固体充填采煤技术在邢台矿建筑物下的应用

丁燕斌

（冀中能源股份有限公司邢台矿，河北省邢台市，054000）

固体充填采煤技术在邢台矿建筑物下的应用

丁燕斌

（冀中能源股份有限公司邢台矿，河北省邢台市，054000）

针对邢台矿建筑物下存在大量压煤，而地面矸石山堆放占地严重以及矿区坑口电厂排放大量粉煤灰的情况，为了实现矿井可持续发展、扩大矿井可采储量、控制地表下沉、消除固体废弃物对环境的污染，提出了采用地面矸石配合粉煤灰充填采空区，采出建筑物下压煤的开采模式。解决了充填体进入采空区的空间、通道和动力等技术问题，并建立了完善的充填效果检测系统，在保证地面建筑物完好的情况下，有效采出邢台矿建筑物下呆滞煤量2000万t以上。

建筑物下采煤 固体充填开采 矸石 粉煤灰

TD823.7

A

冀中能源股份有限公司邢台矿位于河北省邢台市桥西区，1968年建成投产，至今已开采四十余年。矿井上组煤剩余可采储量2116.4万t，大多为边角煤柱，开采条件越来越困难，且矿区地面村庄密集，各类村庄、冲积层下保护煤柱储量达5800万t。为此，提出了利用矸石和粉煤灰作为充填体的开采方法对邢台矿建筑物下压煤进行开采，延长了矿井服务年限。

1 工程概况

7606工作面是邢台矿首个完成充填开采的工作面，工作面走向460m，倾向55m，已于2009年开采完毕，回采煤炭资源11.54万t，充填矸石和粉煤灰12.6万t，实际充实率达到97%。

1.1 工作面概况

7606工作面开采2＃煤层，属稳定复杂结构厚煤层。7606工作面部分煤层厚度变薄，最小煤厚为4.5m，正常煤层平均厚度为6.3m，受影响厚度为1.8m。工作面内平均煤厚为5.5m，煤层内含有一层夹矸，位于煤层的中下部，夹矸厚0.3m，上部煤厚平均2.9m，下部煤厚平均2.3m。工作面顶底板岩性见表1。

表1 7606工作面顶底板岩性特征

1.2 充填工作面配套设备

工作面充填主要配套设备见表2。

表2 充填工作面主要配套设备

2 充填开采技术

2.1 充填工艺流程

建筑物下综合机械化固体充填采煤技术是将地面固体废弃物矸石和粉煤灰按照一定的比例混合后，经大直径钻孔，直接投放到井下矸石仓，通过带式输送机和转载机送到工作面机尾，经后刮板输送机运输至液压支架，从各支架后尾梁上悬吊的开底窗口将充填料填入，并由支架上的捣实机构夯捣密实。充填料下井通道如图1所示。

图1 充填工艺流程示意图

2.2 充填关键技术

目前，国内外均无采用矸石粉煤灰固体充填采空区实现不迁村开采的先例。邢台矿根据已有的理论并结合现场实践，采取了以下措施来解决充填过程中存在的难题，实现了不迁村开采。

2.2.1 大垂深投料防冲击系统

在投料管下出口－210m水平处设置伞状缓冲器，从地面下放的物料经缓冲再流到下部的碴仓，减少了对下部碴仓和输送设备的冲击，缓冲器用24＃槽钢固定在碴仓上口。

2.2.2 投料管防堵措施

采用空放作业方式，管内不存料；碴仓上口安装料位信号和视频装置，监视物料的投放状态。碴仓下口安装两组空气炮，对碴仓下部锁口处易发生棚堵的部位进行处理。

2.2.3 充填料到采空区的通道

充填物料经过碴仓下口的给煤机放到带式输送机上，经过带式输送机运输至工作面机尾，在带式输送机机尾和工作面充填运输机之间设计专门的胶带转载机，将带式输送机运来的充填料转载到充填输送机上。充填输送机悬吊在专门的充填支架尾梁上，并用支架的尾梁支护充填区的顶板。充填输送机采用SGB630/132（改）型，每隔一块溜槽在中板上开一个400mm×500mm的放料口，用千斤顶控制放料的位置、顺序及放料量。

