急傾斜煤層使用充填式開采技術

鄂托克旗烏仁都西煤焦有限責任公司 內蒙古 鄂爾多斯 017000

急傾斜煤層綜合機械化采煤工藝及裝備目前在我國急傾斜煤層中逐步得到推廣和應用，是較為成熟和可靠的工藝。但在實際應用中，與本地區的地質條件、煤層頂底板的穩定性等密切相關，本地區周邊礦井尚無急傾斜煤層綜采開采經驗，實際應用中在生產和管理上存在一定的風險。

“連采連充”的開采和充填工藝要有一定基礎經驗，在近水平和緩傾斜煤層中要應用良好。在急傾斜煤層中，只要人為創造出緩傾斜煤層的開采條件，即可實現充填開采。因此，充填開采在急傾斜煤層中的應用是創新性的開采工藝，為急傾斜煤層的開采探索一條新路。

一、采區巷道布置

1.開采順序。采用“連采連充”的充填工藝，就是利用綜掘機掘進順槽巷道、支巷及采巷，先掘后充。

2.采區巷道布置。煤層開采時分區段進行，每個區段標高為90m，根據不同的地質條件自行確定區段標高，區段間需布置穿層石門，分別為運輸石門、軌道石門、回風石門。

運輸石門通過轉載巷與主斜井連接，軌道石門通過井底車場與副斜井連接，回風石門直接與回風立井連接。

3.回采巷道布置。煤層開采時分區段進行，同時開采2層煤層，每層煤在石門兩翼各布置1個充填工作面，充填工作面采用單巷布置方式，每個工作面分別沿最低部區段標高布置運輸順槽，沿上一區段標高布置軌道順槽，其中運輸順槽鋪設運煤膠帶輸送機和軌道，兼進風；軌道順槽鋪設軌道和充填管路。兼回風。

運輸順槽最低部區段標高運輸石門和最低部區段標高軌道石門連接，通過回風聯絡巷與最低部區段標高回風石門連接；軌道順槽與上一區段標高運輸石門和上一區段標高軌道石門連接，通過回風聯絡巷與上一區段標高回風石門連接。

二、充填工作面巷道布置方式

急傾斜煤層采用充填開采，其關鍵就是人為創造出緩傾斜煤層的開采條件，滿足掘進機掘進巷道的坡度要求，滿足巷道的充填要求，同時滿足充填工作面的運煤、運料和進、回風要求，使系統盡可能簡單、通暢。

經實踐證明，充填開采時，采巷傾角控制在7°～10°時，既有利于掘進，又能有效保證充填體自流，保證充填效率和充填效果。

設計從最低部區段標高石門巷道向兩翼沿最低部區段標高布置充填工作面運輸順槽，從上一區段標高石門巷道向兩翼沿上一區段標高布置充填工作面軌道順槽。支巷傾角12°，采巷傾度7°。每采一個采巷后，可立即進行充填，在充填體凝固密實后，即可沿充填體在其上開采下一個采巷，如此循環，直至開采至軌道順槽，這個支巷開采結束。然后掘進下一個支巷。工作面內支巷的開采順序為后退式。

充填工作面采巷長度根據充填膏體凝固時間確定，充填膏體凝固達到3MPa時需要7天，采巷長度控制在200m以內。由于充填膏體的凝固時間較長，在此期間工作面停產，為了提高掘進效率，在每一個充填工作面布置兩個作業點，每個作業點布置1臺綜掘機，基本上做到掘進時間與凝固時間相當，保證兩個采巷交替掘進和交替充填。

在同一個支巷內按上、下分為兩個作業點，下部為01面，上部為02面，01面和02面內兩個采面交替開采和交替充填，基本保持同步，一個支巷開采結束后，同時開采下一個支巷。充填工作面的運輸順槽和軌道順槽同時服務于01面和02面。

02面和01面分界點的下部支巷內設擋漿密閉，兩個面的采巷在開采后均直接充填。

三、采煤工藝

井下采用長壁偽斜條帶連采連充采煤工藝，采煤工藝由采煤系統及充填系統構成，采煤系統和充填系統分別為兩套獨立的系統，采煤系統包括回采支巷及煤炭運輸，充填系統包括回采完畢后支巷的充填及充填物料的運輸，兩套系統分工明確、互不影響，同時平行作業，提高采煤及充填工作效率，實現“以充保采”、“以充促采”的目的。

1.采巷的開采、支護及充填工序。充填工作面每個支巷內采巷的開采順序為由下至上進行開采，采巷傾角為7°，充填時有利于充填體自流，提高充填效率。每個采巷高度為6m，分兩層開采，第一分層采高2.2m，第二分層采高3.8m，待兩個分層回采結束后進行膏體充填，形成一個開采工序循環。為了保證充填效果，使采巷上口易于封閉，在采巷與支巷的開口處局部設留三角煤。

開采第一分層時，需對采巷的頂及兩幫采用錨桿掛網加錨索支護，頂部煤體因充填后繼續開采，采用塑料網片加玻璃鋼錨桿支護；上幫為煤層頂板，采用金屬網片加錨桿、錨索支護；下幫為煤層底板采用金屬網片加錨桿支護。開采第二分層時，上幫采用金屬網片加錨桿、錨索支護；下幫根據煤層底板情況，底板穩定可不支護。

2.工作面通風。整個工作面以運輸順槽和回風順槽形成整個工作面的全負壓通風，采用上行風。支巷回采時利用局部通風機供風，支巷充填時不通風。

工作面始終保留一條支巷，以確保工作面的全負壓通風。

3.采巷充填。每條采巷開采完畢后，即可進行充填，采巷傾角為7度，膏體從采巷口可自流至采巷底部，待膏體逐漸充填至采巷口時，對采巷口進行封閉，使充填體與支巷底板找平。

4.工作面頂板管理方式。采巷頂板采用錨網索支護，待整個工作面內全部采巷充填完畢后，形成充填體完全代替煤層，即工作面頂板管理方式為不垮落法。

四、結束語

傳統的煤炭開采將形成大面積的沉陷區，容易誘發山體滑坡等地質災害，造成地面建筑物、基礎設施等損毀，嚴重影響水土資源、生態環境和安全生產，已成為制約煤炭行業綠色發展的突出問題。針對存在的問題，國家煤礦安全局局長黃玉治在2019年3月10日全國政協會議上提出：綠色開采是煤炭行業持續健康發展必然之路。制定出臺強制標準，明確“三下”開采、堅硬頂板、水害嚴重且具備條件的煤礦，必須采用充填開采，減少采煤沉陷危害，提高安全保障能力；煤礦建設項目設計采取充填開采方式的，優先進行項目核準，支持綠色開采。加大對充填開采的財稅支持力度和范圍，如，適當提高資源補償費，提供貼息貸款，將充填開采設備納入環保專用設備所得稅優惠目錄中，對充填開采置換出的煤炭在資源稅、所得稅、增值稅等方面加大稅收優惠力度，降低充填開采投資成本。