王臺(tái)鋪煤礦條帶式充填開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：王臺(tái)鋪煤礦十五號(hào)煤正規(guī)長(zhǎng)壁工作面開(kāi)采已接近尾聲，但剩余地質(zhì)儲(chǔ)量較多，其中約75%為“三下”壓煤，約25%為殘留不規(guī)則地段、邊角煤柱，該部分資源不適合布置長(zhǎng)壁工作面進(jìn)行回采，目前僅靠傳統(tǒng)的條帶式采煤方法進(jìn)行回收。

關(guān)鍵詞：三下壓煤；條帶式充填；高水膨脹材料

1 條帶式充填開(kāi)采背景

王臺(tái)鋪煤礦開(kāi)采時(shí)間長(zhǎng)達(dá)50多年，加之近年來(lái)礦井生產(chǎn)能力的大幅度提升，在煤礦現(xiàn)有開(kāi)采技術(shù)條件下煤炭可采資源量將近枯竭，預(yù)計(jì)2015年正規(guī)綜采工作面將回采結(jié)束，剩余地質(zhì)儲(chǔ)量多數(shù)為建筑物下壓煤，“三下”壓煤地質(zhì)儲(chǔ)量為6941.3萬(wàn)t。該礦使用條帶式式充填法開(kāi)采，按85%的回收率計(jì)算，可采出5900萬(wàn)t壓煤，既為國(guó)家節(jié)約了大量的煤炭資源，也為集團(tuán)公司其他煤礦的“三下”壓煤開(kāi)采提供經(jīng)驗(yàn)與借鑒，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。目前集團(tuán)公司“三下”壓煤量巨大，據(jù)2011年10月底不完全統(tǒng)計(jì)，壓煤地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)到5.79億t，可采儲(chǔ)量達(dá)到2.81億噸。實(shí)行高水膨脹材料充填開(kāi)采可以充分采出地下煤炭資源，延長(zhǎng)資源枯竭礦井壽命，促進(jìn)礦井的持續(xù)健康發(fā)展，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 條帶式充填開(kāi)采試驗(yàn)工作面概況

2.1 工作面位置及開(kāi)采范圍

山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司王臺(tái)鋪煤礦經(jīng)調(diào)研確定采用高水膨脹材料充填工藝，為掌握充填工藝與充填效果，擬在XV2317工作面進(jìn)行條帶式式高水膨脹材料充填開(kāi)采試驗(yàn)。該工作面位于礦井西部，屬二水平二盤(pán)區(qū)，工作面標(biāo)高628m～635m。

XV2317工作面對(duì)應(yīng)地面位置無(wú)重要建筑物，以北200m處為崔溝村，以東80m處為排矸井。井下工作面南側(cè)84m以外為XV2309綜采工作面（尚未開(kāi)采），北側(cè)為風(fēng)井保護(hù)煤柱，東側(cè)為排矸井井筒保護(hù)煤柱，西側(cè)18m以外為崔溝小煤窯采空區(qū)。

2.2 工作面地質(zhì)構(gòu)造

XV2317充填式條帶式工作面局部地段頂板節(jié)理及小型斷層構(gòu)造發(fā)育，目前根據(jù)XV23173巷（原XV2334巷）掘進(jìn)揭露情況，斷層主要有3條，均為正斷層。

2.3 煤層與煤質(zhì)

XV2317充填式條帶式工作面開(kāi)采15號(hào)煤，厚度為1.8～3.0m，煤層傾角1°～2°，普氏系數(shù)為2～4，煤層裂隙發(fā)育，一般夾兩層總厚度約0.6m泥巖，普氏系數(shù)為1～2。煤為黑色，亮煤，似金剛光澤，含硫中等。

2.4 工作面布置

工作面走向長(zhǎng)度311～330m，傾斜長(zhǎng)度206m。工作面以XV23173巷（原XV2334巷）為界分為XV2317北工作面和XV2317南工作面。XV2317北工作面傾向長(zhǎng)84.24m，XV2317南工作面的傾向長(zhǎng)121.76m，工作面采高2.5m，煤層傾角介于1°～2°。

