固體充填采煤技術在邢臺礦建筑物下的應用

丁燕斌

（冀中能源股份有限公司邢臺礦，河北省邢臺市，054000）

固體充填采煤技術在邢臺礦建筑物下的應用

丁燕斌

（冀中能源股份有限公司邢臺礦，河北省邢臺市，054000）

針對邢臺礦建筑物下存在大量壓煤，而地面矸石山堆放占地嚴重以及礦區坑口電廠排放大量粉煤灰的情況，為了實現礦井可持續發展、擴大礦井可采儲量、控制地表下沉、消除固體廢棄物對環境的污染，提出了采用地面矸石配合粉煤灰充填采空區，采出建筑物下壓煤的開采模式。解決了充填體進入采空區的空間、通道和動力等技術問題，并建立了完善的充填效果檢測系統，在保證地面建筑物完好的情況下，有效采出邢臺礦建筑物下呆滯煤量2000萬t以上。

建筑物下采煤 固體充填開采 矸石 粉煤灰

TD823.7

A

冀中能源股份有限公司邢臺礦位于河北省邢臺市橋西區，1968年建成投產，至今已開采四十余年。礦井上組煤剩余可采儲量2116.4萬t，大多為邊角煤柱，開采條件越來越困難，且礦區地面村莊密集，各類村莊、沖積層下保護煤柱儲量達5800萬t。為此，提出了利用矸石和粉煤灰作為充填體的開采方法對邢臺礦建筑物下壓煤進行開采，延長了礦井服務年限。

1 工程概況

7606工作面是邢臺礦首個完成充填開采的工作面，工作面走向460m，傾向55m，已于2009年開采完畢，回采煤炭資源11.54萬t，充填矸石和粉煤灰12.6萬t，實際充實率達到97%。

1.1 工作面概況

7606工作面開采2＃煤層，屬穩定復雜結構厚煤層。7606工作面部分煤層厚度變薄，最小煤厚為4.5m，正常煤層平均厚度為6.3m，受影響厚度為1.8m。工作面內平均煤厚為5.5m，煤層內含有一層夾矸，位于煤層的中下部，夾矸厚0.3m，上部煤厚平均2.9m，下部煤厚平均2.3m。工作面頂底板巖性見表1。

表1 7606工作面頂底板巖性特征

1.2 充填工作面配套設備

工作面充填主要配套設備見表2。

表2 充填工作面主要配套設備

2 充填開采技術

2.1 充填工藝流程

建筑物下綜合機械化固體充填采煤技術是將地面固體廢棄物矸石和粉煤灰按照一定的比例混合后，經大直徑鉆孔，直接投放到井下矸石倉，通過帶式輸送機和轉載機送到工作面機尾，經后刮板輸送機運輸至液壓支架，從各支架后尾梁上懸吊的開底窗口將充填料填入，并由支架上的搗實機構夯搗密實。充填料下井通道如圖1所示。

圖1 充填工藝流程示意圖

2.2 充填關鍵技術

目前，國內外均無采用矸石粉煤灰固體充填采空區實現不遷村開采的先例。邢臺礦根據已有的理論并結合現場實踐，采取了以下措施來解決充填過程中存在的難題，實現了不遷村開采。

2.2.1 大垂深投料防沖擊系統

在投料管下出口－210m水平處設置傘狀緩沖器，從地面下放的物料經緩沖再流到下部的碴倉，減少了對下部碴倉和輸送設備的沖擊，緩沖器用24＃槽鋼固定在碴倉上口。

2.2.2 投料管防堵措施

采用空放作業方式，管內不存料；碴倉上口安裝料位信號和視頻裝置，監視物料的投放狀態。碴倉下口安裝兩組空氣炮，對碴倉下部鎖口處易發生棚堵的部位進行處理。

2.2.3 充填料到采空區的通道

充填物料經過碴倉下口的給煤機放到帶式輸送機上，經過帶式輸送機運輸至工作面機尾，在帶式輸送機機尾和工作面充填運輸機之間設計專門的膠帶轉載機，將帶式輸送機運來的充填料轉載到充填輸送機上。充填輸送機懸吊在專門的充填支架尾梁上，并用支架的尾梁支護充填區的頂板。充填輸送機采用SGB630/132（改）型，每隔一塊溜槽在中板上開一個400mm×500mm的放料口，用千斤頂控制放料的位置、順序及放料量。

