楊德智

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司云岡礦通風(fēng)區(qū)， 山西 大同 037000）

隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，在采煤過(guò)程中巷道開(kāi)挖、煤炭分選均會(huì)產(chǎn)生大量的廢料，若將這些廢料傳輸?shù)降孛嫔蠈⒑馁M(fèi)大量的人員與資金，同時(shí)為了將地面上的煤渣等進(jìn)行處理也需要大量的資金，而隨著綜采作業(yè)的進(jìn)行在采空區(qū)極易產(chǎn)生沉降，給采空區(qū)人員的生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重的影響，因此提出了充填采煤工藝的概念。該方案主要是將開(kāi)采、生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行一定的無(wú)害處理后再填回到采空區(qū)內(nèi)，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢物的處理又有效地防止了采空區(qū)的沉降[1]。由于技術(shù)水平的限制，煤礦井下充填采煤工藝長(zhǎng)期處于較低的水平，充填效率低下、充填成本高、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重限制了充填開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步和機(jī)械水平的發(fā)展，提出了一種煤礦井下機(jī)械化綜合充填采煤工藝，對(duì)其充填采煤技術(shù)方案及應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該新型的機(jī)械化綜合充填采煤工藝具有自動(dòng)化程度高、充填速度快、成本低的優(yōu)勢(shì)，極大地提升了井下充填綜采作業(yè)的效率，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 井下機(jī)械化充填綜采技術(shù)

由于在煤礦井下開(kāi)采作業(yè)的過(guò)程中，液壓支架回撤后，巷道在礦壓波動(dòng)下極易產(chǎn)生塌方，導(dǎo)致后續(xù)無(wú)法進(jìn)行連續(xù)的充填，而且井下空間狹小沒(méi)有專門的充填物料的運(yùn)輸通道，充填后很難對(duì)充填體的充填密度進(jìn)行測(cè)定，因此充填開(kāi)采的主要技術(shù)難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)在狹小空間內(nèi)的物料運(yùn)輸、及時(shí)充填和對(duì)充填密度的有效測(cè)定。

為了克服上述困難，在對(duì)多種充填技術(shù)方案對(duì)比后，提出了一種機(jī)械化充填綜采技術(shù)，該技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)現(xiàn)有的充填開(kāi)采的技術(shù)難點(diǎn)專門設(shè)計(jì)了一種集綜采與機(jī)械化充填于一體的大型機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)前側(cè)進(jìn)行綜采作業(yè)，后側(cè)進(jìn)行充填作業(yè)，然后由機(jī)械夯實(shí)機(jī)構(gòu)將充填物質(zhì)壓入到后側(cè)的采空區(qū)域，通過(guò)單通道的前采、后填的計(jì)算方案，有效地克服了井下空間狹小、填充不及時(shí)、夯實(shí)密度不足的缺陷，該井下機(jī)械化充填技術(shù)方案如圖1 所示[2]。

圖1 井下機(jī)械化充填采煤工藝

2 井下填充固體物料輸送工藝

由于對(duì)采空區(qū)域填充需要大量的填充物，單純依靠煤礦井下開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢物，遠(yuǎn)不能達(dá)到填充用量，因此就必須建立一個(gè)專門的充填物料輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)將地面上的充填材料傳輸?shù)矫旱V井下的綜采、填充機(jī)械設(shè)備處，確保充填作業(yè)時(shí)材料供應(yīng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，煤礦充填作業(yè)固體填充物料輸送系統(tǒng)如下頁(yè)圖2 所示[3]。

圖2 充填采煤固體物料連續(xù)輸送系統(tǒng)

由圖2 可知，該連續(xù)物料輸送系統(tǒng)為組合式井筒輸送系統(tǒng)，其包括了固體充填物料連續(xù)運(yùn)輸托盤、鋼絲繩提升系統(tǒng)、無(wú)投送滑道等傳輸機(jī)構(gòu)[4]，該物料連續(xù)輸送系統(tǒng)的投送工藝流程為，首先將物料送入到地面上的儲(chǔ)料倉(cāng)儲(chǔ)存好，然后通過(guò)連續(xù)物料輸送機(jī)將混合好的物料傳輸?shù)酵斜P上，此時(shí)控制系統(tǒng)啟動(dòng)鋼絲繩提升機(jī)，將承載物料的托盤傳輸?shù)矫旱V井下，在改向輪的作用下將填充物料定向傳送到井下膠帶輸送機(jī)上，通過(guò)膠帶輸送機(jī)傳輸?shù)街付ǖ奈恢?。該組合式井筒輸送系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于采用雙傳輸結(jié)構(gòu)，能夠最大限度地提升物料的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，滿足井下快速充填作業(yè)的需求。

在進(jìn)行充填作業(yè)時(shí)采用了“采一充一”的采充連續(xù)循環(huán)作業(yè)方式[5]，在充填作業(yè)時(shí)，將充填機(jī)械的尾部朝向頭部的方向打開(kāi)充填卸料孔，卸料孔打開(kāi)的數(shù)量可根據(jù)充填作業(yè)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。夯實(shí)機(jī)的夯實(shí)力和夯實(shí)次數(shù)根據(jù)對(duì)充填物料的密度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)通過(guò)后側(cè)的充填密度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)充填夯實(shí)效果的監(jiān)測(cè)，為了確保夯實(shí)的可靠性，通常采用“采充并舉”的夯實(shí)工藝方案。

3 井下充填采煤工藝應(yīng)用效果

某礦井下綜采區(qū)域有一條長(zhǎng)度為1 470 m 的帶狀綜采區(qū)域，上側(cè)為人口聚集區(qū)域，要求綜采后的沉降量不能超過(guò)170 mm，其煤層的平均厚度約為3.7 m，在采用傳統(tǒng)綜采方案和充填采煤工藝后，對(duì)沉降量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如圖3 所示。

由實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果可知，當(dāng)不對(duì)巷道進(jìn)行填充時(shí)，綜采區(qū)域的沉降量約為250 mm，當(dāng)采用煤礦井下充填采煤工藝后，采空區(qū)域的沉降量約為107 mm，沉降量比優(yōu)化前降低了57%，極大的提升了采空區(qū)域的地層穩(wěn)定性，具有十分重要的意義。

圖3 有填充和無(wú)填充情況下的沉降量變化

4 結(jié)論

本文針對(duì)現(xiàn)有的煤礦井下充填采煤工藝所存在的充填效率低下、充填成本高、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺陷提出了一種新的機(jī)械化充填采煤工藝技術(shù)，對(duì)其充填采煤技術(shù)方案及應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）機(jī)械化充填綜采技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)前側(cè)進(jìn)行綜采作業(yè)，后側(cè)進(jìn)行充填作業(yè)，然后由機(jī)械夯實(shí)機(jī)構(gòu)將充填物質(zhì)壓入到后側(cè)的采空區(qū)域，通過(guò)單通道的前采、后填的計(jì)算方案，有效地克服了井下空間狹小、填充不及時(shí)、夯實(shí)密度不足的缺陷。

2）當(dāng)采用煤礦井下充填采煤工藝后，采空區(qū)域的沉降量約為107 mm，沉降量比優(yōu)化前降低了57%，極大地提升了采空區(qū)域的地層穩(wěn)定性，具有十分重要的意義。