淺談礦井巷式條帶充填技術

刁志軍 譚舒文

（吉林省工程技術有限公司，吉林 長春130012）

1 問題的提出

察哈素煤礦位于內蒙古自治區鄂爾多斯市境內，礦井主采煤層3-1 煤層布置一個綜合機械化采煤工作面。該礦地表建（構）筑物下壓煤量巨大，就目前正在回采的3 煤層，壓覆資源量就有4728 萬t。為了有效回收利用資源，本文對巷式條帶充填技術在察哈素煤礦的應用進行了分析論證。

2 采礦地質條件

該礦地質構造整體形態一致，構造輪廓為一極其平緩、開闊的不對稱向斜，向斜四周構造復雜，內部構造簡單，底層傾角1-3°，褶曲與斷層均不發育，具有寬緩的波狀起伏，無巖漿活動，屬簡單類型。該礦地質構造條件適合巷式條帶開采技術的應用。

3 巷式條帶充填技術簡介

巷式條帶充填技術是一種新型的充填技術，它是在原有條帶充填開采技術基礎上進一步增加充填技術，以膏體充填和矸石固體充填技術相結合的充填工藝為該技術的核心技術。工藝方法由多種演化方式，適應各種不同地質條件。目前，不同布置形式的巷式條帶充填工藝方法，廣泛應用與于邊角煤及三下壓煤的開采，并取得了較好的經濟效益和社會效益。

3.1 巷式條帶充填開采技術原理

在煤層內布置一系列寬為5～7m 的支巷，采支巷時形成窄工作面成組向前推進，支巷與支巷之間留設數米不等的煤柱；采支巷時用錨桿支護工作空間；采煤用連續采煤機配套設備，采煤、支護在一組支巷內交替作業。

在工作面實施充填開采，其技術原理是將工作面的開采和充填都分為兩個階段：

首先，進行支巷回采（第1 階段回采），同時將回采后的支巷進行充填（第1 階段充填）；其次，充填體的強度達到要求后，在充填體的支撐下將留設的煤柱進行回收（第2 階段回采），同時對煤柱回收后的空間及時充填（第2 階段充填），最終實現對煤的置換。連采面充填開采過程示意如圖1 所示。由于第2 階段回采煤柱需在第1 階段充填形成的充填體柱支撐頂板條件下進行，充填體柱的承載能力和穩定性尤為重要，所以第1 階段充填體應為膠結體形式，且接頂率必須滿足要求。一般情況下，第一階段充填采用高強度膏體充填，第二階段充填采用低強度矸石充填。

3.2 巷式條帶充填開采工藝的技術優勢

①充填與開采可平行作業，效率較高。工作面由于空區和煤柱相間布置，充填和采煤不在同一位置作業，充填不影響正常采煤，因此，充填開采生產能力與常規連采面生產能力（一般為40～60 萬t/a，最高可超過100 萬t/a）相同，可實現較高的生產效率。

圖1 巷式條帶充填開采原理示意圖

②充填空間封閉簡單。巷式條帶充填工作面以支巷為充填單元，只需對支巷兩端進行封閉即可，操作簡單，工作量小，為充填空間的快速構筑創造了有利條件。同時，也節省了充填袋、土工布等輔助材料，降低了充填成本。

③充填成本低。采用強弱充填相結合的充填工藝方式，大大降低充填開采成本。

④采用獨特的充填接頂工藝方法，實現了開采與充緊填實的統一。

⑤實現了充填速度大于回采速度，首創式的解決了充填制約開采的問題，為工作面的進一步開采提效創造了空間。

⑥采充協調：銜接快，采后即充，隨時充填任何支巷，飽和膏體泌水量少。

圖2 一階段實體煤開采與一階段高強度充填設備布置

圖3 二階段開采與二階段低強度充填設備布置

4 充填工作面開采技術分析論證

根據察哈素煤礦的實際情況，工作面按5m 條帶寬度考慮，為盡量實現工作面全部煤炭采出，將工作面開采分為一階段開采和二階段開采，充填相應分為一階段充填和二階段充填。其中一階段開采是指在兩側（或一側）為煤柱條件下的開采，二階段開采是指兩側為充填體條件下的開采。本次充填開采工藝特點于二階段開采是在以一階段充填體為支撐條件下進行回采，要求一階段充填體必須要有足夠的強度才能保證兩個二階段的安全順利開采，因此，一階段采用高強度充填，二階段充填則以處理工業廢棄物為主。

工作面初步采用“采一留三”逐條開采的條帶開采工藝，即工作面每四條回采巷為一組，每次沿充填體一側依次掘進回采條帶。其開采工藝劃分為以下四個步驟。

第一步驟：按照“采一留三”的條帶工藝，由回風大巷側向運輸大巷側逐次進行實體煤的開采，每條回采條帶回采完畢后采用高強度充填體進行充填。

第二步驟：在第一步驟回采條帶全部充填完畢，巷內充填體達到預定強度后，采用“采一留三”的方式依次回采一步驟充填體左側條帶煤柱，每條回采條帶回采完畢后采用高強度充填體進行充填。

第三步驟：在第二步驟回采條帶全部充填完畢，巷內充填體達到預定強度后，采用“采一留三”的方式依次回采二步驟充填體左側條帶煤柱，每條回采條帶回采完畢后采用高強度充填體進行充填。

第四步驟：在第三步驟回采條帶充填完畢，巷內充填體達到預定強度后，回采剩余最后一條煤柱，每條回采條帶回采完畢后采用低強度充填體進行充填。

由于本工作面為充填實驗工作面，故本次開采技術方案先期采用“采一留三”工藝方式，在掌握井下礦壓顯現特性后，逐步調整為“采一留二”、“采一留一”工藝方式。

根據充填工作面巷道布置形式，采用兩臺掘采機進行工作面的開采，后配套運輸采用鏟運機運輸，運輸皮帶布置在本礦的301 工作面與302工作面間的主運輸順槽。對條帶支巷回采完畢后及時進行充填，待充填體達到預定強度后，再對靠近充填體一側的煤柱進行回采和充填，具體開采工藝設備布置見圖2 和圖3 所示。

5 結論

采用巷式條帶充填技術，解決了目前該礦面臨的工業廢棄物綠色處置及采空區大面積沉陷破壞等問題，并將井下大巷、地面建（構）筑物等保護煤柱等呆滯煤炭資源量采出，優化了工作面布置，延長了礦井服務年限，隨著近些年來充填開采技術的快速發展，煤礦充填開采成本大幅下降，噸煤直接生產成本可控制在200 元以下，具有較大的利潤空間。