“矸石渣砼混合體”替代煤柱生產工藝試驗研究

鄧 濤,張中軍,潘衛東,任 翔

(棗莊礦業集團高莊煤礦) (中國礦業大學)(西南科技大學)

·技術經驗·

“矸石渣砼混合體”替代煤柱生產工藝試驗研究

鄧 濤,張中軍,潘衛東,任 翔

(棗莊礦業集團高莊煤礦) (中國礦業大學)(西南科技大學)

針對高壯礦區的實際情況，介紹了礦井利用“矸石渣砼混合體”充填后替代煤柱的基本原理和方法，分析了礦井利用矸石渣砼的可行性，進行了預置充填帶無煤柱開采試驗。結果表明，該方法在特定的開采條件下，滿足現場需要，能夠保證安全開采，減少環境污染和提高開采效率。

采區煤柱；矸石；充填；替代；試驗

隨著煤礦井下錨網梯索支護技術的提高，我國煤礦中厚煤層開采采區工作面兩巷大都采用了窄煤柱沿空送巷的開采方式，通常情況下采區煤柱留設3～5 m寬。窄煤柱在保證采區兩巷安全生產的情況下，防止了采區工作面生產過程中因采面周期來壓及礦井壓力的增大，留設煤柱受壓破碎向采空區漏風誘發采空區殘煤自燃的情況，但同時在目前全世界能源資源緊缺的狀態下也造成了煤炭資源的浪費(約占1%～2%)[1，2]。同時，在采區生產設計中如果窄煤柱寬度留設不夠，生產過程中煤柱受采動影響也易造成煤柱支撐能力不足，煤柱被壓酥破碎產生裂隙，誘發工作面機尾折幫，發生冒頂事故，導致可能發生礦井人身傷亡事故，從而影響了礦井工作面的生產[3，4]。因此，煤礦如何真正實現無煤柱開采，對減少煤炭資源浪費、提高企業經濟和社會效益，減少礦井生產事故，保證礦井安全生產具有十分重要的意義。棗莊礦業集團高莊煤礦針對井下煤炭埋藏深度、厚度、工作面傾角、綜采采面間留設的煤柱進行了可行性研究。在探尋無煤柱開采技術中，針對井下3上509工作面大傾角、大采高一次性采全高的工作面兩巷實際情況，提出了綜采采面間預置充填帶，來實現無煤柱開采。為驗證可行性，于2007年1月進行了預置充填帶無煤柱開采試驗。

1 礦井概況

高莊礦采區布置為西五采區下山雙翼采區，采用走向長壁式開采方法。采區設有3條下山，服務于3上、3下兩層煤。3上煤層平均厚5.1 m，采用一次性采全高或放頂煤技術開采；3下煤層平均厚3.8 m，采用綜采。煤層傾角12°～28°，平均20°，煤比重為1.35 t/m3，煤層硬度f為1.5。采區開采順序從上向下、由近及遠的方式進行，工作面兩巷上巷為軌道巷，下巷為膠帶機運輸巷，工作面間留設3 m煤柱，巷道采用錨網梯索支護。

2 充填帶無煤柱開采方案研究

充填帶無煤柱開采，就是在上一個工作面運輸巷靠下一工作面軌道巷巷幫沿運輸巷用其它材料充填一條支護帶，下一個工作面軌道巷掘進時，沿充填帶掘進，不再留設煤柱，用充填帶把上下兩個工作面間該留設的煤柱置換出來，實現采面無煤柱開采。

2.1實施方案

該礦根據綜采面間預置充填帶無煤柱開采思路，開展了課題研究，并設計了3項實施方案。

1) 用石子、沙子、水泥為原料的砼墻充填帶替代煤柱開采方案。

2) 用石料砌墻充填帶替代煤柱開采方案。

3) 矸石渣砼帶替代煤柱開采方案。

通過方案比較，矸石渣可直接采用井下西五選矸系統選出的矸石做替代墻體主原料，既取材容易，節約資金，提高了礦井經濟效益；又可實現井下西五選矸系統選剩的矸石不上井，減少了矸石對地面環境的污染，建立資源節約型企業。最后經過優化設計，確定采用“矸石渣砼混合體”替代煤柱開采方案。

2.2矸石渣砼帶替代煤柱開采方案實施

1) 確定試驗地點和長度。根據該礦采面生產實際情況，3上507工作面運輸巷全長1 600 m，確定在3上507工作面運輸巷停采線以里進行試驗，試驗巷道長度定為160 m，見圖1。

圖1 充填示意圖

2) 充填帶結構及規格。充填帶為支模澆灌矸石渣混凝土，沿3上507工作面運輸巷實體煤側布置，使用水泥、粉煤灰、矸石渣配制的標號大于煤層硬度系數的混凝土澆灌而成[5]。充填帶規格：根據該巷深度、附近巷道礦壓顯現情況、充填帶替代煤柱后，充填帶要有足夠的支護強度，保證充填帶與煤層頂底板交接嚴密不漏風，確定充填帶高度為上至3上煤頂板，下至3上煤煤層底板，寬1.6 m。

