王臺鋪煤礦條帶式充填開采技術的應用

摘 要：王臺鋪煤礦十五號煤正規長壁工作面開采已接近尾聲，但剩余地質儲量較多，其中約75%為“三下”壓煤，約25%為殘留不規則地段、邊角煤柱，該部分資源不適合布置長壁工作面進行回采，目前僅靠傳統的條帶式采煤方法進行回收。

關鍵詞：三下壓煤；條帶式充填；高水膨脹材料

1 條帶式充填開采背景

王臺鋪煤礦開采時間長達50多年，加之近年來礦井生產能力的大幅度提升，在煤礦現有開采技術條件下煤炭可采資源量將近枯竭，預計2015年正規綜采工作面將回采結束，剩余地質儲量多數為建筑物下壓煤，“三下”壓煤地質儲量為6941.3萬t。該礦使用條帶式式充填法開采，按85%的回收率計算，可采出5900萬t壓煤，既為國家節約了大量的煤炭資源，也為集團公司其他煤礦的“三下”壓煤開采提供經驗與借鑒，經濟效益和社會效益非常顯著。目前集團公司“三下”壓煤量巨大，據2011年10月底不完全統計，壓煤地質儲量達到5.79億t，可采儲量達到2.81億噸。實行高水膨脹材料充填開采可以充分采出地下煤炭資源，延長資源枯竭礦井壽命，促進礦井的持續健康發展，具有很大的現實意義。

2 條帶式充填開采試驗工作面概況

2.1 工作面位置及開采范圍

山西長平煤業有限責任公司王臺鋪煤礦經調研確定采用高水膨脹材料充填工藝，為掌握充填工藝與充填效果，擬在XV2317工作面進行條帶式式高水膨脹材料充填開采試驗。該工作面位于礦井西部，屬二水平二盤區，工作面標高628m～635m。

XV2317工作面對應地面位置無重要建筑物，以北200m處為崔溝村，以東80m處為排矸井。井下工作面南側84m以外為XV2309綜采工作面（尚未開采），北側為風井保護煤柱，東側為排矸井井筒保護煤柱，西側18m以外為崔溝小煤窯采空區。

2.2 工作面地質構造

XV2317充填式條帶式工作面局部地段頂板節理及小型斷層構造發育，目前根據XV23173巷（原XV2334巷）掘進揭露情況，斷層主要有3條，均為正斷層。

2.3 煤層與煤質

XV2317充填式條帶式工作面開采15號煤，厚度為1.8～3.0m，煤層傾角1°～2°，普氏系數為2～4，煤層裂隙發育，一般夾兩層總厚度約0.6m泥巖，普氏系數為1～2。煤為黑色，亮煤，似金剛光澤，含硫中等。

2.4 工作面布置

工作面走向長度311～330m，傾斜長度206m。工作面以XV23173巷（原XV2334巷）為界分為XV2317北工作面和XV2317南工作面。XV2317北工作面傾向長84.24m，XV2317南工作面的傾向長121.76m，工作面采高2.5m，煤層傾角介于1°～2°。

3 條帶式充填開采方法簡介

3.1 條帶式充填開采是利用巷式采煤法采煤，充填法管理頂板，實現工作面全部開采的采煤方式。其具體工藝分為：①第一階段回采，按照條帶式式回采工藝回采煤房資源；②第一階段充填，對回采煤柱形成的采空區進行充填；③第二階段回采，在兩側充填體的支撐保護下，回采中間煤柱；④第二階段充填，充填回采煤柱形成的采空區。它遵循一定的開采計劃和順序，實現采、掘同步及“一（二）采、一充、一備”的作業模式，順序轉換工作區的開采工藝。

3.2 XV2317工作面回采工藝

3.2.1 割煤方式。XV2317南工作面采用后退式條帶式法開采，支巷采寬定為4m，采用EBJ-120型掘進機掘進出煤，循環進度1m，截割工藝流程為：進刀→截割→二次進刀→截割→修周邊成形，截割方法為：巷道沿煤層頂板掘進，截割頭由巷道底部進刀，最大進刀深度0.5m，然后以0.4m～0.6m的截深在巷道斷面內橫向擺動截割，周邊留0.2～0.3m，每橫向截割一次，抬高0.4～0.6m，然后二次進刀截割，按照截割曲線示意圖連續擺動截割一個循環進度后，修周邊達到設計要求。