2.3 工作面充填工艺

（1）工作面充填与采煤同步进行，实行平行作业，采煤作业与普通综采相同。

（2）工作面割煤拉完支架后，及时把后刮板输送机推到最后位置，开始充填。

（3）3～4名支架工或充填工沿机头向机尾顺序充填。从机头第2个投料口开始，同时打开第3个投料口，当第2个投料口充满后，关闭投料口，开始捣实，并往第3个和第4个投料口投料；第2个投料口捣实后，再次打开投料，循环捣实，一般需进行2～3个循环。第2投料口的充填工作完成后，负责第2个口的支架工转到第5个投料口工作，且第3个投料口的支架工开始捣实，循环往机尾方向推进。

（4）整个工作面充填完成后，停止第一轮充填，拉后刮板输送机，并用捣实机构将原后刮板输送机下的充填碴顶向采空区并接顶。该工序由3～4名支架工同时协调进行，完成之后再回推后刮板输送机，开始第2轮充填。

（5）直至后刮板输送机下部空间充满为止，充填工作结束。

3 充填应用效果分析

3.1 充填检测系统

由于充填料位于采空区内，常用的监测手段难以发挥作用。因此，针对邢台矿的工程实际，建立相适应的充填检测系统。

（1）充填体内埋有压力传感器，监测充填料的受力变化情况。

（2）工作面支架安装有压力在线监测系统，工作面两巷中装有测力锚杆和锚索，地表的铁路专用线和矿区公路线建立了观测线，对地表的变形进行观测。

（3）为直接观测上覆岩层的下沉情况，在工作面上部40m处的－210m西翼大巷设立了岩层移动观测站，共设29个观测点。

3.2 充填效果

根据现场实测发现：充填投料系统、运矸系统运转正常，捣实效果良好，充填料受力均匀，综合充填率达到95%以上；工作面上部40m处的－210m西翼大巷最终下沉量稳定在231mm，巷道不用翻修，可以正常使用；7606工作面顶板3 m范围内裂隙发育，3m以上顶板完好，没有明显破坏，底板破坏深度最大为3.3m，而普通跨落法采煤造成的破坏深度一般为13～15m；地面的车间等建筑完好无损。

4 结论

（1）通过综合机械化充填开采技术在邢台矿的成功应用，使邢台矿解放建筑物下呆滞煤量2000万t以上，延长矿井寿命10a以上。已经回采结束的两个充填工作面，共开采建下煤炭资源44.7598万t，充填矸石粉煤灰44.8044万t，2008－2010年净利润1.33亿元，创造税收1.24亿元。

（2）矸石粉煤灰充实采空区，可较快地支撑顶板，从而消除了采空区瓦斯积聚空间，根治了煤层自然发火隐患，减少了底板高承压水突水几率，改善了高应力巷道维护状况。

（3）消灭了矸石山和粉煤灰，保护了土地和水资源，维护生态环境，对煤矿的安全生产、改变煤炭行业形象和建设低碳生态矿山具有重大的现实意义。

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Application of solid backfilling under buildings to coal mining in Xingtai Coal Mine

Ding Yanbin
（Xingtai Coal Mine，Jizhong Energy Resources Company Ltd.，Xingtai，Hebei 054000，China）

Aimed at such situations as large quantity of coal under buildings，severe space coverage by coal gangue，and a mass of fly ash discharged from the power plant，the coal mining under buildings by backfilling coal gangue and fly ash was proposed to realize the sustainable development of the mine，enhance recoverable reserves，control surface subsidence，and eliminate the influence of wastes to the environment.Through solving the technical problems of backfilling in goaf and roadways and required power，a well－designed system was established to detect the effect of backfilling.20million tons of dull coal was mined out in Xingtai Coal Mine and the ground buildings were ensured in good condition.

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丁燕斌（1969－），男，河北石家庄人，高级工程师，现任冀中能源股份有限公司邢台矿副总工程师。

（责任编辑 张毅玲）