中国煤矿膏体充填开采研究现状

中国煤矿膏体充填开采研究现状

仝凯亮   丁文雅

平煤股份十一矿河南省平顶山市467000

摘要：膏体充填开采顶板稳定性控制的效果受上覆岩层载荷、煤体、充填体的力学特性等因素影响。为延长矿井服务年限，提高矿井资源回收率，针对煤矿压覆煤资源，积极调研矿井充填开采技术，结合矿井地质条件，提出了充填开采回收压煤资源及条带煤柱的技术思路，采用膏体充填开采回收村庄压煤资源。充填开采项目实施以来，积累了较为丰富的膏体充填开采经验。本文主要对中国煤矿膏体充填开采研究现状进行分析，仅供参考。

关键词：煤矿；膏体；充填；开采

引言

膏体充填采煤是绿色开采技术的关键外延，其过程是工作面从开切眼推进一段距离后，将按一定配比混合好的膏体浆料通过管道输送进采空区，随着充填液面不断升高，浆料逐渐充填密实，在采空区内重新胶结成一个整体，从而支撑采空区顶板，限制上覆岩层的运动与变形，安全回收“三下”煤炭资源，并且有效的改善矿区生态环境。

1巷内矸石膏体充填无煤柱开采技术原理

综放巷内矸石膏体充填无煤柱开采方法需要根据工作面每天的推进度，确定巷道每次的充填长度，即循环充填步距。预先在巷道壁侧布置网格布，构筑充填空间。在将要实施充填部分的巷道前面布置隔离布起到挡浆作用，将制备的矸石膏体料浆通过管路泵送到巷道内进行充填。最后伴随着工作面开采完成，巷道也随之全部充填完成。待采动影响稳定，再沿着充填体一侧开挖相邻工作面开采所需的巷道。在下个工作面回采的过程中，充填体将替代护巷煤柱支撑顶板，最终实现工作面的不留煤柱开采。该技术不仅能够使覆岩压力稳定分布，实现工作面整体围岩结构的主动支撑，而且也能有效节约支护资源，实现工作面的经济高效开采。综放巷内矸石膏体充填无煤柱开采，待上一工作面覆岩运动基本结束，充填体也达到稳定状态后，可沿充填体一侧开挖下一工作面回风巷道，减少了上、下两个区段的接续时间，有效缓解了当前工作面接续压力过大的被动局面。同时，对下区段回风巷进行开挖时，可以贴近充填体掘巷，便于定位。由于新掘巷道的一侧为充填体，可节约巷道的支护材料，降低巷道支护成本。其次，充填体具有较高的强度和支撑力，具有较好的密闭性，不会发生漏风，使得采空区中的瓦斯和其他毒害气体不容易外泄。再者，综放开采运输巷充填无煤柱开采使用充填体代替保护煤柱，可实现无煤柱开采，提高资源回收率，同时可防止采空区内煤柱自然发火和潜在的冲击矿压隐患，消除煤柱应力集中现象，减少突出与冲击事故。利用巷内充填体代替护巷煤柱，充填体的参数可以人为设计，与煤柱相比具有密度小、宽度窄的特点，并且充填材料为矸石等废弃物，可以缓解矸石堆放占用大量用地的问题，促进煤矿绿色可持续发展。

2填开采的必要性与可行性

2.1充填开采的必要性

煤层充填试验选定为工作面进行充填开采试验，工作面设计长度为261m，推进长度为670m，开采高度为6m。煤层倾角为10°-14°，采用综采工艺充填采空区管理顶板。对煤层实施综采充填开采，既符合国家和地方绿色开采政策的要求，也可以满足矿井可持续发展的需求，不但可以实现生态高效的充填开采、缓解矿井的辅助提升，解决地面沉降赔付问题，而且可以消化掉煤层和煤层生产过程中产生的矸石，消除地面堆积矸石占用土地和对生活环境带来的危害。综合考虑充填工艺、系统和装备的基础上，对综采充填支架进行设计，既要满足有关综采自动化开采的要求，又要符合充填支架的性能要求，满足综采面“采煤—充填（检修）”多功能需求，做到回收资源和保护顶板两不误。为了合理开采矿井煤层的煤炭资源，提高煤炭资源回收率，实现安全高效生产，消化矸石，建设绿色矿山，实行矸石充填开采是十分必要的。实施综采充填开采项目，可以真正实现以矸换煤、消化矸石、提高煤质、生态环保和绿色开采，将对今后类似条件下矿井开采提供可靠的借鉴经验，具有较好的示范和推广价值。