3.2.2 裝運方式。轉載機將煤炭轉載至刮板輸送機上，再通過皮帶運輸機將煤炭運至井底煤倉，由斜井皮帶運至地面。

3.2.3 支護方式。采煤支巷的支護采用單體支柱與π形鋼梁聯合支護，π形鋼梁與頂板利用木板、柱帽、木楔背緊，保證接頂嚴實。

3.2.4 工作面主要設備

（1）綜掘機。XV2317工作面所用綜掘機的型號為EBJ-120型掘進機，外形尺寸為8600×2100×1550mm，功率為120kW，最大截割寬度為5m，最大截割高度為3.75m。

（2）刮板輸送機。XV2317工作面所用刮板輸送機分兩個型號。SGW-40T型刮板輸送機，功率40kW，運輸長度100m，運輸能力150t/h；SGBK620/40可移式刮板輸送機，功率40kW，運輸長度40m，運輸能力150t/h。刮板機主要應用在采煤支巷內，與綜掘機的轉載機搭接，將煤炭運送至工作面運輸巷。

（3）皮帶。皮帶型號為SJ-80，功率為2×40W，運輸長度800m，運輸能力400t/h，設置在運輸大巷中，將煤炭運至井底煤倉。

4 條帶式充填開采工作面的充填材料與充填工藝簡介

王臺鋪煤礦充填開采選用的充填材料為高水膨脹材料，該材料是一種新型礦用充填材料，以粉煤灰為主料，延緩劑、速凝劑、固化劑和膨脹劑等為輔料，與水充分攪拌混合后，制成水料的質量比為（1.2～1.5）：1左右的充填料漿。該材料優勢主要有：①良好的流動性。材料含水量達到55～60%，經過井下工業試驗，充填倍線可達10以上，能實現遠距離自流輸送，滿足了絕大部分礦井自流輸送的需要。②凝固時間短，強度高。經過井下工業試驗發現，料漿在1.5h達到初凝，4h實現終凝，凝固時間比多數充填材料短，有利于實現高產高效。充填材料凝固后24小時強度可達1.5MPa，28天強度可達4.0MPa以上。③一定的膨脹性。材料添加了部分膨脹劑，使得體積膨脹率達1～10%，因此可提高充滿率，實現充填體主動接頂，起到了對上覆巖層良好的支撐效果。④抗風化性能良好。經過井下長達19個月的實際觀測，充填體無風化現象，證明其在煤礦井下條件下抗風化能力強。

5 條帶式充填開采井下和地面監測方案

5.1 井下監測：XV2317條帶式式充填工作面分為南北兩個部分，主要監測內容為：頂板壓力監測、頂板下沉量監測和煤體應力監測。

5.2 地面監測主要內容

5.2.1 確定觀測線的數量和位置，以使觀測站能夠較全面地反映充填開采后地表移動的整體狀況。

5.2.2 確定每條觀測線上控制點和觀測點的合理位置，使得觀測點的選位合理，既能附合所在觀測線的整體需要，又便于埋設和外業觀測，從而有利于取得更為可靠的原始數據。

5.2.3 確定觀測線上控制點和觀測點標志的結構和材料，以使其埋設后的點位更穩定，更便于保存。

5.2.4 確定本工作面地表移動觀測工作的基本觀測方法，為觀測提供作業依據。

5.2.5 為本礦后續工作面觀測站的設計提供參考。

6 結束語

條帶式充填開采技術在王臺礦井得到了很好的應用，使王臺礦井在“三下”壓煤開采領域為晉煤礦區提供成功范例，地表沉降與綜采工作面對比減少93%以上，資源回收率達到了91%以上，待數據收集結束后，資源回收率可達到100%。同時該采煤方法的成功應用，其開采工藝、設備配套及其他成功經驗可推廣應用與晉煤礦區類似煤層地開采中，對延續晉城礦區煤炭主業的發展起到重要作用，其應用前景非常樂觀。

參考文獻

[1]徐永圻.煤礦開采學（修訂本）.徐州：中國礦業大學出版社，1999.

[2]陳炎光，徐永圻.中國采煤方法.徐州：中國礦業大學出版社，1991.

作者簡介：許志楠（1985，10-），男，2006年畢業于山西農業大學，現任王臺鋪煤礦生產技術科主任科員，長期從事煤礦生產技術管理工作，助工。