預掘兩巷前進式固體充填采煤技術分析

張同國

（山西新景礦煤業有限公司，山西陽泉045000）

引言

固體充填采煤過程中，需對巖層移動、地表變形做出良好控制，而控制的關鍵即為保障采空區的充實率，以現有技術及設備來看，“仰采俯充”法是較適合保障采空區充實率的方法。但從我國實際狀況來看，“三下”壓煤區域的存在范圍比較大，受其影響，“仰采俯充”不能在后退式開采模式中實現，需要對采煤方式做出改變。

1 預掘兩巷前進式固體充填采煤技術應用難點

1.1 較難保證巖層移動控制效果

固體充填采煤過程中，可以更好地對采煤時的巖層、地面變形情況作出有效控制。如果依然采用原有的設備工藝進行前進式開采，那么巖層及地質結構的變形情況將會難以控制，并且會大幅度降低整體的開采效率。因此，實際應用該項技術時，應主要解決如何兼顧巖層移動控制效果及開采效率的問題。

1.2 較難控制沿空巷道集中應力平衡

應用前進式開采方法采煤時，沿空巷道的預留為主要工作之一。一方面，便于移動大型采煤設備；另一方面，實現有效的置換煤炭資源和固體填充物。但實際作業過程中，隨著作業面的向前掘進，在采動集中應力作用下，夯實造成的側壓力會作用在沿空巷道支護體系上，而固體填充期間，需要與作業面具備一定的間距，由此一來，不僅集中應力會作用到此段的沿空巷道，而且固體填充物反作用于支護體系，平衡這兩種力的難度較大，如未能有效的平衡，則會增加填充體垮塌風險[1]。

1.3 雙向沿空巷道難以結合固體充填及采煤工作

在預掘兩巷前進式固體充填采煤技術中，巷道共2個，二者需要相互配合，完成采煤與固體充填，傳統的固體采煤技術采取后退式，需要將充填設備增加到原有工作面上，以實現有效填充的目的。應用前進式開采技術，進一步提高了采煤作業面上的工作量，充填、采煤、雙向沿空巷道的操作均要在一個循環內完成，如果其中一個工作存在安全隱患，將會影響整體采煤工作的安全性。

2 預掘兩巷前進式固體充填采煤技術分析

預掘兩巷前進式固體充填采煤技術中，工作面采用預掘巷，進回風巷道后，工作面形成。開采時，背對采區運煤上山方向進行，推進工作面的過程中，雙向沿空留巷工作同時進行，運煤、運料、行人等均在沿空巷道中進行。

2.1 布置采煤工作面設備及優化液壓支架結構

前進式采煤工作面中，采煤機、刮板輸送機、破碎機、充填采煤液壓支架等均為主要設備，布置設備工作面時，相同于普通綜采，在軌道巷中布置充填運輸設備，如運矸帶式輸送機。由此一來，能夠順利運輸充填物料及煤炭，使二者間不產生干擾，促進了巷道斷面的減小[2]。通過前頂梁的掩護，于同一通道中開展充填、采煤工作，同時，正四連桿機構會對其產生一定限制，再加上后立柱存在的影響，導致視覺空間差存在于充填作業，使充填進度、充填質量無法有效的掌握、控制。為解決此問題，優化液壓支架結構，采用雙通道充填與采煤一體化液壓支架，此支架共由六部分組成，分別為前后頂梁、反四連桿機構、立柱、夯實機、底座。在一體化液壓支架作用下，采煤與填充工作不在共用一個通道，而是使用自己獨立的通道，使可視空間增大，促進充填效果的提升，提高充填效率。

