文/袁秋新

目前，煤礦井下矸石充填的方法主要有矸石裝袋壘砌、拋矸皮帶充填和溜槽充填三種。 以上三種方法設(shè)備安裝和撤除頻繁，人工占用量大、勞動(dòng)效率低、速度慢、安全性差，無法滿足礦井正常的安全生產(chǎn)要求。

為解決上述問題，新汶礦業(yè)集團(tuán)協(xié)莊煤礦將風(fēng)力輸送技術(shù)應(yīng)用于煤炭生產(chǎn)的以矸換煤工藝，真正實(shí)現(xiàn)了以矸石護(hù)頂、換取煤炭和清潔生產(chǎn)的目的。

一、試驗(yàn)工作面概況

31113W 工作面位于協(xié)莊煤礦-550 水平十一層煤3-3 采區(qū)西翼，為本采區(qū)西翼最下部工作面。 該面南起回風(fēng)巷， 標(biāo)高-484.32～-507.1m， 北至運(yùn)輸巷，標(biāo)高-539.69～-550.88m，西為工作面切眼，東為3-3 十一層軌道上山保護(hù)煤柱。 煤層為一復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，中夾1～3 層夾石， 中間一層穩(wěn)定， 厚0.1～0.2m。 煤層走向82°～109°， 傾向NW～NE， 傾角26°～27°， 平均傾角26.5°。

煤層頂板為深灰色砂質(zhì)頁巖，性脆致密，層理發(fā)育，含菱鐵質(zhì)結(jié)核，破碎易冒落，平均厚6.2m，其上為細(xì)砂巖，灰白色，泥質(zhì)膠結(jié)，成分以石英、長石為主，厚15.0m；煤11 底板為泥質(zhì)石灰?guī)r，厚0.5m，灰色，具裂隙，方解石充填；再下為砂質(zhì)頁巖，厚1.89m，灰黑色，性脆,含植物化石碎片和黃鐵礦散晶。

二、設(shè)備配置

1.自制前傾式翻車機(jī)

2.GLL700/11KW 鏈板式給料機(jī)

3.YDB 型電動(dòng)滾筒

4.PCA1000×1000 錘式破碎機(jī)

5.P60B 耙斗裝巖機(jī)

6.BWY5 型螺旋給料機(jī)

7.RRE-200 風(fēng)力輸送機(jī)

三、施工工藝

1.低壓氣力輸送矸石管道充填方法

人工推入自制前傾式翻車機(jī)，將矸石卸入給料機(jī)內(nèi)，由其均勻落到電動(dòng)滾筒皮帶上。 在電動(dòng)滾筒皮帶盡頭將矸石進(jìn)行破碎，再由耙斗裝巖機(jī)裝入上平巷運(yùn)矸皮帶。

破碎后的矸石經(jīng)皮帶運(yùn)至風(fēng)力充矸平臺(tái)后，由螺旋給料機(jī)轉(zhuǎn)載到風(fēng)力充矸管道內(nèi)，使用沖擊風(fēng)波作為動(dòng)力，結(jié)合螺旋輸送器提高輸送能力，以皮帶作為前期運(yùn)輸工具，利用兩級(jí)破碎機(jī)使源生矸石或混凝土達(dá)到風(fēng)力輸送要求，把破碎的矸石沿φ200mm 管路輸送到充填迎頭內(nèi)進(jìn)行充填采空區(qū)。

2.充填工藝

工作面采用高檔普采工藝，充填采用“見五充二”的方法進(jìn)行施工，工作面每次出煤2 個(gè)循環(huán)，控頂距達(dá)到5.6m 時(shí)開始從下往上進(jìn)行矸石充填，每次充填2排。 工作面矸石充填與出煤平行作業(yè)，但工作面最大控頂距不得超過6.6m。

工作面充填設(shè)備布置圖

當(dāng)工作面推采支設(shè)5 排支柱，機(jī)道內(nèi)掛第6 排頂梁后，運(yùn)矸管道沿第一個(gè)排距檔接到下出口，沿第三排支柱的里側(cè)掛擋矸簾， 從下往上開始充填矸石，充填步距2.0m；當(dāng)矸石充填至單體支柱時(shí)，停止充填。 按照“自下而上，由里向外”的順序進(jìn)行回撤柱梁，每次最多回撤走向兩棵傾向一棵柱梁鞋，直至充填到管道出口； 周而復(fù)始， 按照接運(yùn)矸管道→回柱→充填→縮管道→回柱→充填的順序， 實(shí)現(xiàn)不間斷充填。

