大傾角煤層安全高效充填開采技術探析

曾國華

【摘 要】目前，就大傾角煤層開采現狀來看，合理的選擇開采技術，才能滿足大傾角煤層安全高效的要求。所以，本文以某公司的大傾角煤層安全高效充填開采技術進行分析，希望可以攻克大傾角煤層技術方面的難題。

【關鍵詞】大傾角煤層；開采；安全；充填

中圖分類號： TD823.7 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0149-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.074

【Abstract】at present， in view of the mining status of large-dip coal seam， the reasonable selection of mining technology can meet the requirements of safety and efficiency of large-dip coal seam. Therefore， this paper analyzes the safety and efficient filling mining technology of a certain companys large-dip coal seam， hoping to solve the technical problems of large-dip coal seam.

【Key words】High dip coal seam；Mining；Safety；Filling

目前，在煤炭開采工程和學術界中都沒有對“大傾角煤層”進行統一的定義，目前，將35°-55°的煤層稱之為大傾角煤層。目前，在已經探明的煤炭儲量中，大傾角煤層占據的儲量為20%，而產量為10%，考慮到我國對于稀缺煤種的保護性開采，提升煤層資源的采出率，就成為能源安全的重要問題之一。

1 充填方式確定

按照實際的開采條件，選擇相對應的填充方式，經過合理的闡述，似膏體管道自流填充為最終確定的數據。

第一，膏體泵填充技術，雖然含量較高，并且在井下的脫水量很少，但是需要大量的資金，并且技術本身的可靠性偏低。但是似膏體自流充填就可以彌補這些方面的缺陷，并且操作簡單，運行可靠性較高。基于經濟處罰，因為充填范圍之中的儲量偏低，所以，選擇似膏體自流充填技術更加方便合理[1]。

第二，如果選擇膏體泵送進行充填處理，其本身存在較差的流動性能，在直接排出管道之后，就會提升接頂的難度。但是通過這樣的方式，就可以滿足漿體流動性以及料漿濃度充填的要求，并且也可以滿足空區充滿率。

第三，按照相關經驗，在進行加壓輸送的時候遇到壓力不足，無法選擇管道自流輸送，才會對其余的方式加以選擇。具體而言，管道自留的輸出標準只有管路系統幾何填充倍線小于5-6。

通過實際的計算，采取首期的充填范圍內充填倍線只有3.0，這一個標準滿足自流輸送，所以，選擇自流輸送這一模式。

2 基于FAHP-DEA的工作面封堵方法

2.1 充填擋墻構筑工藝

2.1.1 混凝土擋土墻

對于混凝土隔墻構筑而言，首先要考慮到混凝土磚砌筑外層，對于內層的澆筑則需要使用0.5m的混凝土進行，但是總厚度需要在0.8m左右。為了滿足充填封閉墻穩定性要求，在充填之前需要進行14d的養護。為了避免擋墻垮塌，需要實現分段的填充處理，當滿足高度要求之后，放置1d，確保充填體本身初凝，提升自立性，等待滿足封閉墻高度，就可以進行后續的操作[2]。

這一種方式本身具備一定的安全性，并且自身的承載能力較高，且適應力較強，但是材料成本高、施工工藝復雜、強度上升相對緩慢，不能在高效高產的采礦作業面使用。

2.1.2 金屬網柔性擋墻

柔性密閉濾水擋墻，柔性擋墻本身的工序非常的簡單，并且施工工期相對片段，勞動強度地，所以，就可以滿足循環操作之中的節約。

2.1.3 煤矸石空心磚擋墻

空心磚主要是利用一定的爐渣或者是其余的水泥和骨料進行混合，并且將其擠壓成為免燒磚。空心磚本身比重偏輕，并且成型之后會達到35%的空洞率，因此空心磚本身較輕，有利于搬運以及快速施工處理。空心磚擋墻工藝：地基上直接選擇混凝土進行鋪底處理，確保其和硬巖能夠相互的結合，在內部，則選擇混凝土進行填充處理，并且需要將內外墻面進行抹平，然后其砌墻的砂漿配合比：1：2的水泥與砂，墻面選擇1：1的配合比，抹墻面所使用的沙粒其直徑不得超過1mm，水灰比控制在0.45。另外，在進行砌筑的時候，需要針對粘土進行填充，這樣也可以滿足墻體可縮量的要求。為了滿足充填漿料水分充分濾出的要求，每間隔兩層轉，需要有兩個濾水窗戶，從窗戶朝外用濾布包裹其濾水孔。直接將擋墻外巷利用砌擋漿墻，直接用于濾水以及管道中料漿的盛放，所以控制高度為1m，而厚度控制在20cm。

