徐云龍

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦，山西 古交 030200）

引言

煤炭在未來很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)依然在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，對(duì)煤礦開采效率和開采成本及安全性提出了更高的要求。隨著礦井的不斷開采發(fā)現(xiàn)，影響煤礦可持續(xù)開采和穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵因素為“三下”壓煤?jiǎn)栴}?！叭隆眽好?jiǎn)栴}的存在不僅會(huì)造成煤炭資源的浪費(fèi)，而且還會(huì)極大的縮短煤礦的服務(wù)年限；同時(shí)，該問題對(duì)煤礦地表的影響巨大，對(duì)巷道的布置影響較大。實(shí)現(xiàn)煤礦巷式充填采煤技術(shù)，不僅能夠?qū)ぷ髅婷簩舆M(jìn)行安全、高效的生產(chǎn)，而且有利于工作面煤層最大限度的開發(fā)[1]。

1 巷式充填采煤技術(shù)應(yīng)用的可行性分析

在對(duì)礦井實(shí)際情況分析的基礎(chǔ)上，對(duì)巷式充填采煤技術(shù)在其應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析。

1.1 工程概況

以2214 綜采工作面的開采為例開展研究，該工作面煤層的厚度范圍為1.8 m～3.5 m，平均煤層厚度為2.5 m；煤層的傾角范圍為1°～3°，平均煤層傾角為2°。該工作面煤層屬于角穩(wěn)定煤層，其變異系數(shù)為30%。經(jīng)探測(cè)，2214 綜采工作面頂?shù)装鍡l件，如表1所示。

表1 2214 綜采工作面頂?shù)装鍡l件

2214 綜采工作面的最大涌水量可達(dá)10 m3/h，平均涌水量為1 m3/h～3 m3/h。

1.2 可行性分析

煤炭開采勢(shì)必在地下形成采空區(qū)，從而導(dǎo)致煤層地表出現(xiàn)沉陷問題。針對(duì)采空區(qū)，為減緩地表沉陷的問題需為地下充填相應(yīng)的充填體。保證充填體的穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)對(duì)地表沉陷問題有效控制的關(guān)鍵。

與2214 綜采工作面相鄰的2317 工作面已經(jīng)實(shí)施了巷式充填采煤工藝，經(jīng)實(shí)踐表明：巷式充填采煤工藝在2317 綜采工作面的應(yīng)用，極大的提升了工作面的生產(chǎn)效率，從某種程度上延長(zhǎng)了礦井的服務(wù)時(shí)間。2214 綜采工作面與2317 綜采工作面的相關(guān)地質(zhì)、涌水以及瓦斯等條件類似[2]。因此，從理論上講將巷式充填采煤工藝應(yīng)用于2214 綜采工作面是可行的；但是，需根據(jù)2214 綜采工作面的實(shí)際情況完成巷式充填采煤工藝的設(shè)計(jì)。

2 巷式充填采煤工藝的應(yīng)用

結(jié)合巷式充填采煤工藝的特點(diǎn)和2214 綜采工作面的相關(guān)條件完成綜采工作面巷道的布置、支護(hù)方式的設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵采煤、充填工藝的設(shè)計(jì)，最終達(dá)到提升生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益，降低生產(chǎn)成本的目的。

2.1 巷式充填開采方案的設(shè)計(jì)

巷式充填開采方案主要包括巷道布置、支護(hù)以及相關(guān)設(shè)備的配套。

2.1.1 巷道的布置及支護(hù)

2214 綜采工作面巷道斷面寬度為6 m，高度為2.5 m；在實(shí)際開采中設(shè)計(jì)寬度為6 m 的保護(hù)煤柱，并為其配置連續(xù)采煤機(jī)對(duì)煤層進(jìn)行截割。結(jié)合2317 綜采工作面的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)和2214 綜采工作面的地質(zhì)條件，采用錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)方式對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)[3]。

頂板支護(hù)：采用直徑為20 mm，長(zhǎng)度為2 m 的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿；對(duì)應(yīng)錨桿的排距為2 m，排間距為2 m，設(shè)定每排錨桿的數(shù)量為3 根，對(duì)應(yīng)的頂板支護(hù)斷面，如第196 頁(yè)圖1 所示。

