孫建星

摘 要：概述了東山煤礦“三下采煤”技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、工藝流程、技術(shù)要求及發(fā)展過程中遇到的難點問題，并對“三下采煤”技術(shù)給東山煤礦帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：“三下采煤”；充填技術(shù)；開采方法；巷道支護(hù)

中圖分類號：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.111

太原東山煤電集團(tuán)有限公司東山煤礦自2009年開始著手研究、采用“三下采煤”技術(shù)，發(fā)展到目前為止，整體運行情況良好，已取得了較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 背景

東山煤礦是一個有著多年發(fā)展歷史的礦井，且有緊鄰城市這一得天獨厚的條件，但因目前城市發(fā)展、環(huán)境保護(hù)的需求，這一優(yōu)勢已變?yōu)榱觿?，造成了礦井資源被壓占、排矸場地選址難等問題。目前礦井保有儲量約為2.4×108 t，但可規(guī)劃壁式充填開采儲量僅為3×106 t左右。所以采用“三下采煤”解決礦井可采資源少、排矸困難問題成為企業(yè)需要迫切解決的技術(shù)攻關(guān)項目。

2 東山“三下采煤”發(fā)展現(xiàn)狀

東山煤礦目前所采用的“三下采煤”方法是條帶式充填開采采煤工藝，充填巷道為5×6.5 m，充填巷用掘進(jìn)機(jī)掘巷采煤，采用分層掘進(jìn)的方式，先按照3.0 m的高度掘進(jìn)、支護(hù)，然后在退出時拉底見煤層底板。掘進(jìn)機(jī)后部搭接皮帶，通過帶式運輸機(jī)將煤炭運出。礦井在二采區(qū)布置有2個掘進(jìn)工作面、1個充填工作面，每個工作面月產(chǎn)量為1×104 t左右。

充填巷開采順序采用“逐步縮小煤柱寬度”的跳采方法。首先，兩巷之間先留35 m煤柱；然后，在35 m煤柱中間掘巷，兩巷之間留15 m煤柱；最后，在15 m煤柱中間再掘巷，最終兩巷之間留5 m煤柱。

充填矸石主要工藝流程：巖巷掘進(jìn)頭產(chǎn)生的矸石，裝車后經(jīng)各運輸巷道，至水平大巷上部車場矸石倉上口，再經(jīng)破碎機(jī)破碎后通過矸石倉由帶式輸送機(jī)運送至充填工作面，最后利用拋矸機(jī)實現(xiàn)迎頭充填。

由于產(chǎn)生的原矸粒徑較大，如果直接用于充填，不僅運輸、充填困難，而且難以達(dá)到較好的充填效果。針對這個問題，東山煤礦選取井下原矸在中南大學(xué)測試中心礦巖強度與地壓研究所進(jìn)行了矸石壓縮試驗。試驗采用目前國際上最先進(jìn)的第五代全數(shù)字控制的INSTRON材料試驗機(jī)，按照東山礦實際埋深模擬覆巖壓力，分析不同級配矸石的沉降規(guī)律，得出東山礦矸石充填的最優(yōu)粒徑級配。最終確定粒徑破碎至250 mm以下，可滿足充填要求。

巷道支護(hù)特點：由于充填巷高度大，巷幫應(yīng)加強支護(hù)，尤其是靠近頂板處。此外，將充填巷設(shè)計成倒梯形，煤壁與豎直方向呈3°夾角，可進(jìn)一步增強煤壁的穩(wěn)定性。

充填技術(shù)的要求主要有：①在充填迎頭時，邊充填邊撒水。這樣做不僅有利于矸石堆積，而且可有效降低拋矸產(chǎn)生的大量粉塵。②為了防止充填前巷道變形的影響，應(yīng)快速掘進(jìn)、快速充填，減少空頂時間。③充填時，充填機(jī)拋矸皮帶頂頭的高度距離巷道頂板不大于150 mm，充填率應(yīng)達(dá)到98%以上。

從開采沉陷規(guī)律方面來講，條帶充填開采時，上覆巖層由于受條帶開采煤柱和充填物強有力的支撐，控制了覆巖的沉降，從而也控制了地表的移動和變形，達(dá)到了保護(hù)地面建（構(gòu)）筑物的目的。東山煤礦現(xiàn)開采的二采區(qū)，經(jīng)地表移動觀測，所采區(qū)域地表無變形。

3 效益分析

3.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

統(tǒng)計得出，東山煤礦條帶開采工作面成巷噸煤成本約為275.7元/t，充填系統(tǒng)噸煤成本約為14.05元/t，注漿系統(tǒng)噸煤成本約為13元/t，其他系統(tǒng)（供電、壓風(fēng)、供水、通訊等）噸煤成本約為1.4元/t，從條帶開采到采空區(qū)充填、整個注漿工藝全部完成噸煤成本為304.15元/t。在之前煤炭市場較好的情況下，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益比較顯著，目前國內(nèi)煤炭市場不景氣，經(jīng)濟(jì)效益較之前有所下降。

排矸費用：東山煤礦年產(chǎn)矸石約為1.5×105 t，現(xiàn)在矸石全部在井下進(jìn)行充填，每年可節(jié)約排矸費約525萬元。

3.2 社會效益

隨著國家、社會對工業(yè)所排固體廢物對環(huán)境污染的重視以及煤礦企業(yè)環(huán)保意識的提高，煤矸置換開采技術(shù)為我國煤炭企業(yè)治理矸石提供了一個切實可行的辦法，為進(jìn)一步促進(jìn)環(huán)境保護(hù)、節(jié)省土地、搞好工農(nóng)關(guān)系、提高煤炭資源利用率起到了積極的推動作用，不但對東山煤礦具有極大的現(xiàn)實意義，而且為山西省乃至我國類似條件下煤礦開采提供了一條新的技術(shù)途徑，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。目前東山煤礦現(xiàn)有矸石山已全部停用，并得到了有效的治理。

4 “三下采煤”技術(shù)發(fā)展問題分析

“三下采煤”作為一項新技術(shù)，在東山煤礦推廣過程中產(chǎn)生了很多問題。比較突出的有：①目前國內(nèi)沒有較為成熟的厚煤層壁式充填開采經(jīng)驗。②壁式充填開采成本高，可能會造成經(jīng)濟(jì)虧損。條帶充填開采產(chǎn)量低，生產(chǎn)規(guī)模受限制。③自身產(chǎn)出的矸石滿足不了充填需要的時候，需外運充填材料、地面建充填站，這會使生產(chǎn)工藝變得復(fù)雜，降低經(jīng)濟(jì)效益。④前期巷道改造工程大，設(shè)備購置費用高。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧寧.“三下”采煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].中州煤炭，2011（12）.

〔編輯：王霞〕