2.1.4 木制擋墻

在進口的位置上使用木制充填擋土墻，直接將4-5條立柱和2-3條橫支撐直接設置在進路端部，然后使用木板封堵，同時設置兩層的土工布，如此就可以在開展濾水施工的同時，也可以做好跑砂的防范。在模板上，直接鑿開小孔用于排水。設置斜支撐來頂住橫支撐，這樣就可以保護器穩定性。另外，木板上應該有相應的觀察窗設置，這樣就可以對實際的充填情況加以料及，為了避免有跑砂的情況出現，那么就需要直接選擇水泥砂漿來直接完成擋墻兩側的密閉處理。目前，木制擋墻使用的非常廣泛，同時成本低廉，施工非常簡單。使用木制結構，因為過濾的材料使用的是土工布，所以本身的脫水能力較強，同時過濾效率良好，泄水的水質也非常的清澈[3]。

但是在使用木制擋墻的時候，還需要認識到：

第一，因為對擋墻存在強度的要求，所以對于木材本身的要求偏高。第二，立柱的架設，還需要直接打上柱窩，但是因為需要人為進行處理，所以本身的勞動強度較大。第三，擋墻圓木以及背板都直接綁扎在一起，這樣不利于回收。第四，對于木材的消耗量較大，并且抗沖擊能力較弱。第五，架設施工相對困難，并且施工的安全性偏低。

針對四中擋土墻，進行比較，具體見表1所示。

考慮到基本情況，初步選擇空心磚和木制兩種工藝為備選方案。

2.2 采廠頂板穩定性分析

在實際的采煤工藝中，每次推進0.6m，滿足采煤和填充之間的最佳匹配，基于MIDAS/GTS的便捷人機交流平臺，其具體的方式由三種，基于不同方案的工作面穩定性進行分析，最終確定相對應的工藝技術參數：

第一，采4充1，充填的斜長為2.4m。按照進4刀一次充填的模式進行。

第二，采6充1，充填的斜長為3.6m，進6刀一次充填的模式進行。

第三，采8充1，充填的斜長為4.8m，按照進8刀一次充填的模式進行。

首先，按照彈塑性力學理論，為了滿足精度要求，就需要確保所選擇的模型能夠為實際開挖的3-5倍，并且要求傾角選擇30°。考慮到現場的實際情況，并且方便后的計算，模型為100m*50m*350m。其次考慮到存在中段上覆巖體本身的作用，10MPa為荷載。然后進行關鍵部位開采的時候，考慮到相對密集的網格劃分，但是個別區域則相對的稀疏[4]。

針對三種不同的方案，對于各項參數進行匯總，具體見表2所示。不難看出，隨著空頂范圍的逐漸增大，其壓應力和頂板拉都在逐漸的增大，但是都在允許的強度范圍之中。

2.3 充填高度與擋墻工藝組合方案

為了確定最佳的采、充關系，以及最佳的擋墻構筑工藝，按照表1的數據分析，從而選擇4種方案。

基于封堵工藝以及填充高度的具體要求，上述的各種方案都有自身需要面臨的問題，再加上因素之間還會有不確定的相關性的存在。所以，在工作面結構參數的具體選擇方面，要考慮到本身輔助的問題。針對多個指標系統的不同對象，無法對其優劣進行比較，所以，就需要通過評價的方式進行選擇。但是目前的評價方式較多，所以需要考慮到綜合性的評價方式。針對擋墻工藝與充填高度之間的相互組合，綜合評定選擇FAHP-DEA來進行處理。通過合理的判斷與分析之后，最佳的方式為采6充1，再配合上煤矸石空心磚擋墻。所以，選擇這一個工藝，在滿足安全性能的基礎上，同時也能夠節約大量的木材。無論是經濟方面，還是社會方面，都是最佳的選擇。

3 結語

經過20多年的發展，大傾角煤層開采技術的理論基礎、關鍵裝備、核心技術等方面都取得了一定的突破，并且也具有明顯的經濟效益與社會效益。在今后的研究之中，還需要針對大傾角煤層安全高效充填開采技術進行更進一步的研究，這樣才能夠滿足安全高效生產的要求。

【參考文獻】

[1]柳晶，李根威.條帶充填保水開采導水斷裂帶高度多因素影響分析[J].煤礦安全，2018（03）：194-197.

[2]梁洪彪.某礦4號煤矸石充填開采技術研究[J].機械管理開發，2018（02）：111-113.

[3]周波.關于高水充填開采技術的探討[J].內蒙古煤炭經濟，2018（03）：11-12.

[4]牛建平.“三下”煤層安全高效開采技術研究[J].山東煤炭科技，2016（08）：38-39+41.