煤礦連采連充工作面采充順序及采充工藝設計

楊 勇

(山西新村煤業有限公司，山西 長治 046300)

煤礦連采連充技術是在傳統的巷式充填開采技術基礎上發展成熟起來的一種煤炭開采技術，工藝流程是將長壁工作面劃分為等寬的條帶，采用綜掘機間隔開采條帶，再間隔充填膏體材料[1]。

作為一種新型的充填開采技術，本文以司馬煤業1116工作面作為工程背景，探究其采充順序、開采工藝和充填工藝等。

1 工程背景

司馬煤業為解決地表建筑壓煤問題，決定采用煤礦連采連充技術，首個連采連充工作面命名為1116.1116工作面巷道采用“W”型布置，即南、北兩側布置工作面運輸巷，中部布置工作面回風巷，3條巷道平行布置。在3條巷道的東部末端布置工作面聯巷，將3條巷道溝通。工作面的4條巷道(北運輸巷、南運輸巷、回風巷、聯巷)均沿煤層底板布置,如圖1所示。

圖1 充填工作面雙翼采充順序示意

2 開采條帶采充順序設計

1116工作面南、北兩翼各布置1組采充循環，設計每組采充循環中劃分3個階段，每個階段規劃4個采充條帶，每個充填條帶寬5 m，1組采充循環寬60 m.一組循環全部采充結束，再進入下一組循環。如圖1所示。

南翼采充循環用英文大寫字母表示，A1、C1、B1、D1為南翼第一階段，A2、C2、B2、D2為南翼第二階段，A3、C3、B3、D3為南翼第三階段。

北翼采充循環用英文小寫字母表示，a1、c1、b1、d1為北翼第一階段，a2、c2、b2、d2為北翼第二階段，a3、c3、b3、d3為北翼第三階段。

2.1 南翼采充順序

簡述為“A2采+A1充—A3采+A2充—B1采+A3充—B2采+B1充—B3采+B2充—C1采+B3充—C2采+C1充—C3采+C2充—D1采+C3充—D2采+D1充—D3采+D2充”。

每個循環為12條巷，首先在距離聯巷15 m位置施工完第1條巷(A1巷)，作為首充巷；再在距離A1巷20 m位置掘進第2條巷(A2巷)，同時，對A1巷進行充填；A2巷施工完畢和A1巷充填完畢后，在距離A1巷40 m位置掘進第3條巷(A3巷)，同時，對A2巷進行充填；A3巷施工完畢和A2巷充填完畢后，在距離A1巷10 m位置掘進第4條巷(B1巷)，同時，對A3巷進行充填；……；依此類推，直至最后一條(第12條巷、D3巷)施工完畢，同時D2巷充填完畢。再進行下一循環12條巷道的充填開采，直至南翼全部可采區域煤炭資源充填開采完畢。

2.2 北翼采充順序

簡述為“a1采—a2采+a1充—a3采+a2充—b1采+a3充—b2采+b1充—b3采+b2充—c1采+b3充—c2采+c1充—c3采+c2充—d1采+c3充—d2采+d1充—d3采+d2充”。

每個循環為12條巷，首先在距離聯巷15 m位置掘進第1條巷(a1巷)；a1巷施工完畢后，在距離a1巷20 m位置掘進第2條巷(a2巷)，同時，對a1巷進行充填；a2巷施工完畢和a1巷充填完畢后，在距離a1巷40 m位置掘進第3條巷(a3巷)，同時，對a2巷進行充填；a3巷施工完畢和a2巷充填完畢后，在距離a1巷10 m位置掘進第4條巷(b1巷)，同時，對a3巷進行充填；……；依此類推，直至最后一條(第12條巷、d3巷)施工完畢，同時d2巷充填完畢。再進行下一循環12條巷道的充填開采，直至北翼全部可采區域煤炭資源充填開采完畢。

3 條帶開采階段

如前所述，充填工作面內南、北兩翼分別布置一個開采條帶工作面。目前，司馬煤業初次使用條帶膏體充填開采技術，作業人員施工管理經驗不足，投資風險大。本次設計本著減少投資原則，1116工作面落煤方式采用礦方現有的綜合機械化掘進機組，即綜掘機割煤、落煤，刮板輸送機和可伸縮帶式輸送機運煤，錨桿鉆機支護，局部通風機通風等。

條帶開采時分為切眼和挖底兩步工藝，如圖2所示。

圖2 開采條帶工作面切眼和挖底示意(m)

3.1 切眼

開采條帶時，先沿煤層頂板進行切眼，切眼高度3.5 m.

