李昱鵬 楊虎城

（內(nèi)蒙古雙欣能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016000）

隨著“三下”壓煤量的日益增加，如何高效、最大限度地采出壓煤且有效控制地表下沉[1-2]，成為煤礦面臨的重要難題。

充填開(kāi)采可以減少開(kāi)采對(duì)上覆巖層的擾動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到控制地表下沉的目的。一般充填開(kāi)采可以分為長(zhǎng)壁式充填和巷柱式充填[3-5]?？紤]到開(kāi)采與充填相互制約的問(wèn)題，在天裕煤礦開(kāi)展了連采連充采煤法的探索與實(shí)踐[6-8]，可為類(lèi)似地質(zhì)條件的礦區(qū)開(kāi)采提供參考。

1 概況

天裕煤礦隸屬內(nèi)蒙古雙欣能源化工有限公司，位于烏海市東北部。井田范圍地表建筑物眾多（選煤廠、職工設(shè)施、汽修廠、加油站等構(gòu)筑物），屬于 “三下”壓煤，壓煤量占比較大。井田內(nèi)為近距離煤層群，目前主采9#煤層，煤層平均厚度5.2m，傾角15°～18°，屬緩傾斜煤層。為最大限度地開(kāi)采煤炭資源，保證不對(duì)地表建筑物和公路產(chǎn)生破壞，須采用充填采煤法進(jìn)行開(kāi)采。

由于煤層厚度較厚，在試采的110901工作面采用綜采一次采全高，架后充填管理頂板。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，出現(xiàn)以下問(wèn)題：初采工作面為仰斜布置，局部?jī)A角較大，最大達(dá)25°，工作面推進(jìn)較為緩慢；由于煤層厚度大且局部?jī)A角偏大，工作面頂板壓力較大，局部出現(xiàn)壓架現(xiàn)象，頂板控制效果不佳；采煤與充填之間的矛盾，造成工序復(fù)雜，工人作業(yè)強(qiáng)度大，效率較低。

根據(jù)礦井工程地質(zhì)條件，結(jié)合長(zhǎng)短壁開(kāi)采的優(yōu)點(diǎn)，提出試用連采連充采煤工藝進(jìn)行開(kāi)采。

2 工作面連采連充采煤方法

連采連充采煤方法結(jié)合了旺格維利采煤法和寬巷式充填采煤法，采用“采充并行”的開(kāi)采模式，工作面采用負(fù)壓通風(fēng)。

（1）工作面及巷道布置

據(jù)110902試采工作面周邊鉆孔及順槽掘進(jìn)時(shí)揭露煤層情況，110902工作面條帶范圍內(nèi)煤層平均厚度5.2m，走向長(zhǎng)度135m，沿工作面推進(jìn)方向?qū)⒐ぷ髅鎰澐譃?4個(gè)支巷（編號(hào)1、3、5、7、9……），支巷間煤柱由里向外編號(hào)依次為2、4、6、8……，支巷間距為5.0m。支巷開(kāi)口位于運(yùn)輸順槽，掘進(jìn)方向由下至上（運(yùn)輸順槽至回風(fēng)順槽），每條支巷長(zhǎng)約150m，巷道寬5m。工作面運(yùn)輸順槽為矩形斷面，巷道掘?qū)?.0m，巷道掘高3.2m。工作面回風(fēng)順槽為矩形斷面，巷道掘?qū)?.5m，巷道中高3.5m。切眼為矩形斷面，巷道掘進(jìn)寬度4m，巷道掘進(jìn)高度為3.5m，掘進(jìn)斷面為14m2，滿足行人、通風(fēng)、安全出口需求。各支巷斷面為矩形斷面，巷道掘?qū)?m，巷道掘高5.2m，掘進(jìn)斷面為26m2。如圖1所示。

圖1 110902工作面及巷道布置

（2）連采連充采煤工藝

開(kāi)采和充填依次按照支巷1、3、5、7、9……的順序順次開(kāi)采，充填滯后，充填前由間隔煤柱支撐頂板，待充填體凝固后，再依次回收煤柱2、4、6、8……并進(jìn)行充填。待該工作面開(kāi)采完畢，運(yùn)輸順槽可以留巷作為下個(gè)工作面的回風(fēng)順槽使用。

由于煤層厚度較大，支巷上分層開(kāi)采后形成較小的空間，且有利于頂板及兩幫支柱的穩(wěn)定。設(shè)計(jì)每條支巷分兩次施工，一支巷第一次掘進(jìn)高度2.8m，第二次采用臥底的方式拉底剩余的高度2.4m。

① 運(yùn)煤線路如下：

各支巷→110902運(yùn)輸順槽→9煤集中運(yùn)輸巷→中部煤倉(cāng)→主斜井→地面。

② 充填輸送路線如下：

礦井地面充填站→副斜井→中部車(chē)場(chǎng)→110902工作面回風(fēng)順槽→充填支巷上口→充填支巷下口。

3 配套設(shè)備和充填材料

（1）配套設(shè)備

110902工作面各支巷采、裝、運(yùn)、支護(hù)生產(chǎn)工序選用綜掘機(jī)及其配套設(shè)備施工，割、裝煤選用EBZ160型綜掘機(jī)（表1），支巷運(yùn)煤為30T刮板輸送機(jī)，順槽運(yùn)煤為40T刮板輸送機(jī)。使用MQT-130錨桿鉆機(jī)完成回采支巷錨桿的打眼和錨桿安裝工作，采用循環(huán)式開(kāi)采和錨桿支護(hù)工藝進(jìn)行施工。選用皮帶輸送機(jī)來(lái)完成運(yùn)輸工作。支巷中使用的饋電開(kāi)關(guān)、閑置設(shè)備必須上架掛牌管理。

表1 EBZ160型綜掘機(jī)技術(shù)參數(shù)

（2）充填材料

充填材料由煤矸石、水泥、粉煤灰、外加劑等構(gòu)成，由于充填工藝由原設(shè)計(jì)的架后充填變更為支巷充填，要求充填后膏體抗壓強(qiáng)度達(dá)5MPa以上。充填材料由徐州中礦大貝克福爾科技有限公司設(shè)計(jì)提供，并按照要求進(jìn)行配比調(diào)整。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)充填情況，充填接頂率達(dá)到95%。為驗(yàn)證充填體的強(qiáng)度，分別從1～21號(hào)支巷取樣33塊（11條支巷，每個(gè)巷道取樣3塊），并在壓力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，強(qiáng)度均滿足了設(shè)計(jì)要求。

表2 充填試驗(yàn)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

4 效果

（1）采用連采連充采煤方法，各支巷及工作面間無(wú)需留設(shè)保護(hù)煤柱，110901工作面共采出煤炭14.6萬(wàn)t，采出率96%，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)2190萬(wàn)元。

（2）改用連采連充采煤法后，采煤效率提高了24%，有效解決了采充矛盾，且提高了充填效率。

（3）110901工作面連采連充采煤后，地表下沉量較小，未造成地表構(gòu)筑物的破壞。