仰斜开采、似膏体充填技术研究.doc

1、仰斜开采、似膏体充填技术研究摘要：仰斜充填、似膏体充填技术开采是实现煤矿绿色开采的关键技术之一。工作面采用仰斜开采、似膏体充填、留巷技术、 “Z”型通风技术研究；经观测，采空区充填充分，充填巷道下沉量较小，地表下沉量几乎为零 。 关键词：仰斜开采 似膏体充填 充填工艺 矿压观测 引言： 利用仰斜充填采煤技术处置井上煤矸石， 减少煤矿固体废弃物排放，减轻开采沉陷危害， 提高矿井资源回收率。 1. 试验区地质条件 孙村矿井地面标高在+ 165 + 210m 之间。21101 充填工作面位于-400 水平后组皮带机井煤柱内。上覆二、四层煤皮带井保安煤柱未开采，下伏十三、十五层煤未开采。工作面煤层稳定

2、，结构较复杂。含 23 层夹矸，厚 0.020.1m。煤层厚度 1.62.2m，平均煤层厚度 1.87m 。 2. 仰斜开采、似膏体充填方案 根据研究结果，采取仰斜开采似膏体充填需要具备条件：倍线满足1：3 的（垂直距离与水平距离之比）比例条件、煤层倾角不能大于 14的充填采场、骨料采用红矸石。 3. 仰斜开采、似膏体充填技术研究 3.1 充填系统 3.1.1 矸石充填方式及骨料 工作面采用似膏体充填法管理顶板，采用似膏体自流充填，充填骨料主要采用水泥、沙，为提高煤似膏体充填料浆输送质量浓度，在充填料中加入粉煤灰和复合减水剂；为提高浆体的凝固能力，加入 32.5 标号的普通硅酸盐水泥作为胶凝剂

3、。 3.1.2 充填制浆系统： 在煤矸石山附近建立充填制备站，施工两个充填钻孔，一个工作，一个备用，钻孔标高+170m，至-210m 水平垂直高差约为 380 米，两钻孔间距 10 米。充填制备站的主要功能是将水泥、粉煤灰、煤矸石加水制成质量浓度为 7275%的胶结充填料浆，用管道输送至工作面。 充填系统主要包括： （1）充填料的运输与储存系统 破碎后的合格粒度煤矸石用皮带运至圆盘给料机漏斗附近的卧式砂仓内，经圆盘给料机、振动筛、电子皮带秤计量后通过皮带运输机转运到主搅拌桶内，水泥、粉煤灰用散装罐车运送，通过高压气卸入立式水泥仓和粉煤灰仓内，经仓底插板阀、星形给料机、冲板流量计计量后通过单螺旋

4、输送机输送至同一个搅拌桶内，搅拌形成水泥粉煤灰浆，然后转运到主搅拌桶内。 （2）搅拌系统 普通搅拌很难破坏微细颗粒固体和水产生的聚凝集合体，因此需用强力机械搅拌装置。 （3）供水系统 为保证供水能力，需设置高位水池或安设加压水泵。 （4）检测系统 高浓度料浆具有良好性能的浓度范围很小，料浆浓度的变化对充填料浆的特性的影响极为敏感，必须建立可靠完善的充填监控系统，实现对料浆浓度、流量及各种物料配比的监测和调节。 （5）高浓度胶结充填料浆，通过钻孔和井下敷设的管道输送到采场进行充填。为了保证管路的畅通性， 管路要尽量平直；在需要拐弯或遇有上下起伏时，要尽量保证管路的平缓性，不要出现急弯；并且在拐弯

5、或上下起伏处安设事故阀。 3、充填制备工艺流程图：附图 1 4. 工作面充填工艺 为了保证生产及充填的安全性，采用高档普采采煤的方式，先把工作面推采到最大控顶距 6.1 米，在切顶排往外按间距 25 米的排间距支设木信号，然后回收三排支柱（2.4 米） ，回柱后， 挡浆墙制作完成，然后进行似膏体充填。 4.1 挡浆墙制作 回柱前，在轨道留巷西帮超前往西 2 米处采用 180mm 的木支柱沿充填采空区打一排，柱距为 0.75 米， 支柱要见顶见底打设牢固；并刨有不小于 50mm 的柱窝，木支柱里侧用竹芭+双层纱布密接并用 8#铁丝，每隔 200mm 固定在木支柱上，且上下端分别靠紧顶底板；竹芭与