3 條帶式充填開(kāi)采方法簡(jiǎn)介

3.1 條帶式充填開(kāi)采是利用巷式采煤法采煤，充填法管理頂板，實(shí)現(xiàn)工作面全部開(kāi)采的采煤方式。其具體工藝分為：①第一階段回采，按照條帶式式回采工藝回采煤房資源；②第一階段充填，對(duì)回采煤柱形成的采空區(qū)進(jìn)行充填；③第二階段回采，在兩側(cè)充填體的支撐保護(hù)下，回采中間煤柱；④第二階段充填，充填回采煤柱形成的采空區(qū)。它遵循一定的開(kāi)采計(jì)劃和順序，實(shí)現(xiàn)采、掘同步及“一（二）采、一充、一備”的作業(yè)模式，順序轉(zhuǎn)換工作區(qū)的開(kāi)采工藝。

3.2 XV2317工作面回采工藝

3.2.1 割煤方式。XV2317南工作面采用后退式條帶式法開(kāi)采，支巷采寬定為4m，采用EBJ-120型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)出煤，循環(huán)進(jìn)度1m，截割工藝流程為：進(jìn)刀→截割→二次進(jìn)刀→截割→修周邊成形，截割方法為：巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，截割頭由巷道底部進(jìn)刀，最大進(jìn)刀深度0.5m，然后以0.4m～0.6m的截深在巷道斷面內(nèi)橫向擺動(dòng)截割，周邊留0.2～0.3m，每橫向截割一次，抬高0.4～0.6m，然后二次進(jìn)刀截割，按照截割曲線示意圖連續(xù)擺動(dòng)截割一個(gè)循環(huán)進(jìn)度后，修周邊達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 裝運(yùn)方式。轉(zhuǎn)載機(jī)將煤炭轉(zhuǎn)載至刮板輸送機(jī)上，再通過(guò)皮帶運(yùn)輸機(jī)將煤炭運(yùn)至井底煤倉(cāng)，由斜井皮帶運(yùn)至地面。

3.2.3 支護(hù)方式。采煤支巷的支護(hù)采用單體支柱與π形鋼梁聯(lián)合支護(hù)，π形鋼梁與頂板利用木板、柱帽、木楔背緊，保證接頂嚴(yán)實(shí)。

3.2.4 工作面主要設(shè)備

（1）綜掘機(jī)。XV2317工作面所用綜掘機(jī)的型號(hào)為EBJ-120型掘進(jìn)機(jī)，外形尺寸為8600×2100×1550mm，功率為120kW，最大截割寬度為5m，最大截割高度為3.75m。

（2）刮板輸送機(jī)。XV2317工作面所用刮板輸送機(jī)分兩個(gè)型號(hào)。SGW-40T型刮板輸送機(jī)，功率40kW，運(yùn)輸長(zhǎng)度100m，運(yùn)輸能力150t/h；SGBK620/40可移式刮板輸送機(jī)，功率40kW，運(yùn)輸長(zhǎng)度40m，運(yùn)輸能力150t/h。刮板機(jī)主要應(yīng)用在采煤支巷內(nèi)，與綜掘機(jī)的轉(zhuǎn)載機(jī)搭接，將煤炭運(yùn)送至工作面運(yùn)輸巷。

（3）皮帶。皮帶型號(hào)為SJ-80，功率為2×40W，運(yùn)輸長(zhǎng)度800m，運(yùn)輸能力400t/h，設(shè)置在運(yùn)輸大巷中，將煤炭運(yùn)至井底煤倉(cāng)。

