综采工作面膏体充填采煤技术解析

综采工作面膏体充填采煤技术解析

耿家龙

川煤华荣能源有限责任公司大宝顶煤矿 四川 攀枝花617000

摘要：社会经济不断发展，逐渐提高了煤炭资源的需求量，也因此进一步创新发展了采煤技术。逐渐增加采煤量，将会导致采煤区顶部岩层发生沉降问题，影响采煤区建筑物和地下开采行为的安全性。因此，在煤矿生产过程中需要建立安全性的采煤理念，通过利用综采工作面膏体充填采煤技术，有利于预防煤矿采矿区地表岩层沉降问题。因此，煤矿企业需要加大力度研究综采工作面膏体充填采煤技术，在实际生产过程中发挥出这项技术的优势。

关键词：综采工作面；膏体充填；采煤技术

引言

煤炭作为我国的主体能源，在国家经济发展中发挥重要作用。随着国家“十四五”能源发展规划和对矿井绿色、高效发展的要求，绿色智能化矿井建设已成为矿井未来发展的重要方向。在煤炭开采行业发展过程中，逐渐凸显出资源储量不足和环境污染等问题，影响到煤炭企业的健康发展。这就需要利用综采工作

面膏体充填采煤技术。

1概述膏体充填采煤技术

在充填采矿工程中膏体充填采矿技术发挥着重要作用，利用膏体充填采矿技术的过程中，需要在充填的部位，根据特定比例加工煤矸石和粉煤灰等材料为膏状的浆体，无需采取脱水处理，再通过高压充填泵加压灌注膏体，利用输送管道在充填的矿井下送入浆体，对已经采空的采煤区进行充填。因为膏体充填采矿技术和采煤工序处于同一个工作面，而且充填体构筑方法具有特殊性，需要绘制隔离支架，同时需要保障充填材料的强度，在充填之后对采煤过程起到承载作用。

在采空区填充过程中，需要保证浆料的流动性和密实性，同时需要保证充填体强度，有效控制采煤区岩体移动情况和地表沉降情况等。因为膏体充填采矿工程初期投资较大，因此，在采煤过程中并没有推广利用膏体充填采矿技术。在今后研究发展过程中，需要不断完善相关技术，合理节省资金投入量，这样才可以拓展技术使用范围。

2膏体充填方法的选择

2.1条带膏体充填

条带膏体充填开采，是在掘通采煤工作面运输巷、回风巷，切眼形成全负压通风以后，使用连采机或者综掘机平行于切眼或终采线采完1个合适宽度的条带，在条带两端使用隔离设施将条带内采空区封闭，再用膏体材料充满该采空区。采完1个条带，开采下一条带需与前一条带间隔一定宽度的煤柱，确保2个条带间有足够宽度的支撑柱，依次循环。当完成一轮开采后，再返回到起点处对剩余煤柱实施下一轮开采并充填，直至采出所有煤炭资源。

2.2综采膏体充填

综采膏体充填技术特征为：“三机”配合、空间布置关系与综采工作面相同；不同点在于支架、采空区处理方式和布置充填管道。综采膏体充填工作面推进一定步距后，支架后方将形成采空区，控制新产生的采空区顶板防止采空区垮落，并将采空区密闭隔离，之后用膏体材料充填隔离空间，等膏体材料凝结固化达到设计早期强度以后，再进行下一循环充填开采。

2.3膏体充填方法对比选择

综采长壁膏体充填优势为：①通风系统简单，全负压通风，可以适应高瓦斯或突出矿井生产；②职工劳动强度小，机械化程度相对较高，液压支架下作业环境相对安全，生产能力大。

条带膏体充填优势为：①井下开采投资相对较少，不需要投资大量的充填液压支架，只需要购买1~2台连采机或掘进机；②开采条带长短限制较小，可以适应不规则的边角煤开采；③采动影响小，充填体受力时凝固时间长，支撑效果好，顶板累计下沉量较小，充填控制地表变形效果好；④采煤与充填分别布置在不同条带，可以同时作业，不需添加速凝剂促进充填体凝固。

