馮 勝

（山西天地煤機裝備有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

山西襄礦晉平煤業(yè)有限公司10513 綜采工作面對應地表為廟凹村，開采煤層為3#煤層，平均厚度為5.6 m。15103 綜采工作面于2013 年4 月開始回采，因地面村莊住戶未搬遷，2014 年9 月工作面停止回采。為緩解礦井接替緊張局面，礦井引進了充填開采技術，決定對該工作面剩余資源進行回采，同時將15103 工作面重命名為1051充填工作面。1051 充填工作面北側(cè)為105 采區(qū)回風巷，東側(cè)為集中運輸大巷及回風大巷，南側(cè)為實體煤，西側(cè)為采區(qū)邊界。

2 巷式條帶開采工藝設計

2.1 施工方法

為了盡可能回收煤炭資源，保證安全生產(chǎn)，總體開采技術方案采用巷式條帶開采工藝。工作面按5 m 條帶寬度考慮，利用原來10513 運輸順槽作為1051 充填開采工作面進風巷（1051 充填運輸順槽），原10513 回風順槽作為1051 充填回風順槽，從1051 充填回風順槽向1051 充填運輸巷掘進支巷，支巷與1051 充填回風順槽夾角70°，支巷長度194 m。工作面初步采用“采一留二”逐條開采的條帶開采工藝，即工作面每三條回采巷為一組，將工作面開采分為一階段開采、二階段開采、三階段開采，其中一階段開采兩側(cè)為煤柱，二階段開采一側(cè)為煤柱一側(cè)為充填體，三階段充填兩側(cè)為充填體。其開采工藝劃分為以下三個階段：

第一階段：由開切眼側(cè)向運輸大巷側(cè)逐次進行支巷掘進開采，然后采用高強度充填體進行充填。第二階段：一階段支巷內(nèi)充填體達到預定強度后，采用“采一留二”的方式進行二階段支巷的掘進開采，然后采用高強度充填體進行充填。第三階段：回采剩余最后一條煤柱，每條回采條帶回采完畢后采用低強度充填體進行充填。以一階段開采為例，支巷布置如圖1。掘進采用EBZ220M 掘錨機一次成巷的施工方法，掘進工作面煤炭的破、落、裝、運及巷道的支護等均由掘錨機和后配套梭車（規(guī)格型號：SC15/182F）、錨桿機轉(zhuǎn)載機組（規(guī)格型號：MZHB2-630/24）、帶式輸送機等來完成，巷道沿煤層頂板進行掘進。

圖1 巷式條帶開采工藝示意圖

2.2 支巷支護設計

結(jié)合晉平煤業(yè)回采巷道支護方案，設計1501充填工作面支巷斷面寬、高=5 m、5.6 m（煤層厚度），兩側(cè)為實體煤的支巷支護：1）頂板采用Ф20 mm×L2000 mm 規(guī)格的錨桿，間排距2.0 m×2.0 m；選用Ф17.8 mm×L5200 mm 的鋼絞線錨索，間排距為3.0 m×2.0 m。2）左幫（右?guī)停╁^桿規(guī)格同頂板，間排距2.0 m。3）頂板、左幫使用Ф5 mm 鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格2200 mm×1100 mm；右?guī)途W(wǎng)片塑鋼復合網(wǎng)，規(guī)格為JD GS+PVC 4000MS 1200 mm。4）網(wǎng)片綁扎搭接，壓茬100 mm，網(wǎng)片要鋪平，鋪展緊貼巖（煤）面。第二階段支巷支護方式與第一階段支護方式相同，由于一側(cè)有充填體，所以不需要支護，即充填體側(cè)幫不支護。第三階段支巷頂板支護方式與第一階段支護方式相同，由于兩側(cè)有充填體，所以兩幫不需要支護。

2.3 巷內(nèi)充填方法

根據(jù)上述回采工藝，一階段、二階段需采用高強度充填工藝方式，為此選用高強度膏體充填工藝方法，三階段充填采用低強度充填，根據(jù)頂板控制要求不同可以選用低強度膏體充填。依據(jù)國內(nèi)充填技術發(fā)展現(xiàn)狀和晉平煤業(yè)生產(chǎn)技術條件，將現(xiàn)有制漿系統(tǒng)優(yōu)化升級為似膏體充填系統(tǒng)。在地面建立充填站，將矸石、水泥、粉煤灰、水等材料進行混合制備成膏體漿液，采用自流的方式通過管道輸送到井下充填工作面。增加矸石破碎系統(tǒng)，使矸石破碎顆粒滿足管路輸送要求。

