楊 勇

(山西新村煤業(yè)有限公司，山西 長治 046300)

煤礦連采連充技術(shù)是在傳統(tǒng)的巷式充填開采技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展成熟起來的一種煤炭開采技術(shù)，工藝流程是將長壁工作面劃分為等寬的條帶，采用綜掘機(jī)間隔開采條帶，再間隔充填膏體材料[1]。

作為一種新型的充填開采技術(shù)，本文以司馬煤業(yè)1116工作面作為工程背景，探究其采充順序、開采工藝和充填工藝等。

1 工程背景

司馬煤業(yè)為解決地表建筑壓煤問題，決定采用煤礦連采連充技術(shù)，首個(gè)連采連充工作面命名為1116.1116工作面巷道采用“W”型布置，即南、北兩側(cè)布置工作面運(yùn)輸巷，中部布置工作面回風(fēng)巷，3條巷道平行布置。在3條巷道的東部末端布置工作面聯(lián)巷，將3條巷道溝通。工作面的4條巷道(北運(yùn)輸巷、南運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、聯(lián)巷)均沿煤層底板布置,如圖1所示。

圖1 充填工作面雙翼采充順序示意

2 開采條帶采充順序設(shè)計(jì)

1116工作面南、北兩翼各布置1組采充循環(huán)，設(shè)計(jì)每組采充循環(huán)中劃分3個(gè)階段，每個(gè)階段規(guī)劃4個(gè)采充條帶，每個(gè)充填條帶寬5 m，1組采充循環(huán)寬60 m.一組循環(huán)全部采充結(jié)束，再進(jìn)入下一組循環(huán)。如圖1所示。

南翼采充循環(huán)用英文大寫字母表示，A1、C1、B1、D1為南翼第一階段，A2、C2、B2、D2為南翼第二階段，A3、C3、B3、D3為南翼第三階段。

北翼采充循環(huán)用英文小寫字母表示，a1、c1、b1、d1為北翼第一階段，a2、c2、b2、d2為北翼第二階段，a3、c3、b3、d3為北翼第三階段。

2.1 南翼采充順序

簡述為“A2采+A1充—A3采+A2充—B1采+A3充—B2采+B1充—B3采+B2充—C1采+B3充—C2采+C1充—C3采+C2充—D1采+C3充—D2采+D1充—D3采+D2充”。

每個(gè)循環(huán)為12條巷，首先在距離聯(lián)巷15 m位置施工完第1條巷(A1巷)，作為首充巷；再在距離A1巷20 m位置掘進(jìn)第2條巷(A2巷)，同時(shí)，對(duì)A1巷進(jìn)行充填；A2巷施工完畢和A1巷充填完畢后，在距離A1巷40 m位置掘進(jìn)第3條巷(A3巷)，同時(shí)，對(duì)A2巷進(jìn)行充填；A3巷施工完畢和A2巷充填完畢后，在距離A1巷10 m位置掘進(jìn)第4條巷(B1巷)，同時(shí)，對(duì)A3巷進(jìn)行充填；……；依此類推，直至最后一條(第12條巷、D3巷)施工完畢，同時(shí)D2巷充填完畢。再進(jìn)行下一循環(huán)12條巷道的充填開采，直至南翼全部可采區(qū)域煤炭資源充填開采完畢。

2.2 北翼采充順序

簡述為“a1采—a2采+a1充—a3采+a2充—b1采+a3充—b2采+b1充—b3采+b2充—c1采+b3充—c2采+c1充—c3采+c2充—d1采+c3充—d2采+d1充—d3采+d2充”。

每個(gè)循環(huán)為12條巷，首先在距離聯(lián)巷15 m位置掘進(jìn)第1條巷(a1巷)；a1巷施工完畢后，在距離a1巷20 m位置掘進(jìn)第2條巷(a2巷)，同時(shí)，對(duì)a1巷進(jìn)行充填；a2巷施工完畢和a1巷充填完畢后，在距離a1巷40 m位置掘進(jìn)第3條巷(a3巷)，同時(shí)，對(duì)a2巷進(jìn)行充填；a3巷施工完畢和a2巷充填完畢后，在距離a1巷10 m位置掘進(jìn)第4條巷(b1巷)，同時(shí)，對(duì)a3巷進(jìn)行充填；……；依此類推，直至最后一條(第12條巷、d3巷)施工完畢，同時(shí)d2巷充填完畢。再進(jìn)行下一循環(huán)12條巷道的充填開采，直至北翼全部可采區(qū)域煤炭資源充填開采完畢。

3 條帶開采階段

如前所述，充填工作面內(nèi)南、北兩翼分別布置一個(gè)開采條帶工作面。目前，司馬煤業(yè)初次使用條帶膏體充填開采技術(shù)，作業(yè)人員施工管理經(jīng)驗(yàn)不足，投資風(fēng)險(xiǎn)大。本次設(shè)計(jì)本著減少投資原則，1116工作面落煤方式采用礦方現(xiàn)有的綜合機(jī)械化掘進(jìn)機(jī)組，即綜掘機(jī)割煤、落煤，刮板輸送機(jī)和可伸縮帶式輸送機(jī)運(yùn)煤，錨桿鉆機(jī)支護(hù)，局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)等。

條帶開采時(shí)分為切眼和挖底兩步工藝，如圖2所示。

圖2 開采條帶工作面切眼和挖底示意(m)

3.1 切眼

開采條帶時(shí)，先沿煤層頂板進(jìn)行切眼，切眼高度3.5 m.

