付立志

新礦集團(tuán)內(nèi)蒙古福城煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 016217

0 引言

實(shí)施充填式開采是利國(guó)利民的大事。一是實(shí)施充填式開采，能有效消除地表沉降，保護(hù)地表生態(tài)環(huán)境。充填體保證了頂?shù)装逯g無(wú)明顯移近，開采后不產(chǎn)生冒落帶、裂隙帶和下沉帶，地表不發(fā)生明顯沉降，保證了水資源，減少了對(duì)土地資源的破壞；二是充填材料采用粉煤灰、尾礦泥和煤矸石，實(shí)現(xiàn)礦山附生物資源利用，減少了固體廢棄物的排放，保護(hù)了環(huán)境，提高煤炭企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是有利國(guó)利民的大事。三是實(shí)施充填式開采，可以優(yōu)化作業(yè)環(huán)境，提高煤礦開采安全程度。充填體有效控制了采煤工作面的圍巖移動(dòng)，避免頂板大面積垮落和底板承壓水的突然涌出，減少了有害氣體的積聚空間，降低瓦斯自然災(zāi)害；解放“三下”壓煤。用充填材料置換出礦產(chǎn)資源，替代了開采設(shè)計(jì)中預(yù)留的條帶和保護(hù)煤柱，保證采出資源后不會(huì)造成地面設(shè)施的破壞，提高煤炭資源回收率。

1 礦井資源賦存狀況

礦井為薄煤層開采，現(xiàn)采5、6、9、10煤層，地質(zhì)儲(chǔ)量為1040.7萬(wàn)噸，其中5煤216.5萬(wàn)噸，6煤144.4萬(wàn)噸，9煤8.2萬(wàn)噸，10煤671.6萬(wàn)噸。礦井范圍內(nèi)地面建筑物多，新增樓群范圍在擴(kuò)大，壓煤量多；9、10煤層回采又受底板承壓水威脅嚴(yán)重，雖然采用條帶式回采方式，能保證安全生產(chǎn)，但煤炭回收率低，只能達(dá)到35%以下。

2 實(shí)施充填開采的條件

2.1 煤層頂?shù)装鍡l件

10-2煤層：直接頂為砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度3.12m～4.09m，為Ⅱ級(jí)3類頂板。直接底為粘土頁(yè)巖，厚度0.43m～0.55m，其底板抗壓強(qiáng)度279×104pa。10-2煤層：黑色塊狀，半光亮型，半金屬光澤，煤層上分層厚度0.5m～1.02m，下分層厚度0.35～0.43m；煤層中含有1層夾石，夾石厚度0.1m～0.49m，去除夾矸后煤層平均厚度1m。巖性為炭質(zhì)頁(yè)巖，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，屬較穩(wěn)定煤層。容重1.51 t/m3，f=3。

2.2 水文地質(zhì)情況

徐家莊灰?guī)r含水層，巖溶裂隙比較發(fā)育，水力聯(lián)系廣泛，透水性好，滲透系數(shù)高達(dá)9.35m/d～21.74m/d。但是補(bǔ)給條件受水文地質(zhì)塊段影響較大。從井下施工的鉆孔分析，徐灰富水性不均，有的鉆孔見徐灰時(shí)，水量高達(dá)120m3/h，有的則無(wú)水。奧陶系灰?guī)r含水層，廣泛分布淄博煤田東、東南、南部山區(qū)，普遍裸露地表。至本井田埋藏深度較大，補(bǔ)給條件好，動(dòng)靜儲(chǔ)量大，是本井田的主要含水層。在建井期間遇F3斷層奧灰突水，最大水量達(dá)1210.2m3/h。

2.3 瓦斯涌出量情況

回采工作面瓦斯正常絕對(duì)涌出量1.5m3/min，瓦斯呈吸附狀存在于煤層中。工作面回采后，老空內(nèi)積存大量的瓦斯，工作面的回風(fēng)隅角多發(fā)生瓦斯涌出量大。

2.4 礦壓情況

根據(jù)工作面礦壓觀測(cè)資料分析，工作面初次垮落步距為20.2m老頂來(lái)壓步距為32.2m，周期來(lái)壓步距為8m～11.2m。頂板控制參數(shù)：老頂初壓平均31.25t/m2，老頂周壓平均35.84t/m2，正常工作階段平均18.772t/m2。