2.2 采煤沿空留巷支護方案

在預掘兩巷前進式工作面中，充填體能夠良好的支撐采空區，采動影響較小，且垂直方向的壓力也不大，有利于進行沿空巷道的預留。在預留過程中，采空區充填階段與采空區頂板下沉階段依然會給其帶來一定的壓力，為保證巖層移動控制效果，還需要設計沿空留巷的支護體[3]。前進式采煤技術中，沿空留巷常用的支護方案有兩種，一種為加強支護方案，一種為巷旁支護體支護方案。支護方案施工過程中，首先應準備支護材料，包含矸石袋、雙頭螺母錨桿、錨索、菱形金屬網等，需注意，接矸工作禁止在多孔底卸式輸送機下進行；其次設置臨時支護，沿著走向，將單體液壓支柱打在巷道內，共2排，一排與矸石墻緊靠，另一排與矸石墻間的距離為2 000 mm，每排中，單體液壓支柱共3根，兩個單體液壓支柱間的距離保持為800 mm，支護托鉸接頂梁開展，在支架后頂梁處，單體液壓支柱支設3根，保證位于其與巷旁支護體之間，支柱間的距離保持為1 000 mm，支護托3 000 mm鋼梁開展，還需將帶帽單體液壓支柱支設在充填體與支架后頂梁之間，1個即可，避免充填體滑落，保證作業人員安全；然后為壘砌矸石墻，進行1次移架后，即開展1次壘砌，順序壓茬進行，為了避免施工面發生倒塌，壘砌方式選擇為梯形坡度；最后為矸石墻支護，壘砌矸石墻過程中，金屬網先進行鋪設，應將整個墻面覆蓋之后在進行鋼帶安裝及鋼筋梯布置，鋼帶需與巷道頂底板垂直，鋼筋梯布置沿著巷道走向開展，安裝及布置完成后固定，接著進行雙頭螺紋式錨桿的安裝，采空區側先裝，之后再進行巷道內側安裝[4]。

2.3 一體化工藝優化

利用前進式固體充填技術采煤時，為將生產效率提高，以普通固體充填采煤工藝為基礎，設計了一體化工藝，有機地結合沿空留巷工藝、采煤技術、固體充填技術，使其在時間、空間上的配合達到最優，平行開展這三項作業，達到提升采煤效率的目的[5]。沿空留巷與固體充填采煤設計為一體化工藝后，在一個循環中，需完成三項工作，分別為一步距割煤、固體材料充填、沿空留巷。實際實施過程中，先按照普通綜采工藝進行采煤，在通過充填準備、充填采空區等一系列操作完成固體材料充填。充填緊隨采煤之后同步進行，也就是支架距離的割煤完成后，支架后部充填隨即開展，充填完所有的支架時，整體前移輸送機，補充充填所有支架，使充填整個工作面的操作完成，開始下一個采煤循環前，于準備時間內進行補充充填。充填期間，需不間斷運行輸送機，壘砌矸石墻操作無法進行，因此，壘砌應在充填前進行，開始充填口，支護方案施工開始。三種工藝結合為一體化工藝后，2～3 h左右即可完成一個循環。

3 結語

固體充填采煤技術是當前比較先進的一種采煤方式，但以往后退式模式在保障采空區充實率方面的效果并不理想，設計預掘兩巷前進式固體充填采煤技術后，依然采取普通綜采工藝采煤，但同時進行固體充填與沿空留巷操作，有效提升了采空區充實率，控制了巖層的移動。不過，此種前進式采煤工藝在應用過程中存在較多的難點，還需根據采煤作業區域情況優化工藝，提升采煤效率。

[1]毛振文.固體充填采煤技術淺析[J].山東煤炭科技，2015（12）：39-40.

[2]丁其樂，周躍進.固體充填采煤超大跨度開切眼成巷及支架安裝技術[J].煤炭學報，2015（6）：1 333-1 338.

[3]高瑞，黃鵬，曹遠威，等.固體充填采煤工作面留復合偽頂開采調整技術研究[J].礦業研究與開發，2015（1）：10-14.

[4]繆協興，張吉雄.井下煤矸分離與綜合機械化固體充填采煤技術[J].煤炭學報，2014（8）：1 424-1 433.

[5]蘇建.充填采煤技術的現狀與發展分析[J].中國新技術新產品，2012（18）：99.