切眼工藝流程：準(zhǔn)備工作—割煤、出煤、運(yùn)料—敲幫問頂—支護(hù)、驗(yàn)收—進(jìn)入下一循環(huán)[2]。

3.2 挖底

在已形成的切眼內(nèi)，先在回風(fēng)側(cè)端設(shè)置一道調(diào)節(jié)風(fēng)門，再使用綜掘機(jī)開展挖底作業(yè)，挖底至煤層底板。設(shè)計(jì)開采條帶運(yùn)輸巷端部留設(shè)5 m平段，再設(shè)16°坡過渡段；回風(fēng)巷端部留設(shè)3 m平段(確保調(diào)節(jié)風(fēng)窗位置不受影響)；中部段進(jìn)行全煤層挖底施工。

挖底工藝流程：割底煤—護(hù)幫—下一循環(huán)[2]。

4 充填條帶設(shè)置隔離擋板

待充條帶實(shí)施充填前，在待充條帶兩端(工作面運(yùn)輸巷側(cè)和回風(fēng)巷側(cè))設(shè)置隔離擋板。充填條帶兩端隔離擋板的設(shè)置是否得當(dāng)，對(duì)于條帶膏體充填極其重要。若隔離擋板選擇不當(dāng)，就不能將充填膏體有效地?fù)踉诔涮顥l帶內(nèi)，不利于膏體充填物的凝固成型，并且會(huì)給工作面巷道帶來大量的膏體清理工作。目前，條帶膏體充填所用的隔離擋板普遍需要足夠的斜杠來支撐，以抵消充填膏體初凝前的壓力。通常情況下僅靠斜杠支撐時(shí)，若一次性充填高度過大，在充填膏體的強(qiáng)大壓力下，隔離擋板的穩(wěn)定性無法保證，有發(fā)生隔離擋板垮塌、膏體外溢等隱患[3]。

借鑒國內(nèi)礦井的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科研院所的科研成果，推薦采用具有自拉功能的隔離擋板。該隔離擋板主要包括擋板主體、鋼板立柱、鐵鏈、螺柱、斜杠、承拉板，能夠在充填膏體初凝后即產(chǎn)生一個(gè)向充填膏體方向內(nèi)拉的力，從而有效減輕斜杠的支撐力，增強(qiáng)擋板的穩(wěn)定性，提升條帶充填的效果。隔離擋板逐層安裝主視和側(cè)視示意如圖3、圖4所示。

圖3 隔離擋板的逐層安裝主視示意

圖4 隔離擋板的逐層安裝側(cè)視示意

5 條帶充填工藝

5.1 充填工序

條帶充填為保證充填接頂率，需采用分步充填，充填工藝如圖5所示。

1) 首充：在充填條帶的兩端各設(shè)置一個(gè)充填隔墻，進(jìn)入首充階段，首充必須控制充填料漿在兩端隔墻處的上升高度不大于1.75 m，如圖5(a)所示。

2) 待首充料漿凝固后再進(jìn)入二充階段，先在充填上層的工作面運(yùn)輸巷端30 m位置設(shè)置子隔墻，再進(jìn)行充填，如圖5(b)所示。

3) 待二充料漿凝固后進(jìn)入分段充階段，將余下未充的充填條帶上層，每隔30～40 m設(shè)置一個(gè)子隔墻，依次逐段進(jìn)行充填，如圖5(c)所示，直至完成整個(gè)充填條帶的充填工作。

圖5 條帶充填工藝

5.2 充填接頂

針對(duì)充填條帶的充填工藝特點(diǎn)，充填條帶的頂板形態(tài)對(duì)充填接頂影響較大。水平頂板和頂板局部拱起兩種形態(tài)的接頂措施如下：

1) 充填條帶頂板近乎水平時(shí)，容易造成接頂時(shí)整個(gè)充填體和頂板之間留有孔隙，為保證接頂效果，在充填條帶頂板開設(shè)凹槽(深300 mm)用于吊掛充填管路和排氣管路，且凹槽沿煤層頂板具有10%的坡度[4]。凹槽布置示意如圖6所示。

圖6 條帶頂板凹槽布置示意

2) 近水平充填條帶頂板局部拱起時(shí)，保證每個(gè)頂板拱起部分布置一組充填管路和排氣管路，充填時(shí)，膏體首先流平，而后分別充填各個(gè)拱起部分，從而達(dá)到完全充實(shí)。充填接頂布管示意如圖7所示。

3) 接頂充填時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低充填料漿濃度，加大粉煤灰添加量，降低充填料漿輸送流量，從而提高充填料漿流動(dòng)性和流平性，降低其靜止角，確保充填的可靠度和接頂率[5]。

圖7 充填接頂布管示意

5.3 通風(fēng)要求

針對(duì)近水平充填條帶的充填工藝特點(diǎn)，對(duì)充填條帶上層實(shí)施二充時(shí)，充填條帶已形成獨(dú)頭巷道，應(yīng)采用局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行局部通風(fēng)，確保通風(fēng)安全。

6 結(jié) 語

1) 1116工作面南、北兩翼各布置1個(gè)采充循環(huán)，每組采充循環(huán)中劃分3個(gè)階段，每個(gè)階段規(guī)劃4個(gè)采充條帶，12個(gè)采充條帶分階段依次進(jìn)行采充作業(yè)；

2) 明確了條帶的開采工藝，即先開切眼再挖底；

3) 為確保充填膏體不外溢，設(shè)計(jì)采用具有自拉功能的隔離擋板；

4) 明確了條帶的充填流程，即分為首充、二充和分段充；

5) 為了確保充填體的接頂效果，設(shè)計(jì)了凹槽和拱起部分吊掛充填管路和排氣管路法。