2.3 工作面充填工藝

（1）工作面充填與采煤同步進行，實行平行作業，采煤作業與普通綜采相同。

（2）工作面割煤拉完支架后，及時把后刮板輸送機推到最后位置，開始充填。

（3）3～4名支架工或充填工沿機頭向機尾順序充填。從機頭第2個投料口開始，同時打開第3個投料口，當第2個投料口充滿后，關閉投料口，開始搗實，并往第3個和第4個投料口投料；第2個投料口搗實后，再次打開投料，循環搗實，一般需進行2～3個循環。第2投料口的充填工作完成后，負責第2個口的支架工轉到第5個投料口工作，且第3個投料口的支架工開始搗實，循環往機尾方向推進。

（4）整個工作面充填完成后，停止第一輪充填，拉后刮板輸送機，并用搗實機構將原后刮板輸送機下的充填碴頂向采空區并接頂。該工序由3～4名支架工同時協調進行，完成之后再回推后刮板輸送機，開始第2輪充填。

（5）直至后刮板輸送機下部空間充滿為止，充填工作結束。

3 充填應用效果分析

3.1 充填檢測系統

由于充填料位于采空區內，常用的監測手段難以發揮作用。因此，針對邢臺礦的工程實際，建立相適應的充填檢測系統。

（1）充填體內埋有壓力傳感器，監測充填料的受力變化情況。

（2）工作面支架安裝有壓力在線監測系統，工作面兩巷中裝有測力錨桿和錨索，地表的鐵路專用線和礦區公路線建立了觀測線，對地表的變形進行觀測。

（3）為直接觀測上覆巖層的下沉情況，在工作面上部40m處的－210m西翼大巷設立了巖層移動觀測站，共設29個觀測點。

3.2 充填效果

根據現場實測發現：充填投料系統、運矸系統運轉正常，搗實效果良好，充填料受力均勻，綜合充填率達到95%以上；工作面上部40m處的－210m西翼大巷最終下沉量穩定在231mm，巷道不用翻修，可以正常使用；7606工作面頂板3 m范圍內裂隙發育，3m以上頂板完好，沒有明顯破壞，底板破壞深度最大為3.3m，而普通跨落法采煤造成的破壞深度一般為13～15m；地面的車間等建筑完好無損。

4 結論

（1）通過綜合機械化充填開采技術在邢臺礦的成功應用，使邢臺礦解放建筑物下呆滯煤量2000萬t以上，延長礦井壽命10a以上。已經回采結束的兩個充填工作面，共開采建下煤炭資源44.7598萬t，充填矸石粉煤灰44.8044萬t，2008－2010年凈利潤1.33億元，創造稅收1.24億元。

（2）矸石粉煤灰充實采空區，可較快地支撐頂板，從而消除了采空區瓦斯積聚空間，根治了煤層自然發火隱患，減少了底板高承壓水突水幾率，改善了高應力巷道維護狀況。

（3）消滅了矸石山和粉煤灰，保護了土地和水資源，維護生態環境，對煤礦的安全生產、改變煤炭行業形象和建設低碳生態礦山具有重大的現實意義。

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Application of solid backfilling under buildings to coal mining in Xingtai Coal Mine

Ding Yanbin
（Xingtai Coal Mine，Jizhong Energy Resources Company Ltd.，Xingtai，Hebei 054000，China）

Aimed at such situations as large quantity of coal under buildings，severe space coverage by coal gangue，and a mass of fly ash discharged from the power plant，the coal mining under buildings by backfilling coal gangue and fly ash was proposed to realize the sustainable development of the mine，enhance recoverable reserves，control surface subsidence，and eliminate the influence of wastes to the environment.Through solving the technical problems of backfilling in goaf and roadways and required power，a well－designed system was established to detect the effect of backfilling.20million tons of dull coal was mined out in Xingtai Coal Mine and the ground buildings were ensured in good condition.

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丁燕斌（1969－），男，河北石家莊人，高級工程師，現任冀中能源股份有限公司邢臺礦副總工程師。

（責任編輯 張毅玲）