸石充填前一條巷道。最終分別形成5 m寬的充填巷道和5 m寬的隔離煤柱。矸石充填巷式開采煤層示意圖如圖1所示。

圖1 矸石充填巷式開采示意圖及方法

4 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

1)楊莊煤礦3642工作面Ⅲ64采區(qū)矸石充填系統(tǒng)一期工程新掘充填巷道2 862 m，置換出呆滯煤量約4萬t，為楊莊煤礦的增產(chǎn)、增效起到重要作用。2)采用矸石充填后，楊莊煤礦節(jié)省了大量的矸石升井提升費(fèi)用、井上運(yùn)輸費(fèi)用和矸石山占地費(fèi)用等。3)井下巷道采用矸石開采方法，將矸石直接處理，變廢為寶，不但能減少地面矸石山對(duì)良田的侵蝕和對(duì)地下水質(zhì)、大氣的污染，而且能避免因矸石在地面的長(zhǎng)期堆放而引起自燃等各種安全威脅。矸石巷道的充填，將矸石作為巷道結(jié)構(gòu)支撐體，能有效控制地面沉降、解決井下突水危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)“三下”壓煤的回收利用。

5 結(jié)語

楊莊煤礦3642工作面Ⅲ64采區(qū)運(yùn)用矸石充填開采技術(shù)，置換出呆滯煤量約4萬t，不僅對(duì)楊莊煤礦增產(chǎn)增效起到重要作用，而且節(jié)省了因運(yùn)輸矸石而產(chǎn)生的大量費(fèi)用，消除了地面矸石山造成的各種安全隱患，為楊莊煤礦的綠色開采作出了巨大貢獻(xiàn)，也為其他礦井充填開采積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

隨著國(guó)家有關(guān)部門對(duì)企業(yè)排放固體廢棄物懲罰力度的加大和對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，以及各大型煤炭企業(yè)對(duì)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，井下巷道采用矸石充填開采方法為各煤礦綠色安全處理矸石開辟了一條行之有效的道路，更為加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、增加“三下”壓煤的資源利用率起到了有效的推動(dòng)作用，效益明顯，應(yīng)用前景廣闊。

［1］ 馮光明，王成真，李鳳凱.超高水材料袋式充填開采研究［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2011，28(4)：602-608.

［2］ 冷明輝.充填采礦法在用沙壩礦的開采實(shí)踐［J］.化工礦物與加工，2011，40(1)：36-38.

［3］ 瞿群迪，姚強(qiáng)嶺，李學(xué)華.充填開采控制地表沉陷的關(guān)鍵因素分析［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2010，27(4)：458-462.

［4］ 劉長(zhǎng)友，楊培舉，侯朝炯.充填開采時(shí)上覆巖層的活動(dòng)規(guī)律和穩(wěn)定性分析［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33(2)：166-169.

［5］ 郝寶生，張書國(guó).矸石與粉煤灰混合充填開采的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)煤炭，2009，35(11)：63-66.