4 條帶式充填開(kāi)采工作面的充填材料與充填工藝簡(jiǎn)介

王臺(tái)鋪煤礦充填開(kāi)采選用的充填材料為高水膨脹材料，該材料是一種新型礦用充填材料，以粉煤灰為主料，延緩劑、速凝劑、固化劑和膨脹劑等為輔料，與水充分?jǐn)嚢杌旌虾?，制成水料的質(zhì)量比為（1.2～1.5）：1左右的充填料漿。該材料優(yōu)勢(shì)主要有：①良好的流動(dòng)性。材料含水量達(dá)到55～60%，經(jīng)過(guò)井下工業(yè)試驗(yàn)，充填倍線可達(dá)10以上，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自流輸送，滿(mǎn)足了絕大部分礦井自流輸送的需要。②凝固時(shí)間短，強(qiáng)度高。經(jīng)過(guò)井下工業(yè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，料漿在1.5h達(dá)到初凝，4h實(shí)現(xiàn)終凝，凝固時(shí)間比多數(shù)充填材料短，有利于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。充填材料凝固后24小時(shí)強(qiáng)度可達(dá)1.5MPa，28天強(qiáng)度可達(dá)4.0MPa以上。③一定的膨脹性。材料添加了部分膨脹劑，使得體積膨脹率達(dá)1～10%，因此可提高充滿(mǎn)率，實(shí)現(xiàn)充填體主動(dòng)接頂，起到了對(duì)上覆巖層良好的支撐效果。④抗風(fēng)化性能良好。經(jīng)過(guò)井下長(zhǎng)達(dá)19個(gè)月的實(shí)際觀測(cè)，充填體無(wú)風(fēng)化現(xiàn)象，證明其在煤礦井下條件下抗風(fēng)化能力強(qiáng)。

5 條帶式充填開(kāi)采井下和地面監(jiān)測(cè)方案

5.1 井下監(jiān)測(cè)：XV2317條帶式式充填工作面分為南北兩個(gè)部分，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為：頂板壓力監(jiān)測(cè)、頂板下沉量監(jiān)測(cè)和煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

5.2 地面監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容

5.2.1 確定觀測(cè)線的數(shù)量和位置，以使觀測(cè)站能夠較全面地反映充填開(kāi)采后地表移動(dòng)的整體狀況。

5.2.2 確定每條觀測(cè)線上控制點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)的合理位置，使得觀測(cè)點(diǎn)的選位合理，既能附合所在觀測(cè)線的整體需要，又便于埋設(shè)和外業(yè)觀測(cè)，從而有利于取得更為可靠的原始數(shù)據(jù)。

5.2.3 確定觀測(cè)線上控制點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志的結(jié)構(gòu)和材料，以使其埋設(shè)后的點(diǎn)位更穩(wěn)定，更便于保存。

5.2.4 確定本工作面地表移動(dòng)觀測(cè)工作的基本觀測(cè)方法，為觀測(cè)提供作業(yè)依據(jù)。

5.2.5 為本礦后續(xù)工作面觀測(cè)站的設(shè)計(jì)提供參考。

6 結(jié)束語(yǔ)

條帶式充填開(kāi)采技術(shù)在王臺(tái)礦井得到了很好的應(yīng)用，使王臺(tái)礦井在“三下”壓煤開(kāi)采領(lǐng)域?yàn)闀x煤礦區(qū)提供成功范例，地表沉降與綜采工作面對(duì)比減少93%以上，資源回收率達(dá)到了91%以上，待數(shù)據(jù)收集結(jié)束后，資源回收率可達(dá)到100%。同時(shí)該采煤方法的成功應(yīng)用，其開(kāi)采工藝、設(shè)備配套及其他成功經(jīng)驗(yàn)可推廣應(yīng)用與晉煤礦區(qū)類(lèi)似煤層地開(kāi)采中，對(duì)延續(xù)晉城礦區(qū)煤炭主業(yè)的發(fā)展起到重要作用，其應(yīng)用前景非常樂(lè)觀。

參考文獻(xiàn)

[1]徐永圻.煤礦開(kāi)采學(xué)（修訂本）.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[2]陳炎光，徐永圻.中國(guó)采煤方法.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1991.

作者簡(jiǎn)介：許志楠（1985，10-），男，2006年畢業(yè)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任王臺(tái)鋪煤礦生產(chǎn)技術(shù)科主任科員，長(zhǎng)期從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作，助工。