6、竹芭要留有不小于 200mm 的搭接茬。在轨道巷用木支柱、竹芭、纱布、煤泥袋，制作挡墙进行充填。 4.2 工作面充填 采空区挡浆墙制作完成并检查，开始启动充填系统进行充填。充填时先用清水引管，见管路终端出水后方可进行灌浆充填。充填时采用把管路架设在充填区上口一次性充填。充填时出浆口要侧向充填区后部，并固定牢固。为了保证充填过程的顺利进行，在井上下要配置直通电话，注意观查充填进度情况并保持及时联系，充填完成后用清水洗管。 4.3 充填要求： 根据回收步距 2.4m，每次充填步距 2.3m，充填高度 0.7m，工作面似膏体充填至工作面切顶排支柱底跟时，停止充填。 5、通风技术 5.1 下行“Z”型

7、通风 工作面通风采用下行“Z”型通风技术，减少一条回风巷道，节约了工作面初期方面投入。 5.2 下行“Z”型通风解决了工作面温度高、又避免了上隅角瓦斯积聚现象。 5.作面矿压观测分析 5.1 目前工作面推采 190 米，阶段分析结果如下： （1）运输巷设 6 个观测点，以 1 号观测点为例；1 号点观测 29 天，该点初设时在超前工作面 34m 处，顶底板移近量共 44mm，两帮移近量共98 mm。 （2）回风巷采用留巷技术，回风巷设 5 个观测点，以 1 号观测点为例。1 号点观测 181 天，该点初设时滞后工作面 30m 处，顶底板移近量共35mm，两帮移近量共 6mm。 5.2 工作面矿

8、压观测分析 （1）立柱载荷：实测支柱初撑力平均值为 124.3KN/柱，最大初撑力为 237.5KN/柱。工作面支柱较高的初撑力有效防止了顶板离层，增加了顶板的稳定性，防止了端面破碎及煤壁片帮，减少了顶板下沉量。 （2）活柱缩量通过资料整理分析，每循环活柱缩量平均值为10.3mm，最大平均值为 18.2mm，最大活柱缩量为 48mm。 （3）顶板下沉量及下沉速度：该面循环顶板下沉量平均值为13.9mm，最大平均值为 18.2mm，最大顶板下沉量为 27mm，平均顶板下沉速度为 0.32mm/h，最大顶板下沉速度为 15.4mm/h。 5.3 工作面矿压观测结果： （1）工作面直接顶灰色粉沙岩，

9、厚 8.0-10.0m，层理中等发育，抗压强度 21MPa。基本顶白色砂岩，16m，中厚层理，钙质胶结。灰色粉砂岩，厚 1.61.7m，抗压强度 25MPa。 （2）运输巷平均每天顶板移近量 1.18mm，两帮移近量平均每天 1.2 mm。回风巷平均每天顶板移近量 0.64mm，两帮移近量平均每天 0.21 mm。 （3）两巷平均变量不大，最大顶板下沉量、下沉速度均出现在工作面来压期间，整体基本顶动压较小，对工作面产生轻微影响。 6 结 论 （1）验证了仰斜开采、似膏体充填技术的可靠性，并将充填技术进一步升级。 （2）井下采场充填条件，需要解决充填倍线问题，自流充填的垂直距离与平巷距离之比不小于 1：3 为最佳，但也不宜超过 1：3 的比例；工作面采用倾斜长臂布置、仰斜开采。 （3）掌握了仰斜开采、似膏体充填技术的关键技术，即留巷技术；挡浆墙制作技术；割煤、回柱及充填工艺技术；采用留巷技术，实现了“Z”型通风技术，减少了一条掘进巷道。 （5）该项目获取国家级科技进步奖，填补了国内外仰斜采场充填工艺的空白。