膏體充填綜采工藝在大明煤礦的應用

郭崇華

（寬甸滿族自治縣煤炭工業管理局，遼寧 丹東118200）

大明煤礦位于調兵山市大明鎮，屬鐵法煤田。生產能力為年產60萬噸，生產水平為-150m水平，風井煤柱一段B面膏體充填綜采工作面開采的煤層為二疊系山西組16-1#層煤，煤層厚度平均6.05m，偽頂為0.1～0.2m灰黑色泥巖，直接頂為1～5m細砂、粉砂巖，底板為0.1～10m粉砂巖。走向長度340m，工作面長70.8m，上覆頂板基巖厚度平均10m左右。因礦井實際可采儲量有限，且存在嚴重的多村莊壓煤問題。采用村莊搬遷法開采，難度大、資金投入大，且受礦區水文地質條件影響，煤炭采出率會很低。

為提高煤炭資源采出率，大明煤礦采用膏體充填采煤技術解決村莊壓煤問題。方案是利用礦區廢矸石、粉煤灰按比例混合水泥用水配制成重量濃度為70%～80%的充填料漿，利用管道泵高壓輸送到井下回采工作面，及時充填全部采空區，控制地表采動沉陷，保證采動后對第四系含水層影響不大，確保工作面不受水沙威脅，實現綠色采煤［1-2］。

1 設備配置

1.1 采煤機

采煤機選用MG300/701-WD 1臺，采高1.8～2.9m，總功率701kW，截深0.6m，牽引速度2～4.5m/min。

1.2 液壓支架

基本架、兩順模板支架型號為ZC8800/20/32（X）（48、4臺），支撐高度2～3.2m，支撐寬度1.5m，工作阻力8800kN，支護強度441kN/m2。端頭支架型號為ZTCZ18200/22/35（X）（3組），支撐高度2.2～3.5m，工作阻力18200kN。

1.3 運輸設備

刮板運輸機1部，型號為SGZ800/400，功率400kW。破碎機1部，型號為PCM160，功率160kW。帶式輸送機1部，型號為SDJ/150，功率2×75kW。

2 開采工藝

2.1 綜采充填

采煤機由機頭方向斜切進刀，前滾筒升起割頂煤，后滾筒降下割底煤，斜切進刀割煤25m，使兩滾筒均達到0.6m截深后停止，移機頭刮板輸送機成一條直線，調整滾筒后退割通三角煤，清凈架間浮煤，如遇頂板破碎，立即伸出前探梁。重復上述工序割煤4刀后及時移架做充填準備，按充填工序正常充填料漿，充填結束后清理工作面并做移架、割煤準備，1個大循環結束。該面充填步距為2.4～3m，最大充填步距不得超過3.6m。

2.2 充填系統

2.2.1 充填管路。第一，置路線。地面充填站→充填立孔→8°上山→17層回風罐籠→回順→工作面→各充填點。第二，充填管布置。一是干線充填管。把鋪設在充填立孔管路下端至工作面的充填管路稱之為干線充填管，總長為430m，采用DN100mm鋼管。二是工作面充填管。布置在工作面的充填管路，長度75m，采用φ 108mmPE管和DN100鋼絲膠管配合使用，布置在支架后立柱與模具之間的支架推拉板上，在每個設置布料管的下方側接設一個閘板閥，用于控制布料管進行充填。三是布料管。從工作面充填管每隔一定距離分支出來的充填管，稱之為布料管，采用DN100鋼絲膠管，并在每根支管上接設一個閘板閥用于控制充填。由工作面運輸機機頭向機尾方向依次布置編號分別為1#-9#個布料管。工作面由低處向高處依次充填，模具閑置的充填口提前用擋板擋嚴。四是，清洗管路。在回順防塵水管上接Φ25mm高壓管鋪設在工作面內,用于清洗充填管路,防止堵管。

