天裕煤矿厚煤层充填综采工艺研究

杨虎城 李昱鹏

（内蒙古双欣能源化工有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 016000）

我国许多矿井都面临着“三下”呆滞煤炭资源的开采问题，特别是“三下”厚煤层的开采[1-3]。采出压煤且降低开采对地表的影响，是矿井追求的目标。

条带式采煤工艺[4]虽然可以有效控制地表下沉，但开采效率较低且浪费了大量的煤炭资源。随着充填技术的日益发展，充填开采[5-7]逐渐成为解决“三下”压煤问题最有效的途径。

本文将厚煤层综采采煤法和采空区充填法进行了有效的结合，并开展了相应的实践，达到了预期的效果，可为类似地质条件的矿区开采提供参考。

1 概况

天裕煤矿主采煤层为9号煤层。110901工作面位于一采区东翼，东与DF3断层相邻，上垂直4.75m到8煤（未采），下垂直4.2m为10煤（未采）。工作面煤层顶底板情况如表1所示。工作面煤层平均倾角15°～18°，局部可达25°，煤层平均厚度3.57m。

表1 煤层顶底板情况

110901工作面走向长度135m，倾向长度150m。工作面底板标高+1042～ +1085m，地面标高+1215～ +1250m。地面相对位置有一个选煤厂和汽修厂等构筑物，属于典型的“三下”压煤中的建筑物下压煤。

2 采煤工艺

综合110901工作面煤层赋存条件、煤层厚度及顶底板岩性等方面，确定选用一次采全高综合机械化采煤法。为降低开采对地表建筑物的影响，采用采空区全部充填进行顶板管理。110901工作面沿煤层倾向布置，采用伪斜仰采的方式，如图1所示。

图1 110901工作面布置

采用MG300/730- WD 型双滚筒采煤机，截深0.8m。选择ZZ6400/18/38型两柱式支撑掩护式液压支架，相关参数见表2。支架中心距为1.5m，工作面长度150m，共布置100台液压支架。

表2 ZZ6400/18/38型两柱支撑掩护式液压支架技术参数

运煤线路：110901采煤工作面→110901运输顺槽→9煤集中运输巷→中部煤仓→主斜井→地面。

3 充填工艺

在仰斜开采条件下，采空区处于开放状态，可利用煤层倾角使充填浆体自行流入采空区固结成形对覆岩进行支撑。随着充填工作的不断推进，充填浆体液面不断上升，逐渐将低于工作面位置水平以下的采空区充填密实，并可将部分垮落下来的矸石胶结起来，形成整体支撑上覆岩层的充填胶结承载体。如图2所示。

为保证充填与采煤作业的协调，采煤工作面每割两刀，充填工作面进行一次充填，采用“采二充一”的采煤充填方式作业。

（1）充填材料选择

因需经过管道运送至采空区，充填材料应具备可泵送且流动性好的特点，因此充填材料选用煤矸石、水泥、粉煤灰、外加剂等组成的胶结充填材料。根据上覆岩层的厚度计算，充填体的强度不低于5MPa。充填材料由徐州中矿大贝克福尔科技有限公司设计提供，根据充填需求进行配比调整。

图2 架后开放式充填示意图

（2）充填系统

矸石骨料制备系统制备好的矸石、粉煤灰、水泥与水按设计配比搅拌匀形成膏体后，利用矿井地面充填站已有充填设备，通过CTB200膏体充填泵加压后经副斜井16Mn耐磨Φ219×15mm无缝钢管输送至井下110901工作面回风顺槽，在无缝钢管末端管道出口处转换为可摆动的高压软管至充填支巷上口附近后，由作业人员将软管送入充填口处，利用巷道高差自重作为膏体充填体的充填动力，将膏体充入采空区内。

（3）充填路线

矿井地面充填站→副斜井→中部车场→9煤中央轨道下山→110901工作面回风顺槽→110901工作面采空区。

（4）临时支护措施

充填作业前，需要提前在挡风墙外侧打两排单点支柱，单点支柱间距1～1.5m。充填作业时需先架设挡浆板、隔离板，然后撤下后排支柱，然后进行充填，待充填体终凝后进行下一个充填循环作业。

4 结语

110901采用充填综采采煤工艺共采出煤炭9.75万t，消耗充填材料2.8万t，实现利润1980万元。110901工作面充填后，取样测试充填体强度平均7.1MPa，满足强度要求。该工作面采完两年后，地表最大下沉量仅为5mm，未造成地表构筑物的破坏。