7608底分層工作面充填開采實踐應用研究

苗曉偉

（山西潞安集團潞寧煤業有限公司，山西 忻州 036700）

1 工程概況

山西潞安集團潞寧煤礦開采煤層平均厚度為5.99m，煤層中下部有一層夾矸，厚度為0.29m，將煤層分為上、下兩層。當前上層煤已開采完3.01m，還有2.98m待開采。7608（底）工作面面長60m，走向長586m，可采面積為3.5×104m2，設計可采儲量為18.9×104t。工作面共安裝43個充填支架，其中ZC3670/18/34型支架38架，ZCG3670/18/34型過渡支架4架，ZT13200/18/34型端頭支架1架。

7608（頂）工作面人工頂板主要采用矸石和粉煤灰進行充填，將矸石和粉煤灰按質量比10∶3經充填支架架后搗實鏟推壓密實所形成。主要特征如下：（1）充填體硬度不大，無層理，無裂隙，但膠結和抗剪切強度較低，抗擾動性能差，易散碎，粒徑較小，充填體90%物料粒徑小于50mm。（2）充填體上方的原巖頂板僅有裂隙，并未破碎。（3）在充填體人工頂板含水率較高，即頂板有淋水時，充填體人工頂板顯現較軟，極易破碎冒落。

2 底分層充填開采工藝及創新

2.1 充填工藝設計優化

（1）底分層兩巷位置優化設計。7608頂分層運料巷、運輸巷在充填回采期間采用人工攉渣充填，充填質量相對較差，僅為工作面中部充填率的70%，形成的充填體相對較松散，不利于底分層端頭頂板控制，同時，工作面一側為落差20m的F13斷層，另一側距離7614（頂）充填工作面僅有6m，因此在設計底分層工作面時，將兩巷位置均相對頂分層巷道內錯10m，以保證首采試驗工作面兩端頭頂板的相對完整、可控。

（2）大斷面開切眼設計。充填支架長度達7.3m，為便于安裝，在矸石和粉煤灰形成的充填體人工頂板下，設計施工8.4m×3.0m的大規格開切眼。開切眼采用架棚支護，邊擴開切眼邊安裝支架，并順開切眼方向設計施工了30m長支架組裝硐室，以便于充填支架就近組裝后進行安裝。

（3）回采期間頂板控制。工作面布置有小孔菱形金屬網，以避免充填體人工頂板漏渣；工作面割煤后支架前探梁及時伸出，較好地維護了架前頂板；支架采用帶壓移架、“一刀一充”，并及時架后充填減少頂板下沉。

2.2 特型端尾液壓支架

由于充填工作面端尾空間安裝有運矸轉載皮帶，運矸轉載皮帶上方的頂板無法用普通支架進行維護，因此為了保證端尾空間頂板維護，研制了ZP13200/18/34型端尾支架，如圖1所示。

設計的ZPl3200/18/34型端尾液壓支架結構適合充填開采，設計強度足夠控制頂板，支撐頂板效果良好；架后下沉量減小后，充填空間較之前增大，且端頭液壓支架搗實鏟安裝位置較之前合理，夯實的充填體可以有效地控制直接頂，使工作面兩巷端頭頂板來壓強度減弱，沒有出現明顯的頂板來壓。

圖1 ZP13200/18/34型端尾支架

另外，改進了兩端頭支架擺梁、運矸輸送機機尾、轉載機輸送帶等關鍵設備，進一步增強了設備在底分層充填開采中的適用性，使底分層充填工作面三機配套更趨于合理。

2.3 底分層充填開采頂板控制

由于該工作面頂板為上部工作面充填體重新膠結后形成的人工頂板，因此在工作面人工頂板控制上主要采取以下措施：（1）工作面回采期間頂板鋪設30mm×30mm的小孔菱形金屬網，以避免充填體人工頂板漏渣。（2）研制ZC3670/18/34新型支架，并設計有伸縮前探梁，及時維護架前頂板。（3）兩端頭安裝有支架，特別研制了端尾支架，加強了運矸轉載皮帶端頭區域的頂板控制。

3 礦壓觀測

3.1 礦壓觀測方案

為監測7608底分層工作面的礦壓情況，安裝了礦壓監測設備，如工作面支架壓力表、巷道超前支護單體壓力表、架后搗實壓力表、充填體壓力表等，并進行了礦壓數據的收集工作。

（1）工作面支架壓力監測設備。工作面支架采用在線壓力計、數字壓力計監測壓力情況。工作面每4架布置1個YHY60（B）型號數字壓力計。

（2）工作面超前支護壓力監測。工作面超前支護壓力監測采用數字壓力監測計進行監測，在工作面兩端頭超前20m、25m處各設置1個YHY60（A）型號單體壓力監測計。

（3）搗實壓力監測設備。工作面搗實壓力監測采用數字壓力監測計進行監測，工作面共43架，每隔1架布置1個數字壓力計。

3.2 礦壓觀測分析

7608（底）充填工作面礦壓監測數據如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 上部10號支架阻力統計圖

圖3 中部22號支架阻力統計圖

圖4 下部38號支架阻力統計圖

通過圖2、圖3和圖4的支架阻力統計圖的數據可以得出：

（1）該充填工作面支架壓力不高，工作阻力平均值為1680～3851kN，這充分說明了充填工作面充填體承擔了工作面頂板的大部分壓力，支架承載載荷減小，因而在充填工作面沒有初次來壓，沒有出現過明顯的周期來壓。

（2）從工作面開采以來，支架平均工作阻力最大為3851kN，位于3號分機10號支架；最大工作阻力為6341kN。由于3號分機均位于距工作面兩巷10m左右的位置，沒有進行密實充填，充填體未能有效控制頂板運動，其頂板部分載荷由支架承擔，因而出現近工作面兩巷區域部分支架壓力明顯高于工作面中部現象。

（3）每推進30～40m時工作面支架壓力出現整體明顯增高現象，主要是由于在頂板巖層礦山壓力作用下逐步壓實了充填體，充填體的壓實增大了頂板的下沉量；同時在40m左右時為基本頂的極限跨距，此時基本頂下沉將加快，其一部分載荷由支架承擔。

4 效果分析

（1）工作面礦壓觀測數據分析表明充填開采減弱了工作面的礦壓顯現，充填體可有效控制頂板的運動。

（2）7608（底）分層工作面采用矸石和粉煤灰充填技術，共開采回收煤炭21.53×104t，充填矸石和粉煤灰21.97×104t，矸石和粉煤灰充填體人工頂板得到了有效的控制，在解決潞寧煤礦地面沉降和塌陷基礎上，實現了對7608（底）分層工作面煤炭資源的最大限度的開采回收，有力緩解了潞寧礦接替緊張的局面。