2.2.2 充填工藝。第一，充填準備。一是吊掛塑料編織布：工作面回采一個大循環后，及時移直支架，伸出側護板，支架后部模板打齊，采用規格為：長80m，寬6m的塑料編織布在待充填區內構筑封閉的充填空間。二是吊掛塑料編織袋:使用10#鐵線將塑料編織袋兩肩及中間的吊帶與尾梁上部工字鋼連接，四角吊帶與擋漿墻固定，吊帶可采用14#鐵線輔助連接，在塑料編織袋距離底板1m及2m處使用14#鐵線與模具及膏體固定，保證塑料編織袋下部垂直底板且緊貼模具。吊掛后將塑料編織袋底邊及四角扯平并找凈底板雜物，在模具不平處留好余量。三是兩順擋漿墻支設。使用ZC8800/20/32（X）型模板支架作為運、回順兩側擋漿墻。或在里側按柱距0.9m（運順）、1.0m（回順）打特制工字鋼點柱，點柱應打硬打牢找好迎山角，然后使用雙股12#鐵線將木板捆綁在點柱上；再用14#鐵線把塑料編織布在木板上吊掛好，在頂、底板處向里側各留1m以上余量。四是工作面擋漿墻支設:垂直工作面布置一排圓木點柱，間距0.6m，圓木點柱底端插入底板不得小于0.3m，頂端與尾梁上部工字鋼用10＃以上鐵線固定，同時在工字鋼兩側0.1～0.2m且距上次充填膏體及圓木對應模具0.3～0.5m各打一根錨桿，使用40T運輸機鏈與工字鋼固定，使用鐵釘將木板固定在圓木點柱上，可根據實際情況在擋漿墻靠膏體側釘雙層木板，木板與木板之間不留縫隙，圓木點柱叉角、迎山角準確，工作面擋漿墻不少于2道。第二，檢查準備。①運、回順及工作面擋漿墻、吊掛擋漿材料檢查。②檢查干線充填管路及管路連接牢固情況。③工作面充填管閥門檢查（都開）。④布料管閥門檢查（都關）。⑤由井下當班充填負責人報告地面充填站當班負責人進行充填。第三，管道充水。安排專人在井下綜采工作面回順段充填管末端閥門處觀察出水情況，見水后報告地面充填站管道出水并匯報充填量。第四，灰漿推水。管道充滿水后開始注灰漿。第五，矸石漿推灰漿。安排專人在工作面回順段充填管末端閥門處觀察出灰漿情況，見灰漿后打開1#布料管閘板閥，待布料管出料正常時關閉工作面充填管1#閘板閥，并報告地面充填站進行正常充填。第六，正常充填。1#布料管充填區域臨近充滿時，打開2#布料管閥門，待2#布料管出料正常時關閉工作面1#充填管閥門。按此方法由1#-9#依次充填，直至工作面充填完畢。當充填區剩余空間為40m3時由井下當班負責人通知地面充填站。第七，清洗充填管路。一是清洗布料管及工作面充填管。當工作面充填結束后清洗管路。按順序依次對充填完畢的布料管及工作面充填管進行沖洗。二是清洗干線充填管。干線充填管的充填順序是：灰漿推矸石漿→水推灰漿→充水。第八，充填結束及凝固時間。向地面充填站及礦調度報告充填完畢，充填體凝固時間需要8小時。

3 實施效果

風井煤柱一段B面膏體充填綜采開采以來，取得了良好的實施效果。在充填開采初期，經礦壓觀測，頂板下沉量平均為60mm，平均欠接頂量為150mm，充填體壓縮量約為60mm。工作面支架的工作阻力基本維持在初撐力水平，工作面前方100m范圍內，兩巷最大頂底板移近速度為3.5mm／d，平均移近速度為1.2mm／d。開采過程中，工作面頂板僅出現輕微變形和緩慢下沉彎曲，充填效果好時，甚至不出現裂縫帶，未出現頂板涌水現象。礦壓顯現不明顯，未出現初次來壓、周期來壓等現象。通過監測達不到I級破壞傾斜變形、水平變形允許值。在這種情況下，對于磚石結構建筑物基本上不會產生裂縫。

4 結語

大明煤礦膏體充填綜采技術的成功應用，從技術和經濟效益上看，使煤炭開采安全可靠，大幅度提高煤炭資源回采率，延長礦井服務年限；從環境效益上看，保護了地表村莊等建筑物和礦區生態環境。

［1］中國礦業大學.太平煤礦“三下”厚煤層高采出率膏體充填開采新技術方案設計［R］.

［2］郭廣禮，王悅漢，馬占國.煤炭開采沉陷有效控制的新途徑［J］.中國礦業大學學報，2004，32（2）：150-153.