3 支巷礦壓觀測

為掌握1051 充填開采工作面支巷圍巖的變形規(guī)律，保障支巷掘進及后續(xù)充填期間的施工安全，觀測支巷掘巷期間頂板下沉量、兩幫的移近量，采用十字布點法安設測點[1,2]，第一個測點布置在距支巷開口10 m 處，每掘進5 m 布置一個測站。以第一支巷掘巷階段監(jiān)測數(shù)值為例，整理得到圍巖變形量如圖2。

圖2 礦壓監(jiān)測結(jié)果

由圖2 可以看出，距離開口處最近的1#測站圍巖變形最為嚴重，變形量隨著距開口處距離的增大逐漸減小。開挖支護10 d 后，圍巖基本穩(wěn)定，頂板累計下沉54 mm，兩幫累計移近82 mm，支巷表面變形量微小，巷道穩(wěn)定性和安全性得到了保證，完全達到支護標準。

4 巷式充填開采地表移動與變形規(guī)律研究

為有效保護晉平煤業(yè)地面村莊、建筑物，驗證村莊下充填開采技術的可行性，在1501 充填工作面開采之后，地面合適位置建立地表移動觀測站，監(jiān)測地表移動和變形規(guī)律，判定該開采工藝對地面建（構(gòu)）筑物的影響情況。根據(jù)1501 充填工作面布置形式，設計采用沿工作面長度方向、寬度方向各布置一條觀測線進行監(jiān)測，測線長度均超出正常工作面采動地面的影響范圍[3-4]，沿工作面寬度方向設計測線A，工作面垂直開切眼方向設置測線B，測線A 總長度約225 m，測線B 長度約180 m。觀測站與工作面相對位置如圖3。

圖3 地面移動觀測站布置位置示意圖

1501 充填開采工作面開始回采前，進行了第一次全面的觀測，采用電子全站儀測量各點的坐標及高程，開采期間陸續(xù)進行了2 次監(jiān)測，通過分析計算整理得到地面監(jiān)測線各處的下沉量，如圖4。

圖4 A、B 觀測線不同時間的下沉曲線

根據(jù)圖4 所示結(jié)果分析可得，首次監(jiān)測得到的地表下沉值相對于后兩次監(jiān)測較小，表明隨著工作面開始完成年限的增加，地表下沉值越來越大。后續(xù)兩次監(jiān)測與第一次監(jiān)測所測得下沉值之間差值較小，說明隨著工作面開采完成年限的增大，地面下沉速率逐漸減小。測線A 地表下沉值最大值出現(xiàn)在監(jiān)測點A6，最大值為18 mm；測線B 地表下沉值最大值出現(xiàn)在監(jiān)測點B9，最大值為25 mm。首次監(jiān)測為工作面開采完成后約45 d，地表下沉量較小，說明巷式充填效果良好，上覆巖層未出現(xiàn)劇烈破壞下沉的現(xiàn)象；后續(xù)兩次監(jiān)測距工作面開采完成時間分別為10 個月、19 個月，地表下沉量增量很小，說明覆巖下沉運動逐漸趨于穩(wěn)定。建筑物損害程度在Ⅰ級影響范圍之內(nèi)，采用巷式充填體開采工藝可有效保護地面村莊、構(gòu)筑物。

5 結(jié)語

結(jié)合晉平煤礦1501 工作面實際的地質(zhì)采礦條件，設計巷式充填開采工藝及施工方案，支巷采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，采用矸石、膠結(jié)材料、粉煤灰制成膏體材料進行巷內(nèi)充填。所設計支護方案參數(shù)合理有效，工作面回采19 個月后，地表最大下沉值為25 mm。通過概率積分法分析表明，巷式充填開采地表建筑物損害程度在Ⅰ級影響范圍內(nèi)，通過巷式充填采煤技術有效解決晉平煤業(yè)村莊下壓煤開采的問題，提高礦井的經(jīng)濟效益和社會效益。