3.上平巷留巷工藝

（1）調(diào)采期間留巷工藝

由于上平巷與工作面呈銳角布置， 工作面初采時(shí)先進(jìn)行調(diào)采溜尾， 當(dāng)工作面調(diào)正后再進(jìn)行充填， 故工作面調(diào)采期間需采用全部垮落法管理頂板。

施工過程中，在上巷原巷道支護(hù)以下，用粉煤灰砌塊壘砌1.8m 寬的墻體，要求粉煤灰砌塊要壓茬、壓縫、對(duì)接，嚴(yán)禁順茬壘砌，要保證接頂充實(shí)，迎山有勁，局部與頂板無法接實(shí)地點(diǎn)用袋裝矸石接頂。

在粉煤灰砌塊下方壘砌2～3m 袋裝矸石，既防止頂板大面積冒落推倒留巷墻體， 又能在頂板下沉或頂板來壓時(shí)支撐頂板， 緩解留巷墻體的壓力。

采用全部垮落法管理頂板期間留巷時(shí)，采用粉煤灰砌塊壘砌留巷。 一是粉煤灰砌塊為專門針對(duì)留巷制作的，抗壓強(qiáng)度大。 二是粉煤灰砌塊長0.4m，寬0.2m，厚0.12m，壘砌時(shí)穩(wěn)定性能高。三是壘砌速度快，每循環(huán)留巷平均使用400 塊砌塊，人工壘砌一般不超過1 小時(shí)。四是采用粉煤灰砌塊留巷時(shí)巷道成型好。

為增加粉煤灰砌塊墻體的穩(wěn)定性， 壘砌墻體時(shí)必須全部清理至硬底并臥出底槽，采用塑料網(wǎng)包括砌塊、 錨帶配錨桿拉緊加固砌塊墻體，使墻體成為一個(gè)整體，增加其整體性和穩(wěn)定性。

（2）正常生產(chǎn)期間留巷工藝

正常生產(chǎn)期間， 工作面采用充填法管理頂板，從下端頭一直充填到上端頭，在上端頭根據(jù)留巷斷面確定留巷地點(diǎn)， 采用壘砌袋裝矸石的方式進(jìn)行留巷。

當(dāng)充填至上巷下幫時(shí)，下幫沿傾斜1m 范圍內(nèi)采用壘砌矸石袋的方法進(jìn)行支護(hù)頂板。

壘砌矸石袋采用 “由下而上”“由老塘側(cè)向煤壁側(cè)”的順序進(jìn)行，邊壘邊回撤柱梁。 壘砌矸石袋時(shí)， 矸石袋距正規(guī)支護(hù)的距離頂板正常時(shí)最多不能超過2.0m， 頂板破碎時(shí)最多不能超過1.0m； 矸石袋離頂梁的距離小于0.2m 時(shí)，方可回撤支柱和頂梁，矸石袋接頂不嚴(yán)密時(shí)用木楔等結(jié)實(shí)頂板。

工作面充至上端頭時(shí)，進(jìn)行磨角充填，矸石袋壘砌至工作面切頂排前一排端頭支柱，然后進(jìn)行矸石充填。

沿空留巷采用上端頭沿走向壘砌矸石袋進(jìn)行維護(hù)， 矸石袋必須壓茬壓縫， 靠近頂板時(shí)，編織袋少裝矸石進(jìn)行接頂。

采用矸石袋留巷， 所留巷道作為下一個(gè)工作面的運(yùn)輸巷，可減少巷道掘進(jìn)成本，保證正常接續(xù)，并可取消4m 的區(qū)段煤柱，提高煤炭資源的回收率。

四、效益

31113W 工作面可采出面積65940m2，可充填矸石65940m2，置換煤炭14 萬t。 采用“見五充二”的充填方式，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)充填，結(jié)束了原來采用兩個(gè)工作面同時(shí)生產(chǎn)來實(shí)現(xiàn)矸石不間斷充填的方式， 減少了設(shè)備和支護(hù)用品占用量和租賃費(fèi)用。 另外，矸石向充填地點(diǎn)采用管道運(yùn)送，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程中的封閉管理，安全性較高。