论文部分内容阅读
摘 要：山东华泰矿业有限公司隶属于山东能源新汶矿业集团有限公司，建井历史悠久，开采年限较长，煤炭资源日渐枯竭，生产接续较紧张，且大部分煤炭资源埋藏在建筑物、铁路下，属于典型的“三下压煤”。
关键词：充填绿色开采；交流
矿区范围：西南部为F19断层，东南部为19煤层露头线，东北及东部为秦家洼断层、2-1～1-2号孔连线、颜庄断层及F1断层，北部至花园断层，东北部与潘西煤矿、西部与鄂庄煤矿以井田技术边界为界。井田总体呈单斜构造，地层走向一般为270°～310°，倾角一般为10°～35°，倾向北东及近南北向。井田内地质构造复杂，断裂构造发育，多为高角度正断层，以北西向为主，同时伴有少量北东向、近南北向断层。矿井经过多年开采，研究制定了一系列经济有效的开采方法。
1 概述
华泰矿业公司自2007年开始了以矸换煤工作，分别在3205西面、3205东高档普采面及3203东、3202东综采工作面，采用原生矸石充填、普采似膏体充填、综采似膏体充填等方法进行充填。
2 3205面高档普采工作面原生矸石充填分析
3205面倾斜长度51m，走向长度400m，煤厚1.1m，采高1.1m，采用井下掘进出的原生矸石进行充填管理采空区顶板，工作面支护采用见六回三的方式，一次性回撤三排支柱（沿走向），使用4架π型钢控制回撤区域，沿倾斜由下而上一次回撤4m并充填4m，完成后将工作面运输机掐缩4-6m，充矸皮带上移4-6m，进行充填。
工作面采用大循环作业，2天6个小班完成一个大循环作业。工作面集中推采至最大控顶距，炮采三班生产，每班一循环，循环进度为1.0m，完成三个循环。停止采煤后充矸，三班进行，完成一个充矸循环，充矸每班沿倾斜充填17m。
充填系统：掘进的矸石装一吨矿车→32采区下部车场卸载坑→扒装机装入3吨自卸车→绞车提至工作面上巷片口处卸车→扒装机装入3吨自卸车→工作面上巷卸至40T运输机→工作面40T运输机→抛矸皮带→采空区。
其主要优点：①工作面上下留巷无需再留设区段煤柱，实现了采区内无煤柱开采。②工作面采用矸石充填，矿井全部矸石不升井，就地消化，实现了节能减排、安全环保开采。③充填成本相对较低，节约了矸石升井的费用，经济效益显著。
3 3205东高档普采膏体充填工作面分析
2010年建立了粉煤灰似膏体自流充填站，并成功在秦家洼村东南3205东仰采工作面进行了似膏体充填开采，对控制地表因开采而导致的沉陷取得了显著的效果。
3205东高档普采工作面，面长120m，倾向仰采，倾角平均18°，采高1.2米，最大控顶距5.5米，最小控顶距3.5米，充填布局为2米，针对工作面现场地质条件和顶板岩性，采用膏体充满采空区的方法管理顶板，为与工作面采煤循环相匹配，采用每推采二个循环，充填一次。
3205东似膏体充填工作面，采用电厂的尾料粉煤灰（矸石山的煤矸石）、水泥和减水剂在地面加工成的膏状浆体，利用重力的作用通过管道自流送至井下工作面。
其主要优点：①浓度高、流动性好。我矿采用的膏体充填材料质量浓度为62%左右， 流动性较好，不宜产生堵塞现象。②充填与排水工作可以同时进行。③便于操作，能实现分段充填。a采煤工作与充填工作相对独立，充填体脱水面积较大，有利于早期膏体强度的提高，充填作业前沿切顶排单体支柱里侧，挂尼龙布进行挡浆，底板处采用矸石袋进行压实、封严，因此不会对采煤工作面的工作环境造成影响。b由于工作面受地质条件影响，有时底板产生标高差并出现起伏现象，导致似膏体无法正常从溜尾流动至溜头，根据似膏体堆积效应，采区多点式充填。我们在工作面安设了3个活动充填阀口，哪里充填不到，及时将活动的充填阀口移至此处进行充填，膏体会在此处堆积，保证充填效果。c高档普采工作面，通过切顶排可以观察到整个采空区的状况，包括：顶板情况、膏体充填情况、排水情况并及时采取措施。④最大限度的增加充填空间。在保证支护强度的同时，我们将两端头的支护进行了优化，机头切顶排支柱提前两排回撤，与工作面切顶排保持一条线；机尾处采用HJDB-800型顶梁进行支护，支回方式为见三回一，且最里面一排支柱挡设篷布，保证了机头、机尾处的最大化空间充填。