综上分析，在不同的矿井地质条件下，综采膏体充填与条带膏体充填发挥着各自的优势，但在矿井瓦斯地质条件简单、顶板条件较好的情况下，条带膏体充填开采能够发挥其投资少、工作面布置灵活、控制地表变形效果好的优势。

3充填开采技术

3.1膏体充填开采

膏体充填开采利用经过预先处理的矸石、粉煤灰等固体材料与适量的水泥和水混合制成膏状浆体，然后将其输送到井下采煤工作面采空区域，以达到支撑控制采空区上覆岩层结构的目的。该技术具有低压缩率、更少的充填成本、简易的生产流程且容易执行、地面系统投资少、适用范围广、较高的采出率等多项技术和经济上的优点。

3.2固体充填开采技术

固体充填开采利用固体材料作为充填物，将采空区充填后支撑上覆岩层结构。固体充填开采技术具有充填效果好、环保等优点，但也存在充填材料成本高、充填工艺复杂、充填效果不易监测等缺点，适用于深度较大、地压较大的煤矿开采。此技术以矸石作为主要充填材料，其接顶率低、控制顶板沉降能力较差，生产能力较低，因此该技术不适用于高河煤矿。

4综采工作面膏体充填采煤技术

4.1膏体材料在采空区的固结和运输

膏体充填材料的固结和运输是膏体充填技术中的关键环节，直接影响着开采效率和煤矿的安全生产。目前，国内外针对膏体材料在采空区的固结和运输进行了大量的研究，并取得了一定的成果，但都存在一定的局限性。目前，对膏体材料在采空区固结和运输的研究主要集中在以下几个方面：①采空区充填体固结机理；②采空区充填体与围岩耦合作用机理；③膏体材料输送过程中对地表及周边建筑物影响机理；④采空区充填体强度影响因素等。以上研究成果为膏体材料在采空区的固结和运输提供了一定的理论基础。但是，这些研究成果仅停留在理论层面，缺乏实践验证。

4.2工作面支护

充填工作面的支护结构由上、下两部分组成，下部为充填设备，上部为支架。上部支架采用单体液压支柱与液压支架相结合，保证工作面支护强度。采用单体液压支柱支护时，在工作面中部每隔1.5m布置一道单体液压支柱，支撑上部全部顶板；在工作面两侧每隔1.5m布置一道单体液压支柱，支撑下端部分顶板。为保证工作面支护强度和顶板安全，在工作面上、下部各布置一道加强支护。针对充填开采过程中的顶板控制问题，可以采取以下几种措施：①采用柔性支护材料。柔性支护材料是一种以水泥为主体的水硬性材料，其强度高、耐水、抗冻、抗热和抗酸碱等性能强。在充填开采过程中，由于充填体强度较低，会发生下陷和移动现象。针对该问题，可以采取柔性支护材料进行处理。柔性支护材料可作为工作面的临时支护。在工作面上方设置一道棚梁，将其固定在支架上方；在工作面两侧设置两道棚梁，将其固定在支架上。柔性支护材料的应用可以有效地减小下沉量和下沉量较大时的顶板下沉量，减小支架受力。②采用超前支护技术。超前支护是在工作面上方沿煤层底板布置一道钢栅栏和木栅棚梁进行超前支护。超前支护技术的应用还可以减少采空区的残余瓦斯压力和煤尘爆炸的危险，确保安全生产。在工作面两侧使用单体液压支柱进行加强支护，主要是为了防止上部顶板的下沉量较大时对下部顶板造成冲击影响。在工作面上方使用单体液压支柱进行临时支护时，必须要保证支柱的承载能力和稳定性。

结束语

目前，膏体充填采煤技术已经在国内煤矿得到了广泛应用，并且取得了良好的经济和社会效益。但是，膏体充填采煤技术还处于发展阶段，尚存在许多问题亟待解决。本文针对综采工作面膏体充填采煤技术进行了研究，分析了膏体充填采煤技术的特点及优势，提出了膏体胶结充填采煤工艺，本文研究结果对实现煤矿安全开采具有一定的指导意义。

参考文献

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