切眼工藝流程：準備工作—割煤、出煤、運料—敲幫問頂—支護、驗收—進入下一循環[2]。

3.2 挖底

在已形成的切眼內，先在回風側端設置一道調節風門，再使用綜掘機開展挖底作業，挖底至煤層底板。設計開采條帶運輸巷端部留設5 m平段，再設16°坡過渡段；回風巷端部留設3 m平段(確保調節風窗位置不受影響)；中部段進行全煤層挖底施工。

挖底工藝流程：割底煤—護幫—下一循環[2]。

4 充填條帶設置隔離擋板

待充條帶實施充填前，在待充條帶兩端(工作面運輸巷側和回風巷側)設置隔離擋板。充填條帶兩端隔離擋板的設置是否得當，對于條帶膏體充填極其重要。若隔離擋板選擇不當，就不能將充填膏體有效地擋在充填條帶內，不利于膏體充填物的凝固成型，并且會給工作面巷道帶來大量的膏體清理工作。目前，條帶膏體充填所用的隔離擋板普遍需要足夠的斜杠來支撐，以抵消充填膏體初凝前的壓力。通常情況下僅靠斜杠支撐時，若一次性充填高度過大，在充填膏體的強大壓力下，隔離擋板的穩定性無法保證，有發生隔離擋板垮塌、膏體外溢等隱患[3]。

借鑒國內礦井的實踐經驗和科研院所的科研成果，推薦采用具有自拉功能的隔離擋板。該隔離擋板主要包括擋板主體、鋼板立柱、鐵鏈、螺柱、斜杠、承拉板，能夠在充填膏體初凝后即產生一個向充填膏體方向內拉的力，從而有效減輕斜杠的支撐力，增強擋板的穩定性，提升條帶充填的效果。隔離擋板逐層安裝主視和側視示意如圖3、圖4所示。

圖3 隔離擋板的逐層安裝主視示意

圖4 隔離擋板的逐層安裝側視示意

5 條帶充填工藝

5.1 充填工序

條帶充填為保證充填接頂率，需采用分步充填，充填工藝如圖5所示。

1) 首充：在充填條帶的兩端各設置一個充填隔墻，進入首充階段，首充必須控制充填料漿在兩端隔墻處的上升高度不大于1.75 m，如圖5(a)所示。

2) 待首充料漿凝固后再進入二充階段，先在充填上層的工作面運輸巷端30 m位置設置子隔墻，再進行充填，如圖5(b)所示。

3) 待二充料漿凝固后進入分段充階段，將余下未充的充填條帶上層，每隔30～40 m設置一個子隔墻，依次逐段進行充填，如圖5(c)所示，直至完成整個充填條帶的充填工作。

圖5 條帶充填工藝

5.2 充填接頂

針對充填條帶的充填工藝特點，充填條帶的頂板形態對充填接頂影響較大。水平頂板和頂板局部拱起兩種形態的接頂措施如下：

1) 充填條帶頂板近乎水平時，容易造成接頂時整個充填體和頂板之間留有孔隙，為保證接頂效果，在充填條帶頂板開設凹槽(深300 mm)用于吊掛充填管路和排氣管路，且凹槽沿煤層頂板具有10%的坡度[4]。凹槽布置示意如圖6所示。

圖6 條帶頂板凹槽布置示意

2) 近水平充填條帶頂板局部拱起時，保證每個頂板拱起部分布置一組充填管路和排氣管路，充填時，膏體首先流平，而后分別充填各個拱起部分，從而達到完全充實。充填接頂布管示意如圖7所示。

3) 接頂充填時，應適當降低充填料漿濃度，加大粉煤灰添加量，降低充填料漿輸送流量，從而提高充填料漿流動性和流平性，降低其靜止角，確保充填的可靠度和接頂率[5]。

圖7 充填接頂布管示意

5.3 通風要求

針對近水平充填條帶的充填工藝特點，對充填條帶上層實施二充時，充填條帶已形成獨頭巷道，應采用局部通風機進行局部通風，確保通風安全。

6 結 語

1) 1116工作面南、北兩翼各布置1個采充循環，每組采充循環中劃分3個階段，每個階段規劃4個采充條帶，12個采充條帶分階段依次進行采充作業；

2) 明確了條帶的開采工藝，即先開切眼再挖底；

3) 為確保充填膏體不外溢，設計采用具有自拉功能的隔離擋板；

4) 明確了條帶的充填流程，即分為首充、二充和分段充；

5) 為了確保充填體的接頂效果，設計了凹槽和拱起部分吊掛充填管路和排氣管路法。