4 3203东（3202东）综采膏体充填分析
鉴于上述3205西工作面原生矸石充填及3205东工作面高档普采似膏体充填工作中的缺点及不利因素，经研究、论证，在3202东工作面采用综采膏体充填。
其主要优点：①施工安全性高。由于工作面采用综合机械化采煤，采煤机割煤后，及时拉架进行支护顶板，顶板空顶面积及空顶时间较短，对顶板不完整处可以采用提前拉移超前架进行超前支护。工作面及切顶排支护强度高，人员在此空间施工比较安全，而且充填管路不需人员重复掐、接、固定牢固，不影响行人。②施工简单、职工劳动强度较小。工作面充填期间，只需将下巷垒砌挡浆墙，铺好篷布，即可在其上方任何地点进行充填，而且实现了分段、分时集中充填，因此，职工劳动强度大大降低。③人员占用少，材料消耗少。工作面充填时，因施工工序比较简单，只需4-5人就可进行充填工作，而且只需要挡浆墙处使用塑料袋及篷布，使用量较少，并且采用自然排水法，节省了排水设备及管路的投入。④有利于顶板控制。由于综采工作面比普采工作面施工进度快，相对顶板来压较慢，而且工作面采用综采支架支护顶板，支护速度快，支护强度大，及时防止了顶板下沉，有利于实现采、充平衡。
5 315采区大倾角煤层走向长壁膏体充填技术研究
通过项目研究，使膏体充填不仅适合仰斜开采，也适合走向长壁开采，极大地拓展似膏体充填技术适用范围，具有重要的研究意义。
膏体（似膏体）充填是近年来在国内煤矿兴起的新技术，仍处于发展完善阶段。现有的倾斜煤层似膏体充填试验都应用于仰斜开采工作面，回避了支架隔离问题。研究大倾角煤层条件走向长壁综采隔离充填技术，对集团公司各矿乃至全国煤矿充填开采技术具有重要的引领作用，具有广阔的推广应用前景。
通过以上各类充填方法对比总结，每种充填方法都有各自优缺点。原矸充填方法工艺简单，原材料来源广，充填成本较低；似膏体充填方法充填效果较好，采空区充实率较高，职工劳动强度低。
作者简介：郑纪来，男，1971年12月，山东 泰安人，汉，山东华泰矿业有限公司调度室主任，助理工程师，研究方向：充填绿色开采。杨秀雷，男，1980年10月，山东莱芜人，汉，山东华泰矿业有限公司技术科，助理工程师，研究方向：充填绿色开采。
关键词：充填绿色开采；交流
矿区范围：西南部为F19断层，东南部为19煤层露头线，东北及东部为秦家洼断层、2-1～1-2号孔连线、颜庄断层及F1断层，北部至花园断层，东北部与潘西煤矿、西部与鄂庄煤矿以井田技术边界为界。井田总体呈单斜构造，地层走向一般为270°～310°，倾角一般为10°～35°，倾向北东及近南北向。井田内地质构造复杂，断裂构造发育，多为高角度正断层，以北西向为主，同时伴有少量北东向、近南北向断层。矿井经过多年开采，研究制定了一系列经济有效的开采方法。
1 概述
华泰矿业公司自2007年开始了以矸换煤工作，分别在3205西面、3205东高档普采面及3203东、3202东综采工作面，采用原生矸石充填、普采似膏体充填、综采似膏体充填等方法进行充填。
2 3205面高档普采工作面原生矸石充填分析
3205面倾斜长度51m，走向长度400m，煤厚1.1m，采高1.1m，采用井下掘进出的原生矸石进行充填管理采空区顶板，工作面支护采用见六回三的方式，一次性回撤三排支柱（沿走向），使用4架π型钢控制回撤区域，沿倾斜由下而上一次回撤4m并充填4m，完成后将工作面运输机掐缩4-6m，充矸皮带上移4-6m，进行充填。
工作面采用大循环作业，2天6个小班完成一个大循环作业。工作面集中推采至最大控顶距，炮采三班生产，每班一循环，循环进度为1.0m，完成三个循环。停止采煤后充矸，三班进行，完成一个充矸循环，充矸每班沿倾斜充填17m。
充填系统：掘进的矸石装一吨矿车→32采区下部车场卸载坑→扒装机装入3吨自卸车→绞车提至工作面上巷片口处卸车→扒装机装入3吨自卸车→工作面上巷卸至40T运输机→工作面40T运输机→抛矸皮带→采空区。
其主要优点：①工作面上下留巷无需再留设区段煤柱，实现了采区内无煤柱开采。②工作面采用矸石充填，矿井全部矸石不升井，就地消化，实现了节能减排、安全环保开采。③充填成本相对较低，节约了矸石升井的费用，经济效益显著。
