晉平煤業(yè)條帶充填開采方案比選分析

張 元

（長治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心，山西 長治 046000）

充填開采是提高礦井資源回收率，延長礦井服務(wù)年限的重要技術(shù)方式，可以解決礦井矸石排放，有助于保護(hù)地表生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)礦井綠色開采[1-2]。

1 工程概況

晉平煤業(yè)批準(zhǔn)開采3～15-3號煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.40 Mt/a，采用斜、立井混合開拓。礦井井田范圍內(nèi)3號煤層平均厚為5.72 m，煤層賦存穩(wěn)定。煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和細(xì)砂巖，基本頂為細(xì)粒砂巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖。全井田3號煤層共劃分105、106、107三個采區(qū)，目前105采區(qū)大部分已開采，僅剩余“三下”壓煤及邊角塊段；106采區(qū)大部分已采空，僅剩余少量工作面；107采區(qū)部分開采。井田內(nèi)3號煤層可采儲量主要分布在井田邊界附近或被地面建（構(gòu)）筑物所壓覆的非連續(xù)塊段。由于礦井尚不能實(shí)現(xiàn)對地面所有建（構(gòu)）筑物的搬遷開采，嚴(yán)重影響了礦井的開拓布置與生產(chǎn)接續(xù)，也給礦井生產(chǎn)效益帶來不利影響。同時(shí)煤矸石外排破壞生態(tài)環(huán)境，在解決廠礦煤矸石處理的同時(shí)，將井下留設(shè)的部分煤柱、呆滯煤炭資源開采出來是一個經(jīng)濟(jì)、有效的方式，加快充填開采對晉平煤業(yè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。

晉平煤業(yè)充填開采試驗(yàn)區(qū)域位于105采區(qū)，105開拓巷北側(cè)，井田中央位置，對應(yīng)地表為廟凹村，無特別重要建筑。初步規(guī)劃的充填區(qū)域約28萬m2，煤層均厚約5.72 m，煤層埋深約360 m，儲量約160萬t，如圖1。

圖1 充填首采區(qū)井下位置示意圖

2 地表建筑物變形分析及充填開采工藝

2.1 地表建筑物及變形情況分析

擬采區(qū)域開采將影響廟凹和馮家莊村莊部分建（構(gòu)）筑物，村莊范圍內(nèi)的建筑物主要為磚混結(jié)構(gòu)平房，還分布有10余戶二層樓房。參照三下開采規(guī)程，結(jié)合地表建筑物情況，設(shè)計(jì)區(qū)域地表建筑物屬于Ⅱ級或Ⅲ級保護(hù)要求。為充分保護(hù)建筑安全，設(shè)計(jì)區(qū)域壓煤開采時(shí)，普通建筑物按照Ⅰ級損壞等級設(shè)定變形指標(biāo)，即地表變形值中水平變形小于2.0 mm/m，曲率小于0.2×10-3/m，傾斜小于3.0 mm/m。

2.2 充填開采技術(shù)選擇

目前，主要的充填開采技術(shù)有膏體充填開采技術(shù)、高水充填開采技術(shù)和矸石充填開采技術(shù)三種。地表移動變形控制效果最好的為膏體充填（充填充實(shí)率可以達(dá)到100%，膏體強(qiáng)度可調(diào)），高水充填次之（因充填體終凝強(qiáng)度低、充實(shí)率較低、壓縮率高），矸石充填最差（充填充實(shí)率可以達(dá)到85%，松散矸石達(dá)到終極壓力時(shí)壓縮率達(dá)到30%）。晉平煤業(yè)充填開采主要回收地表建筑保護(hù)煤柱，為保證地表建筑物安全，選擇采用巷式條帶充填開采技術(shù)[3-5]。

3 充填方案比選分析

3.1 充填開采方案設(shè)計(jì)

根據(jù)晉平煤業(yè)地質(zhì)賦存條件及首采區(qū)位置，結(jié)合巷式條帶充填工藝技術(shù)特點(diǎn)，根據(jù)回采技術(shù)要求，工作面按5 m條帶寬度考慮，將擬開采區(qū)域分成塊段1、塊段2、塊段3，提出以下兩種開采方案。

（1）方案一：塊段1、塊段2同時(shí)回采，最后回采塊段3。首先利用原來10513運(yùn)輸順槽，改造該巷道為頂板巷道，作為充填工作面進(jìn)風(fēng)巷，原10513-2回風(fēng)順槽和原10511回風(fēng)順槽作為充填工作面回風(fēng)順槽，從原來10513運(yùn)輸順槽分別向原10513-2回風(fēng)順槽和原10511回風(fēng)順槽掘進(jìn)支巷，進(jìn)行回采，支巷寬5 m，與原來10513運(yùn)輸順槽夾角70°，西翼支巷長度約196 m，東翼支巷長度約160 m。充填施工為兩回風(fēng)順槽向運(yùn)輸順槽充填，充填開采平行作業(yè)互不影響，如圖2。

圖2 方案一充填工作面區(qū)域布置示意圖（m）

（2）方案二：三個塊段依次開采。開采塊段1時(shí)，首先利用原來105采區(qū)回風(fēng)巷，改造該巷道為頂板巷道，作為充填工作面進(jìn)風(fēng)巷，巷道尺寸寬為5.8 m，高為4 m，原10513-2回風(fēng)順槽和原10513運(yùn)輸順槽作為充填工作面回風(fēng)順槽，為保障通風(fēng)，把原來10512運(yùn)輸順槽和原10512回風(fēng)順槽充填完畢。從原來105采區(qū)回風(fēng)巷分別向原10512運(yùn)輸順槽和原10513運(yùn)輸順槽掘進(jìn)支巷，進(jìn)行回采，支巷寬5 m，與原來105采區(qū)回風(fēng)巷夾角70°，西翼支巷長度約113 m，東翼支巷長度約76 m。充填施工為兩回風(fēng)順槽向運(yùn)輸順槽充填，充填開采平行作業(yè)互不影響。此種方式需要重新掘進(jìn)兩條運(yùn)輸順槽，從而形成三個全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，巷道布置如圖3。

圖3 方案二充填工作面區(qū)域布置示意圖（m）

3.2 方案對比

分析以上兩個充填開采方案，從多個角度進(jìn)行對比分析，見表1。

通過表1分析對比，兩個方案在回采率方面相當(dāng)，方案一在前期準(zhǔn)備工期方面優(yōu)于方案二，但是在目前巷式條帶充填以及政策符合度上方案二優(yōu)于方案一，且方案一在通風(fēng)管理方面存在安全隱患，方案二工作面生產(chǎn)安全更容易把控。因此，綜合以上因素，晉平煤業(yè)充填開采選擇方案二，即將充填區(qū)域劃分為三個塊段，依次順序進(jìn)行充填開采。

表1 方案分析對比表

4 結(jié)語

通過分析晉平煤業(yè)資源現(xiàn)狀，結(jié)合晉平煤業(yè)充填試驗(yàn)區(qū)域地質(zhì)情況、地表建筑情況等，確定采用巷式條帶充填開采技術(shù)。結(jié)合巷式充填開采技術(shù)要求，將試驗(yàn)區(qū)域劃分為三個塊段，設(shè)計(jì)兩種充填開采方案，并從前期準(zhǔn)備、支巷長度、回采率、充填工序、安全生產(chǎn)、地表建筑情況、規(guī)范要求、技術(shù)可行性和充填體接頂難度等多方面進(jìn)行對比，最終確定試驗(yàn)區(qū)域采用三個塊段依次順序進(jìn)行充填的技術(shù)方案。