天裕煤礦連采連充開采技術的應用

李昱鵬 楊虎城

（內蒙古雙欣能源化工有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 016000）

隨著“三下”壓煤量的日益增加，如何高效、最大限度地采出壓煤且有效控制地表下沉[1-2]，成為煤礦面臨的重要難題。

充填開采可以減少開采對上覆巖層的擾動，進而達到控制地表下沉的目的。一般充填開采可以分為長壁式充填和巷柱式充填[3-5]?？紤]到開采與充填相互制約的問題，在天裕煤礦開展了連采連充采煤法的探索與實踐[6-8]，可為類似地質條件的礦區開采提供參考。

1 概況

天裕煤礦隸屬內蒙古雙欣能源化工有限公司，位于烏海市東北部。井田范圍地表建筑物眾多（選煤廠、職工設施、汽修廠、加油站等構筑物），屬于 “三下”壓煤，壓煤量占比較大。井田內為近距離煤層群，目前主采9#煤層，煤層平均厚度5.2m，傾角15°～18°，屬緩傾斜煤層。為最大限度地開采煤炭資源，保證不對地表建筑物和公路產生破壞，須采用充填采煤法進行開采。

由于煤層厚度較厚，在試采的110901工作面采用綜采一次采全高，架后充填管理頂板。隨著生產的進行，出現以下問題：初采工作面為仰斜布置，局部傾角較大，最大達25°，工作面推進較為緩慢；由于煤層厚度大且局部傾角偏大，工作面頂板壓力較大，局部出現壓架現象，頂板控制效果不佳；采煤與充填之間的矛盾，造成工序復雜，工人作業強度大，效率較低。

根據礦井工程地質條件，結合長短壁開采的優點，提出試用連采連充采煤工藝進行開采。

2 工作面連采連充采煤方法

連采連充采煤方法結合了旺格維利采煤法和寬巷式充填采煤法，采用“采充并行”的開采模式，工作面采用負壓通風。

（1）工作面及巷道布置

據110902試采工作面周邊鉆孔及順槽掘進時揭露煤層情況，110902工作面條帶范圍內煤層平均厚度5.2m，走向長度135m，沿工作面推進方向將工作面劃分為14個支巷（編號1、3、5、7、9……），支巷間煤柱由里向外編號依次為2、4、6、8……，支巷間距為5.0m。支巷開口位于運輸順槽，掘進方向由下至上（運輸順槽至回風順槽），每條支巷長約150m，巷道寬5m。工作面運輸順槽為矩形斷面，巷道掘寬5.0m，巷道掘高3.2m。工作面回風順槽為矩形斷面，巷道掘寬4.5m，巷道中高3.5m。切眼為矩形斷面，巷道掘進寬度4m，巷道掘進高度為3.5m，掘進斷面為14m2，滿足行人、通風、安全出口需求。各支巷斷面為矩形斷面，巷道掘寬5m，巷道掘高5.2m，掘進斷面為26m2。如圖1所示。

圖1 110902工作面及巷道布置

（2）連采連充采煤工藝

開采和充填依次按照支巷1、3、5、7、9……的順序順次開采，充填滯后，充填前由間隔煤柱支撐頂板，待充填體凝固后，再依次回收煤柱2、4、6、8……并進行充填。待該工作面開采完畢，運輸順槽可以留巷作為下個工作面的回風順槽使用。

由于煤層厚度較大，支巷上分層開采后形成較小的空間，且有利于頂板及兩幫支柱的穩定。設計每條支巷分兩次施工，一支巷第一次掘進高度2.8m，第二次采用臥底的方式拉底剩余的高度2.4m。

① 運煤線路如下：

各支巷→110902運輸順槽→9煤集中運輸巷→中部煤倉→主斜井→地面。

② 充填輸送路線如下：

礦井地面充填站→副斜井→中部車場→110902工作面回風順槽→充填支巷上口→充填支巷下口。

3 配套設備和充填材料

（1）配套設備

110902工作面各支巷采、裝、運、支護生產工序選用綜掘機及其配套設備施工，割、裝煤選用EBZ160型綜掘機（表1），支巷運煤為30T刮板輸送機，順槽運煤為40T刮板輸送機。使用MQT-130錨桿鉆機完成回采支巷錨桿的打眼和錨桿安裝工作，采用循環式開采和錨桿支護工藝進行施工。選用皮帶輸送機來完成運輸工作。支巷中使用的饋電開關、閑置設備必須上架掛牌管理。

表1 EBZ160型綜掘機技術參數

（2）充填材料

充填材料由煤矸石、水泥、粉煤灰、外加劑等構成，由于充填工藝由原設計的架后充填變更為支巷充填，要求充填后膏體抗壓強度達5MPa以上。充填材料由徐州中礦大貝克福爾科技有限公司設計提供，并按照要求進行配比調整。

根據現場充填情況，充填接頂率達到95%。為驗證充填體的強度，分別從1～21號支巷取樣33塊（11條支巷，每個巷道取樣3塊），并在壓力試驗機上測試，測試結果見表2，強度均滿足了設計要求。

表2 充填試驗強度測試結果

4 效果

（1）采用連采連充采煤方法，各支巷及工作面間無需留設保護煤柱，110901工作面共采出煤炭14.6萬t，采出率96%，實現利潤2190萬元。

（2）改用連采連充采煤法后，采煤效率提高了24%，有效解決了采充矛盾，且提高了充填效率。

（3）110901工作面連采連充采煤后，地表下沉量較小，未造成地表構筑物的破壞。