3 3205东高档普采膏体充填工作面分析
2010年建立了粉煤灰似膏体自流充填站，并成功在秦家洼村东南3205东仰采工作面进行了似膏体充填开采，对控制地表因开采而导致的沉陷取得了显著的效果。
3205东高档普采工作面，面长120m，倾向仰采，倾角平均18°，采高1.2米，最大控顶距5.5米，最小控顶距3.5米，充填布局为2米，针对工作面现场地质条件和顶板岩性，采用膏体充满采空区的方法管理顶板，为与工作面采煤循环相匹配，采用每推采二个循环，充填一次。
3205东似膏体充填工作面，采用电厂的尾料粉煤灰（矸石山的煤矸石）、水泥和减水剂在地面加工成的膏状浆体，利用重力的作用通过管道自流送至井下工作面。
其主要优点：①浓度高、流动性好。我矿采用的膏体充填材料质量浓度为62%左右， 流动性较好，不宜产生堵塞现象。②充填与排水工作可以同时进行。③便于操作，能实现分段充填。a采煤工作与充填工作相对独立，充填体脱水面积较大，有利于早期膏体强度的提高，充填作业前沿切顶排单体支柱里侧，挂尼龙布进行挡浆，底板处采用矸石袋进行压实、封严，因此不会对采煤工作面的工作环境造成影响。b由于工作面受地质条件影响，有时底板产生标高差并出现起伏现象，导致似膏体无法正常从溜尾流动至溜头，根据似膏体堆积效应，采区多点式充填。我们在工作面安设了3个活动充填阀口，哪里充填不到，及时将活动的充填阀口移至此处进行充填，膏体会在此处堆积，保证充填效果。c高档普采工作面，通过切顶排可以观察到整个采空区的状况，包括：顶板情况、膏体充填情况、排水情况并及时采取措施。④最大限度的增加充填空间。在保证支护强度的同时，我们将两端头的支护进行了优化，机头切顶排支柱提前两排回撤，与工作面切顶排保持一条线；机尾处采用HJDB-800型顶梁进行支护，支回方式为见三回一，且最里面一排支柱挡设篷布，保证了机头、机尾处的最大化空间充填。
4 3203东（3202东）综采膏体充填分析
鉴于上述3205西工作面原生矸石充填及3205东工作面高档普采似膏体充填工作中的缺点及不利因素，经研究、论证，在3202东工作面采用综采膏体充填。
其主要优点：①施工安全性高。由于工作面采用综合机械化采煤，采煤机割煤后，及时拉架进行支护顶板，顶板空顶面积及空顶时间较短，对顶板不完整处可以采用提前拉移超前架进行超前支护。工作面及切顶排支护强度高，人员在此空间施工比较安全，而且充填管路不需人员重复掐、接、固定牢固，不影响行人。②施工简单、职工劳动强度较小。工作面充填期间，只需将下巷垒砌挡浆墙，铺好篷布，即可在其上方任何地点进行充填，而且实现了分段、分时集中充填，因此，职工劳动强度大大降低。③人员占用少，材料消耗少。工作面充填时，因施工工序比较简单，只需4-5人就可进行充填工作，而且只需要挡浆墙处使用塑料袋及篷布，使用量较少，并且采用自然排水法，节省了排水设备及管路的投入。④有利于顶板控制。由于综采工作面比普采工作面施工进度快，相对顶板来压较慢，而且工作面采用综采支架支护顶板，支护速度快，支护强度大，及时防止了顶板下沉，有利于实现采、充平衡。
5 315采区大倾角煤层走向长壁膏体充填技术研究
通过项目研究，使膏体充填不仅适合仰斜开采，也适合走向长壁开采，极大地拓展似膏体充填技术适用范围，具有重要的研究意义。
膏体（似膏体）充填是近年来在国内煤矿兴起的新技术，仍处于发展完善阶段。现有的倾斜煤层似膏体充填试验都应用于仰斜开采工作面，回避了支架隔离问题。研究大倾角煤层条件走向长壁综采隔离充填技术，对集团公司各矿乃至全国煤矿充填开采技术具有重要的引领作用，具有广阔的推广应用前景。
通过以上各类充填方法对比总结，每种充填方法都有各自优缺点。原矸充填方法工艺简单，原材料来源广，充填成本较低；似膏体充填方法充填效果较好，采空区充实率较高，职工劳动强度低。
作者简介：郑纪来，男，1971年12月，山东 泰安人，汉，山东华泰矿业有限公司调度室主任，助理工程师，研究方向：充填绿色开采。杨秀雷，男，1980年10月，山东莱芜人，汉，山东华泰矿业有限公司技术科，助理工程师，研究方向：充填绿色开采。