如圖1 所示，對(duì)應(yīng)錨索采用直徑為15 mm，長(zhǎng)度為6.7 m 的高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，設(shè)定錨索的排距為4 m，錨索的預(yù)緊力為110 kN。

圖1 工作面頂板支護(hù)斷面圖（mm）

針對(duì)在上述支護(hù)基礎(chǔ)上頂板仍然出現(xiàn)破壞、不穩(wěn)定的情況，有必要采用強(qiáng)化支護(hù)。具體強(qiáng)化支護(hù)方案為：將每排錨桿的數(shù)量增加為5 根，錨桿間距縮短為1.2 m，錨桿排間距縮短Wie1.5 m；錨索的排距縮小為3 m。強(qiáng)化支護(hù)的平面，如圖2 所示。

圖2 工作面頂板強(qiáng)化支護(hù)斷面圖（mm）

2.1.2 綜采設(shè)備的選型配套

在上述支護(hù)方案的基礎(chǔ)上，2214 綜采工作面采用間斷式開采運(yùn)輸方式。其所配置的關(guān)鍵綜采設(shè)備，如表2 所示。

表2 2214 綜采工作面綜采設(shè)備選型配套結(jié)果

2.2 充填設(shè)計(jì)

為解決綜采工作面開采完成后形成的采空區(qū)所導(dǎo)致的地表沉陷的問題，本工程采用巷式充填采煤工藝。所采用的充填材料為高水膨脹材料，該材料的主要成分為粉煤灰，并在此基礎(chǔ)上加入一定量的延緩劑、固化劑以及膨脹劑等[4]。所選用的充填材料具有較好的流動(dòng)性、凝固時(shí)間短且凝固后的強(qiáng)度非常高，渡過穩(wěn)定時(shí)間后其單軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.5 MPa；同時(shí)，該充填材料中所添加的一定量的膨脹劑，其可膨脹10%左右，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道頂板和兩幫圍巖的良好支護(hù)。

為保證最終的充填效果，充填工藝的設(shè)計(jì)需結(jié)合采煤工藝開展，具體充填工藝如下:

1）為進(jìn)一步提升綜采工作面的開采率，采用三條支巷充填一條支巷的方式對(duì)工作面的充填；

2）為保證工作面的充滿率，將充填材料的出漿口布置于工作面巷道的標(biāo)高較大的一側(cè)，采用PE 管為主管道完成充填任務(wù)；

3）根據(jù)實(shí)際充填要求，設(shè)計(jì)的充填工藝流程，如圖3 所示。

圖3 充填工藝流程圖

2.3 充填效果驗(yàn)證

基于上述所設(shè)計(jì)的充填工藝流程和充填材料對(duì)2214 綜采工作面的采空區(qū)進(jìn)行充填操作，待充填體穩(wěn)定并經(jīng)歷3 個(gè)月的時(shí)間后對(duì)采空區(qū)上方地表的變形值進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果，如表3 所示。

表3 充填實(shí)施后采空區(qū)地表變形值

結(jié)合我國(guó)煤炭工業(yè)局頒發(fā)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)采空區(qū)的水平變形值低于2 mm/m，傾斜至低于3 mm/m時(shí)，即判定采空區(qū)對(duì)其上方地表的損害程度低于一級(jí)[5]。綜合對(duì)比表3 測(cè)試值，得出2214 綜采工作面采空區(qū)進(jìn)行充填后其地表?yè)p害程度為一級(jí)。

3 結(jié)語

一直以來，綜采工作面開采后勢(shì)必產(chǎn)生采空區(qū)，從而導(dǎo)致地表沉陷等問題的產(chǎn)生。本文以2144 綜采工作面為例，重點(diǎn)對(duì)巷式充填采煤技術(shù)在其中的應(yīng)用進(jìn)行研究，并總結(jié)如下：

1）鑒于2144 綜采工作面與2317 綜采工作面的相關(guān)地質(zhì)、涌水以及瓦斯等條件類似，在2144 綜采工作面采用巷式充填采煤技術(shù)是可行的；

2）巷式充填采煤技術(shù)能夠有效解決“三下”壓煤的問題，提高綜采工作面的生產(chǎn)效率，降低綜采工作面的生產(chǎn)成本；

3）2144 綜采工作面的采用巷式充填采煤工藝后地表?yè)p害程度控制在1 級(jí)的范圍之內(nèi)。