2.2充填开采的技术可行性

充填开采是一个应用前景广阔、适应现代采矿技术下顶板管理的好方法，充填采空区可以消耗大量的煤矸石、粉煤灰、矿渣、劣质土壤、河沙和城市固体废物等，从而减少上覆地层沉降。在过去的十余年中，为改善资源开发条件和矿区生态环境，各种充填采矿技术在中国的中东部煤矿试验并推广，形成了较为成熟的充填开采技术。煤层顶板较好，采高较小，倾角为10°-14°，从目前的技术水平来看，进行煤层充填，技术上是可行的。

3煤矿膏体充填开采

（1）充填准备工作。①待充填区隔离检查。检查上、下两端头的隔离墙是否牢固、支架之间的密封是否合格，支架与顶底板之间的隔离是否合格。②井下充填管路检查。检查充填管的固定是否牢固，管卡螺栓是否有松动现象。③检查确认无误后，联系地面集控室，开始打水。（2）打水。打水的目的是排尽管路内的空气并检查管路的密封是否完好，防止因管路内的膏体出现断流或管路接头渗漏导致管路堵塞。打水时要派专人检查井下所有充填管路是否完好；派专人观察充填管末端三通阀门处出水情况。开始打水时充填站集控员必须通知井下流量调节阀操作工，流量调节阀操作工关闭流量调节阀后开始打水。（3）打灰浆。管路充满水后开始打灰浆，开始打灰浆时要及时通知井下流量调节阀操作工。工作面上派专人观察充填管末端三通阀门处的出水情况，见到灰浆后，班长须及时报告充填站井下充填管末端见灰浆，并同时下令向待充填区内充填。打灰浆一是起润滑管路作用；二是为了隔离水和矸石浆，防止水与矸石浆混和造成矸石浆离析发生堵管事故。（4）打矸石浆。充填站打够设定的灰浆量时，导入打矸石浆任务并通知井下开始打矸石浆。在工作面运输巷流量调节阀观察口进行观察，当矸石浆到达流量调节阀位置处，充填站集控员及时通知井下把主管路末端阀门全打开。正常充填：①工作面正常充填，首先从靠近工作面运输巷侧（较低一侧）的布料管开始充填，充填的同时，要密切注意隔离墙的隔离和受力情况。②第一个布料管充填时要及时观察待充填区的充填情况。当端头隔离墙处膏体接顶后根据工作面实际情况及时切换到第二个布料阀，以此类推。③充填至最后一根布料管充填范围时，应随时分析待充填空间，剩余约300m

3时及时通知充填站控制室，准备进行打灰浆任务。（5）打灰浆。打灰浆的目的：①隔离水和矸石浆，避免因水和矸石浆混合造成矸石浆离析导致发生堵管事故；②清洗管路内的矸石颗粒，尽量减少管路内的矸石颗粒给打水清洗管路做准备。当整个待充填区剩余约100m3时，班长必须通知充填站进行打灰浆任务并说明剩余充填空间量，便于控制膏体的打灰浆量。（6）打水。目的是清洗管路。打水时必须对主管路末端的阀门进行清洗（必须在工作面管路末端见水后再开始清洗阀门）。清洗阀门的方法：打开、关闭阀门3～5次。（7）压风吹管。在沉淀池处管路末端见到清水后通知充填站集控员进行压风吹管。集控员开始压风时必须通知井下，沉淀池观测人员必须等到管路末端不见膏体颗粒后，方可通知地面充填站停压风机，结束充填管路的冲洗工作。（8）充填结束验收。①岗位清理、验收；②报告矿调度室充填结束。

结束语

煤矿通过对充填技术的研究与实践，充填技术日趋成熟，下步重点研究以下5方面，实现充填开采可持续发展。①抓好充填工作面设计源头，优化工作面设计；②强化生产过程中的采煤质量，这是隔离、充填成功的基础；③要不断研发智能化高效充填设备，提高充填效率；④优化充填工作面支架前、后的支护，确保顶板安全；⑤研发充填材料，降低充填成本，实现保护环境的目标。

参考文献

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