煤礦開采機械化充填工藝技術及系統探討

郭慶舉

【摘 要】本文提出用煤矸石對采空區進行充填的方法及應用措施，并介紹了機械填充的具體辦法，提出了煤矸石回填應用的前景。

【關鍵詞】采空區；充填；矸石回填；機械充填

0 概述

煤炭開采過程中，充填法是采用充填材料對采空區進行處理，使充填體與圍巖共同作用，以改變圍巖的應力分布狀態，達到有效控制地壓，并防止地表塌陷的目的。煤矸石回填采空區的填充方法主要有水力充填、風力充填和機械充填等方式。其中，機械充填是目前廣泛應用的先進技術方式，通過成套的矸石充填設備將煤矸石等填充材料運輸到采空區進行充填，工作面前面開采，后部進行充填。所用的設備簡單，對充填材料要求不嚴格，有非常廣泛的發展前景。根據實際情況，工作面配套兩套設備。一套采煤，布置在工作面運輸巷；一套矸石充填，布置在工作面材料巷。

1 普采矸石充填

井下全巖掘進工作面的矸石，用礦車運至簡易翻車機處，然后用翻車機翻入儲矸道，再用扒裝機裝到運矸皮帶，皮帶進入采空區運矸溜子，最后載入特制強力小皮帶拋矸機充填采空區。充填采空區具體如下：

（1）當工作面推采控頂距達到最大6.2m時，從煤面數自第6排至第3排3個空檔內開始充填，充填順序沿工作面傾斜方向自下而上、由老空向煤壁側依次，充矸溜子鋪設在第5排和第4排之間的空檔內。當充填至材料道時，工作面開始推采。依次進行循環勞動組織生產。

（2）充填時為防止竄矸，超前充矸位置2m，第三排支柱里側自底板向上沿傾向擋竹笆，竹笆要用雙抗網塑料帶固定在支柱上，遮擋嚴實，防止竄矸埋支柱。

（3）充填皮帶拋矸最大距離為3m，即每次充填區傾向長度為3m。首先在充填區從切頂排向煤壁側支設兩排木支柱，柱距1.5m，排距1.5m，戴帽支設。然后在充填區頂梁架距檔內加設5架π型鋼（3.2m）前探支護充填區域頂板，待頂板穩定后只使用π型鋼。

（4）支設好π型鋼后，按照由下向上、由里向外的順序回撤預充填區段支柱，視頂板破碎程度，每次回撤2～3排，至工作面第三排支柱。π型鋼隨充填接頂隨交替向煤壁側前移，充填完一區段后，及時回撤支設在上段充填空間處。

（5）充填時回出的支柱支設在切頂排及末前排頂梁下，作為備用支柱，并拴好防倒繩；回出的頂梁整齊豎放在備用支柱與正規支柱之間；縮出的溜槽碼入在材料道空檔內，作為下一個循環的充填運矸溜子。

（6）工作面推進時，每班一循環，連續推進三循環，推采到最大空頂距時停推，鋪設運矸溜子準備下一個循環充填。

（7）開缺口、過斷層放炮前要在第二排掛好擋煤皮子，防止煤炭崩到充填區。

此矸石充填技術比較適合傾斜煤層，對近水平煤層不太適用。

2 綜采矸石充填

（1）每班按照正規循環割2刀煤（進尺1.2m），停止割煤，移直自壓式矸石充填機的機頭與機尾。檢查充填系統的完好情況，準備充填工作；

（2）首先啟動工作面自壓式矸石充填機，然后依次啟動7403軌道巷可縮橋式中間驅動膠帶輸送機、下山轉載巷矸石運輸刮板輸送機、轉載平巷矸石運輸刮板輸送機、矸石運輸下山膠帶輸送機，進行采空區矸石充填；

（3）充填時采用自壓式矸石充填機機頭向機尾方向依次充填，也即先打開自壓式矸石充填機機頭的第1個插板進行“自由落體”充填階段、“自充自壓” 階段，待此段矸石輸送機升至離支架尾梁200mm時，關閉第1個插板，打開第2個插板，重復上述工作，待6個插板全部完成上述2個階段后，再同時打開全部6個插板，進行“充分壓實”階段的工作。

（4）充填階段矸石由自壓式矸石充填機運至漏矸孔，直接落人刮板下的采空區，當從漏矸孔下落的矸石自然堆積高度至自壓式矸石充填機的溜槽時，自壓式矸石充填機上刮板推移矸石自漏矸孔落下、下刮板向上推平漏矸孔下漏的矸石。在此過程中，下刮板的作用主要在以下方面：使矸石在自壓式矸石充填機的自身重力和刮板運動的共同作用下使矸石充填密實，提高了矸石的充填效果；使矸石向下刮板運行方向鄰近矸石孔移動，擴大了同一漏矸孔的充填范圍。

（5）當最后一個自壓式矸石充填機的漏矸孔完成“自充自壓”階段后，打開全部6個自壓式矸石充填機插板，進行最后階段的“充分壓實”充填階段。

（6）此時，自壓式矸石充填機會因充填矸石的反作用力進一步上移，當其與支架尾梁完全接觸后，自壓式矸石充填機不再上移，但對下部矸石的作用力進一步加強，使矸石得以充分壓實，同時進一步擴大矸石的充填范圍，實現有效充填空間的完全充滿與壓實。

3 結語

充填法適用于處理地表沒有大面積塌陷或上部有建筑物的采空區，其特點是對相鄰礦體的開采影響較小，可以保證回采過程中礦石的損失和貧化較小。

利用煤矸石回填采空區，可以大量使用煤矸石，從而減少因矸石堆放而占用土地以及因其自燃和揚塵等造成的空氣污染；也可以抑制因矸石淋濾對水體造成的污染和破壞。同時，矸石回填可以避免采空區上覆巖層的變形和產生裂縫，以及由此所引起的生態破壞和土地退化。

【參考文獻】

[1]張榮立，何國緯，李鐸.采礦工程設計手冊[M].煤炭工業出版社，2003.

[責任編輯：丁艷]