煤矿充填开采技术发展及实践应用研究

2018-12-08曹建波

商品与质量 2018年48期

曹建波

冀中能源股份公司邢东矿河北邢台 054001

1 我国煤矿充填开采的发展状况

由于我国的一些老矿井在开采深度不断加深的情况下，不仅使得灾害发生的几率越来越大，也增加了开采煤炭的成本投入，开采价值越来越低；另外“三下”压着很丰富的优质煤炭资源，具有很高的开采价值，有必要安全高效地回采出来。对于环保而言，很多的矸石及城市垃圾必须进行处理，对于安全方面而言，亟待解决因传统开采而产生的采空区的自然发火、出水及上隅角瓦斯超限，或因采空区大面积垮落而导致瓦斯大量涌出等问题。对于上述问题，科学合理的选用充填开采技术能够有效的解决。因此，充填开采技术的应用不仅能够有效提高我国煤矿开采技术水平，也有利于促使煤矿企业实现更大化的经济效益。基于此，超高水材料充填技术、膏体充填技术及固体物充填技术在我国得到越来越广泛的应用，且技术越来越成熟。

2 煤矿充填开采的应用情况

在我国，依据煤矿开采工艺、充填的地点及机械设备的不同能把充填开采技术细分为高水充填技术、膏体充填技术及矸石固体充填技术，下面对其进行了简要叙述分析。

2.1 高水材料充填技术

高水材料充填采煤技术即是往充填材料里添加高水速凝固结材料的一种充填采煤技术，因该技术需要用大量水，则会相应降低填充材料里固体材料的使用量，所以应用该技术既能有效解决煤矿充填时固体充填料缺乏的问题，也能使得填充工艺更加的简单化。另外，由于该技术使用固体充填材料的量相对比较少，充填的料浆流动性较好，施工操作更加简单，而且成本投入也较少，所以有利于节约煤炭填充开采的综合成本投入。但是因高水材料充填技术用到的高水材料填充物具有较低的抗风化能力和抗高温性能，所以不利于煤矿采空区的充填物质量的长期稳定。

2.2 膏体充填开采技术

膏体充填开采技术即把煤矸石、粉煤灰以及城市固体废弃垃圾等材料依据一定比例进行配比，并制成无需脱水的牙膏状浆体，再利用输送管道把浆体送至需充填的矿井下的方法。在对采空区进行充填时，此技术有着料浆流动性好、充填密实度高和充填体强度高等优点，可以很好的防止采矿区周围出现岩层移动或地表沉陷等现象。然而因为在膏体充填工程初期需要投入大量的资金，所以在采煤过程中膏体充填技术的应用也受到了限制。

2.3 矸石固体充填技术

矸石固体充填技术具备使用的系统设备更加简单、成本投入更少及压缩率大等优点，在我国的山东新汶集团和河北邢东矿等煤矿企业应用广泛。矸石不出井与压煤技术相结合，既有利于节约费用，也有助于提升资源利用率。为了增强减沉的效果，邢东矿使用支架后部压实系统来实施矸石充填作业。此外为了增大强度，可以加入一定量的辅料到固体材料内里，然而这样也会增大充填的困难度和前期成本投入。

3 煤矿充填开采技术的实践应用研究

本文以邢东矿11213高水充填工作面施工作业为例，对充填开采技术的现实应用进行了深入的研究。

3.1 高水充填开采工艺分析

（1）充填循环进度及其工艺流程。双滚筒采煤机割煤，割煤深度为0.7m，采用三刀一充，采煤机割煤三刀，采空区充填一次，循环进尺2.1m。充填工艺流程：支架拉架→挂袋充填准备→输送料浆→正常充填→管道清洗→充填结束验收→凝固、检修。

（2）吊挂充填袋。当工作面支架与充填体之间间隙达到2.1m即采煤机往前割三刀煤后，工作面进行充填准备工作。

在进行充填工作前，将支架移直移顺，及时伸出侧护帮，保证工作面支架控顶区有良好的支护，之后用充填袋在待充填区内构筑完全“封闭”的充填空间，其充填袋规格：18.5×2.5×5m。

吊挂充填袋的方法：充填袋两端通过金属钩吊挂在隔板支架上，充填袋煤帮侧的挂钩吊挂在液压支架尾梁上，采空区侧吊挂在支架后方的挂钩上。吊挂时，顶部设计要留出100mm左右的富裕量，使其向内折，利用料浆充满上顶使充填袋与尾梁顶部贴紧，保证充填料浆接顶效果。底边也要拉直拉平。充填袋吊挂好以后，施工人员必须视察其吊挂质量，有无漏挂，或充填袋损坏情况，若发现充填袋已经损坏，必须采取措施处理或更换充填袋重新吊挂，充填前，要对充填袋进行吹风。

充填支架间的间隙封挡办法：支架挡板在充填时应升起至与顶梁接触，以防止充填袋鼓出撑坏影响充填。支架间空隙可以通过木板进行封挡。

（3）工作面充填管布置。工作面充填管布置在支架的立柱与充填挡板之间，吊挂在支架连杆上，充填管头要与充填支架空区侧充填袋预留口相连，将充填管穿过并固定牢固。

（4）管道清洗操作。

①首先通过联合开关关闭两根料浆管路阀门，再通过调节安装在混合系统上的清水阀门控制水量，当注浆管路出口能持续看见清水以后停止冲洗，完成冲洗过程。

②至少每实现2个充填循环后，应当清理各个阀体一次（可根据现场实际情况而定）。