常村煤礦井下充填開采方案分析選定

劉 浡

(山西焦煤股份公司 生產部，山西 太原 030021)

1 項目背景

常村煤礦N3采區位于N翼大巷的西側、N3-12工作面采空區的南側、太長高速公路保安煤柱的東側、S228省道的北側。N3采區對應地表有長治市澳瑞特新型建材有限公司、太行路橋六分公司等建構筑物。由于這些建構筑物的存在，壓覆了大量的煤炭資源，降低了煤炭的回收率。

為實現煤炭資源開發與生態環境保護協調發展，提高煤炭資源采出率，避免和減少對礦區生態環境造成破壞和污染，貫徹“污染防治與生態環境保護并重，生態環境保護與生態環境建設并舉，以及預防為主、防治結合、過程控制、綜合治理”的指導方針，推行循環經濟“污染物減量、資源再利用和循環利用”的技術原則，常村煤礦計劃采用充填開采方式對建構筑物的壓煤進行解放，以實現礦區生態環境無損或受損最小。

2 充填開采的常規種類

自2013年1月國家能源局、財政部、國土資源部、環境保護部聯合下發《煤礦充填開采工作指導意見》(國能煤炭[2013]19號)以來，為加快充填開采的研發和推廣，國家和地方不斷出臺利好政策。國家主管部門利用財政杠桿，對采用充填開采的企業進行資源稅減征。2016年5月，財政部、國家稅務總局下發《關于全面推進資源稅改革的通知》(財稅〔2016〕53號)、《關于資源稅改革具體政策問題的通知》(財稅〔2016〕54號)，通知提出對符合條件的采用充填開采方式采出的礦產資源，資源稅減征50%。

無論是從現階段該區域的壓煤對礦井可持續發展的影響，還是從國家和地方不斷出臺的利好政策來看，對該區域的壓煤進行充填開采都非常必要。

根據常村煤礦N3采區地質條件，結合礦井開采技術條件和各系統設備布置情況，設計選定CTN301工作面為充填試采工作面，并提出了兩種可行的充填開采方案。

2.1 條帶式充填開采方案

條帶式充填開采指在工作面布置時，先布置一條膠帶巷，再沿著區域邊界布置回風巷，并與現有采區大巷溝通，形成工作面完善的煤炭運輸、輔助運輸系統，以及全負壓通風系統。若區域較大，應分為若干個小型的條帶工作面，由里向外逐步充填開采。

2.1.1 充填開采采充循環劃分

條帶式充填開采工作面采充循環如圖1所示，由里向外進行充填開采，分為四個階段。第一階段：先依次采充第4、8、12條巷，先掘進第4條巷，再掘進第8、12條巷，在掘進第8條巷時充填第4條巷，在掘進第12條巷時充填第8條巷，依次采充循環，直至下一階段；第二階段：依次采充第2、6、10條巷，在掘進第2條巷時充填上一階段的第12條巷，在掘進第6條巷時充填第2條巷，依次采充循環，直至下一階段；第三階段：依次采充第1、5、9條巷；第四階段：依次采充第3、7、11條巷，直至12條巷全部采充結束，進入下一個12條巷組。

圖1 條帶工作面采充循環(四個階段)

2.1.2 充填裝備與充填材料

充填材料主要用粉煤灰和水泥，兩種粉料均采用鋼板筒倉儲存，滿足環保要求，倉底設有螺旋給料機，可實現密閉式向粉料稱量斗中給料，循環實現配料，配料完成后投入攪拌機內。

主要采用裝備為GZG1253振動給料機、GTS1545滾筒篩、DKX7.0攪拌機、HGBSW310.21.1420型充填工業泵等。

2.2 支架后方采空區充填開采方案

工作面支架后方采空區充填開采，就是利用充填支架提供采煤和充填的空間，在正規工作面開采的同時，對后方的采空區實施充填。充填液壓支架與常規綜采支架不同，充填支架除支護頂板外，還得提供充填作業空間，是用于充填法采煤工作面的特種液壓支架。充填支架可以是新設置的特種液壓支架，也可以利用現有支架加工改造成具有后支撐的液壓支架。

2.2.1 支架后方采空區充填開采采充循環

支架后方采空區充填開采采充循環如圖2所示，待工作面上一循環充填漿液凝固且達到設計強度后,見圖2(a)，開始正常割煤；隨工作面推進，直至達到充填步距，下循環準備完畢，見圖2(b)；之后升起升降側護板，在尾梁上掛袋，形成待充填空間，安裝完畢后，開始正常充填，見圖2(c)；本步距采空區注滿后，拔出充填注漿管，注入筒實現自封閉，有效隔離采空區與液壓支架，充填結束，等待凝固，見圖2(d)，直至完成一個采充循環。充填漿液凝固且達到設計強度后，降下液壓支架頂梁，拉架，繼續正常割煤。

圖2 工作面支架后方采充循環

2.2.2 充填裝備和充填材料

充填材料主要用粉煤灰和水泥，兩種粉料均采用鋼板筒倉儲存，滿足環保要求，倉底設有螺旋給料機，可實現密閉式向粉料稱量斗中給料，循環實現配料，配料完成后投入攪拌機內。

主要采用裝備為GZG1253振動給料機、GTS1545滾筒篩、DKX7.0攪拌機、HGBSW310.21.1420型充填工業泵等。

3 兩種充填開采方案技術分析比較

3.1 生產能力

方案一需新布置順槽巷道，根據國內條帶式充填開采情況，受掘進和充填效率的影響，其單巷單機條帶充填生產能力一般為15～45萬t/a，其能力偏小。方案二在工作面支架后方采空區進行充填，隨采隨充，其生產能力大小與工作面能力一致，相對較大，但充填對工作面的生產能力有一定的影響。

3.2 資源回收率

方案一受頂板強度和穩定性影響，在條帶布置時若頂板有構造或其他特殊地質條件以及礦壓顯現嚴重時，須及時合理留設煤柱。若用在正規區域，其資源回收率相對較低，但可用于非正規區域煤炭資源的回收，能提高礦井整體的資源回收率。方案二只能用于正規區域工作面，充填不影響正規工作面的資源回收率。

3.3 開采技術難度

方案一受通風、采掘布置、頂板穩定程度等影響，開采技術難度相對較大。方案二，支架后方采空區充填后，充填體能支撐頂板，防止頂板大面積垮塌，周期來壓延遲或取消，開采技術難度較低。

3.4 設備投資

方案一除充填設備設施外，只需采用掘進機、通風機、單體柱等設備，初期投資相對較低。方案二需增加采煤機、液壓支架等采掘設備，投資較高。

綜上所述，由于CTN301工作面鄰近公路壓煤區，且地面布置有建(構)筑物，不宜布置正規長臂工作面開采，因此推薦采用方案一。