3 實(shí)施充填開采的方法

3.1 地面建充填站

聘請(qǐng)有資質(zhì)的鉆探隊(duì)負(fù)責(zé)施工鉆孔和下輸料管路，在孔的位置建充填站。充填站占地1600m2，南北長(zhǎng)40m，東西寬40m。地面充填站由3個(gè)初漿罐、1個(gè)輔料罐和1個(gè)成漿罐組成。初漿罐設(shè)計(jì)總?cè)莘e360m3，輔料罐設(shè)計(jì)容積80m3，成漿罐設(shè)計(jì)容積16m3，將充填材料混合、攪拌。

3.2 鉆孔輸料

鉆孔設(shè)計(jì)孔深625m，孔內(nèi)下Ф127mm錳鋼管2條，作為充填輸料管，孔內(nèi)鋼管與孔壁之間用水泥漿充實(shí)固定。預(yù)計(jì)輸漿管路安設(shè)全長(zhǎng)1830m，采用Ф127mm輸油錳鋼管到達(dá)工作面。在地面鉆孔的北側(cè)建蓄水池，利用井下防塵水，通過(guò)輸漿管路，將井下水排地面水池。蓄水池長(zhǎng)30m、寬5m、深3m，蓄水量不少于350m3，滿足每次充填時(shí)用水量。按高水膨脹材料充填技術(shù)特性，將原料混合，制成固水質(zhì)量比1：1.3左右的充填料漿。每充填1.0m3則用水約0.65m3，按工作面每推2個(gè)循環(huán)，充填1次，充填480m3，則用水310m3。在井下建一容量120m3的蓄水池，用1臺(tái)高揚(yáng)程水泵，通過(guò)一條備用輸料管，時(shí)時(shí)向地面蓄水池內(nèi)供水，供水量滿足要求。

3.3 充填開采方法

根據(jù)采煤工作面設(shè)計(jì)，面平均傾斜長(zhǎng)150m，煤層厚度按最大2.0m進(jìn)行設(shè)計(jì)，循環(huán)進(jìn)度0.8m，采煤機(jī)每割2 個(gè)循環(huán)，充填1次，每次充填480m3，試驗(yàn)采用袋式充填法。以粉煤灰或尾礦、建筑垃圾等硅質(zhì)材料為主料，配以延緩劑、速凝劑、固化劑和膨脹劑等輔料，水的體積比為75%左右，進(jìn)行走向長(zhǎng)壁充填采煤及煤柱置換充填。采區(qū)下部改變采向，設(shè)計(jì)為傾斜長(zhǎng)壁后退式采煤方式，采用仰采，充填方式為隨采隨充。

4 實(shí)施“充填式開采”效益分析

4.1 社會(huì)效益分析

一是地面不變形。充填開采后，地面基本無(wú)明顯沉降，不對(duì)地面建筑物產(chǎn)生影響；二是消耗工業(yè)廢棄物，極大緩解了粉煤灰和煤矸石對(duì)環(huán)境的污染，具有較高的社會(huì)效益。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

實(shí)施充填式開采，取消了條帶式回采，煤炭回收率提高到85%以上，礦井服務(wù)年限延長(zhǎng)20年。從煤炭生產(chǎn)過(guò)程分析，實(shí)施充填式開采，增加了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，增加原煤生產(chǎn)成本。按工作面全部采用充填式回采，噸煤成本將增加80～100元。成本的增加使利潤(rùn)有所下降。以后可進(jìn)行多方面的試驗(yàn)，由全充過(guò)渡到帶充，降低成本，提高效益。

5 結(jié)論

1）實(shí)施充填開采，有效控制地表沉陷和實(shí)現(xiàn)建筑物下采煤，保護(hù)了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境；解放“三下”壓煤，提高煤礦資源的回收率，延長(zhǎng)了礦井的服務(wù)年限，具有顯著的社會(huì)效益和環(huán)境效益；

2）工作面取消了條帶式回采，減少了搬家撤面次數(shù)，少掘進(jìn)巷道，緩解了接續(xù)緊張狀況；

3）減少了高承壓水對(duì)工作面的影響，基本消除了水害威脅；對(duì)于高瓦斯采煤工作面，老空區(qū)充填后減少了瓦斯賦存空間，基本消除瓦斯威脅；

4）充填后，工作面無(wú)明顯動(dòng)壓變化，優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境，提高了煤礦開采的安全程度。

[1]井下充填開采的技術(shù)研究.山東煤炭科技，2013(3).