薄煤層條帶煤柱機械化充填開采技術研究

林淑文 曾廣東 郭少華

（滕州市級翔（集團）級索煤礦，山東 滕州 277500）

滕州市級翔（集團）級索煤礦隸屬山東滕州辰龍能源集團有限公司。礦井核定生產能力35 萬t/a，可采煤層為12下、14、16、17 層煤，均為薄煤層。16 層煤為礦井的主采煤層，平均厚度1.3m。

井田內地勢平坦，村莊密集，村莊壓煤占礦井可采儲量的80%以上。從上世紀90 年代開始，級索煤礦采用條帶炮采方式，煤柱留寬不小于10m，采寬不大于10m，在村莊下進行了近20 年的開采，遺留下大量的條帶煤柱。隨著礦井可采煤炭資源的日漸減少和充填技術的日益成熟，從2011 年開始，級索煤礦與山東科技大學研究應用條帶炮采充填法試采16 煤層建筑物下條帶煤柱，目前已安全采出條帶煤柱儲量150 余萬噸。

1 問題的提出

隨著礦井信息化、機械化程度要求的不斷提高，條帶煤柱炮采工藝已經愈來愈不適應當下發展的需求，采用該工藝進行采煤，效率低，用人多，月產量僅能達到5000t 左右。根據山東省新舊動能轉換重大工程的有關會議精神，本著安全高效的原則進行機采工藝改革，研究出適用于級索煤礦條帶煤柱機械化開采的方法，進一步提高礦井采煤效率和安全程度。

2 機械化充填開采方案的分析選擇

2.1 綜掘機連充連采技術

綜掘機連充連采技術是將整個采煤區段劃分多個生產單元，開采順序采用跳采方式，綜掘連采機割煤，充填矸石膠帶輸送機和拋矸機在回采完畢后的支巷內充填，從空間上將掘、采、充三個工序分布到不同支巷，實現有效隔離、互不影響、采充平行作業。該技術在內蒙古部分煤礦企業得到了推廣應用，開采工效及安全程度大大提升，如圖1。

圖1 連充連采工作面布置圖

該技術的優點主要是提高采煤工效，降低勞動強度，條帶先充后采，有利于保證頂板的穩定性。缺點是工作面搬家頻繁，增加工作環節，煤層較薄時破底量大等問題。

2.2 平行條帶布置工作面機采充填技術

采煤工作面平行于原條帶布置成對拉工作面，首先對上面、下面第一個條帶采空區各充填7m 預留3m 作為切眼使用，上面（下面）第二個條帶采空區采用單體液壓支柱提前支護，采用滾筒采煤機割煤，刮板輸送機運煤（如圖2）。當上面（下面）第二個條帶采空區充填時，下面（上面）生產，下面（上面）第二個條帶采空區采用單體液壓支柱提前支護。上下面交替回采充填，循環施工。

圖2 平行條帶布置工作面機采充填技術

該技術優點主要是采煤機不撤面，能夠連續推進，有助于提高采煤效率；工藝簡單，操作方便；減少頻繁搬家次數，安全程度高。缺點是工作面控頂空間較大，需風量大。

通過比較分析，平行條帶布置工作面機采充填技術更適合級索煤礦現場條件，如果預測地表移動變形在Ⅰ級損壞范圍內，礦井即可實現安全高效開采。

3 地表移動變形預計結果

礦井采用概率積分法進行地表移動變形預計，將整個條帶開采區域（或置換開采區域）看成一個大的工作面，利用條帶開采（充填開采）的預計參數進行計算。

3.1 預計參數

根據現場觀測結果，16 煤層條帶開采區域頂板下沉量一般為20~40mm，本次16205 工作面條帶區50mm 計算，同時在開采條帶煤柱過程中下沉100mm，即δ=150mm，根據礦井16108 工作面充填的經驗，充填率取94%，即為?=76mm。

據材料實驗結果，充填材料體積壓縮變形量一般為3.0%~5.0%，現場采用條帶開采承壓較大，因此，采煤工作面充填條件下 可取6.0%，則16 煤層等價采高為：

根據等價采高的計算結果，分析得出采煤工作面充填開采充實率為79.1%。

根據對161 采區進行的地表移動觀測數據得出該礦井的巖移參數，本次預計參數見表1。

表1 巖移計算參數

3.2 地表移動變形預計

地表移動與變形計算及繪圖工作是利用“礦區沉陷預計預報系統”軟件和Winsuifer8.0 軟件在計算機上完成的，利用地表移動計算軟件對研究區域全充全采產生的地表移動影響進行預計計算。地表移動與變形的數值見表2。

表2 條帶充采工作面地表變形預計表

4 結論

級索煤礦將平行條帶布置工作面機采充填技術應用于16205 條帶采煤工作面進行試采，預計地表最大下沉值為220mm，傾斜最大值為3mm/m，水平變形最大值為0.7mm/m，地表在Ⅰ級損壞范圍內，不會影響建筑物的正常使用。成功后可將井田范圍內建筑物下200 余萬噸的條帶煤柱通過機械化開采出來，促進礦井機械化程度的進一步提高，實現礦井安全高效可持續發展。