3) 充填帶擴刷、頂板管理、充填方法。充填帶擴刷采用打眼爆破法施工，從3上507工作面停采線開始，沿運輸巷由外向里逐段進行，按設計充填帶規格尺寸向實體煤側擴刷，巷道擴刷時，頂板打錨網梯索，幫部打竹錨桿支護。擴刷完工后，向充填帶充填原料時的方法是，采用按3上煤層底板傾斜從下向上、由低到高每10 m為一段的方法一次性充填完畢。

4) 對矸石渣砼技術要求、充填流程“矸石渣砼混合體”是以水泥與矸石渣為主配以適量粉煤灰集料混合而成的膠結體，由于矸石渣砼充填時[6,7]，攪拌料采用混凝土輸送泵輸送，要求其配比穩定性較高、且配比料不分散；粉煤灰、水泥、矸石的配比比例為10%、20%、70%。輸送管路不阻塞、黏塑性不損失；因設計充填帶寬度小于留設煤柱，為了確保下一個大采高、大傾角3上509工作面軌道巷的安全施工，要求充填帶抗壓強度，砼強度等級大于煤層硬度，且3上509工作面軌道巷施工時要在充填側打單體進行支護，每1 m 1顆。由于利用礦井矸石渣砼充填帶是試驗階段，在3上507運輸巷底車場設一矸石渣混凝土輸送泵站1臺型號為HST-80型，西五選矸系統選出加工完的矸石渣(加工矸石渣選用PH1010型破碎機1臺)和地面下的粉煤灰配好后，運入井下3上507運輸巷底車場，充填混凝土時，將混合料和水泥卸入提升機料斗，由提升機提升至50型攪拌機上頭，將料卸入攪拌機，加水攪拌成混凝土卸入混凝土輸送泵料斗，經混凝土輸送泵及其管道直接向支完模板的充填帶充填，為了確保混凝土密實，隨充填隨使用振動棒振動搗實。

3 充填帶試驗結果

矸石渣砼充填帶試驗段完工后，從下一個工作面3上509工作面軌道巷掘進接露的情況看，沒出現3上507采空區向下一個工作面3上509工作面軌道巷有害氣體溢出情況，充填帶帶體上下與3上煤層頂底板交接緊密，沒有帶體裂痕，沒有出現充填帶位移和變形，在現下一個工作面3上509工作面現以推進600 m，充填帶段帶體沒有發生實質性的位體變化。

4 結 論

1) 通過試驗情況可以看出，“矸石渣砼混合體”替代煤柱的支撐強度能滿足安全要求，由于混合體巖柱兩側不用進行支護，提高了下一個工作面施工進度。

2) “矸石渣砼混合體”替代了煤柱，使煤炭不可再生資源得到了充分開采；礦井井下生產出的矸石渣不升井，在井下得到了循環利用，是可持續發展的綠色工程。

3) 根據目前商品煤價格、通過對充填帶置換出的煤量及帶體施工費用進行對比分析，前者的產出價值遠遠大于后者的投入價值。

4) “矸石渣砼混合體”替代了煤柱進行開采，是提高采面回收率的一種工藝，對煤礦“三下”采煤是較為科學的生產方法。但該礦在該生產工藝上，經技術論證、效益分析、開采試驗后，達到了安全可靠，目標值均得到了驗證。

4) 通過試驗可知，對開采深度適度、礦壓顯現可控的“三下”采煤的礦井來說，是一種影響深遠的采煤生產工藝。

[1] 張海波,宋衛東,許英霞. 充填采礦技術應用發展及存在問題研究[J].黃金,2010(1)：23-25.

[2] 張海波,宋衛東.評述國內外充填采礦技術發展現狀[J].中國礦業,2009(12)：59-62.

[3] 惠功領.我國煤礦充填開采技術現狀與發展[J].煤炭工程,2010(2)：21-23.

[4] 高武.實施矸石膏體充填采煤的探索與實踐[J].中國煤炭,2009(10)：62-64.

[5] 張紹國,唐桂弟,龐欣榮.粉煤灰在高峰公司井下充填應用試驗[J].礦業研究與開發,2009(5)：57-59.

[6] 胡炳南,郭愛國.矸石充填材料壓縮仿真實驗研究[J].煤炭學報,2009(8)：1079-1083.

[7] 劉建功,趙慶彪,張文海,等.煤礦井下巷道矸石充填技術研究與實現[J].中國煤炭,2005(8)：36-39.

ProductionTeston"WasteSlagConcreteMixtures"ReplacementofCoalPillar

DengTao,ZhangZhong-jun,PanWei-dong,RenXiang

In connection with the actual situation of mining area with Gaozhuang, introduces the basic principles and methods of using the "waste slag concrete mixture" , after filling with coal pillar in the mine, analyses the feasibility of using waste rock slag concrete in the mine, carry out pre-filled with no pillar mining test, results show that the specific mining conditions, which can meet the needs, ensure the safety mining, reduce pollution and improve the exploitation efficiency.

Coal Pillar; Gangue; Filling; Replacement;Test

鄧 濤 男 1968年出生 2003年畢業于山東科技大學 工程師 微山 277605

TD823.7

B

1672-0652(2010)08-0043-03

2010-05-23