技术创新

王台铺煤矿条带式充填开采技术的应用

日期：2015-5-18 14:44:07　来源：互联网　浏览数：
　

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1· 条带式充填开采背景
    王台铺煤矿开采时间长达50 多年，加之近年来矿井生产能力的大幅度提升，在煤矿现有开采技术条件下煤炭可采资源量将近枯竭，预计2015 年正规综采工作面将回采结束，剩余地质储量多数为建筑物下压煤，“三下”压煤地质储量为6941.3 万t。该矿使用条带式式充填法开采，按85%的回收率计算，可采出5900 万t 压煤，既为国家节约了大量的煤炭资源，也为集团公司其他煤矿的“三下”压煤开采提供经验与借鉴，经济效益和社会效益非常显著。目前集团公司“三下”压煤量巨大，据2011 年10 月底不完全统计，压煤地质储量达到5.79 亿t，可采储量达到2.81 亿吨。实行高水膨胀材料充填开采可以充分采出地下煤炭资源，延长资源枯竭矿井寿命，促进矿井的持续健康发展，具有很大的现实意义。
    2 ·条带式充填开采试验工作面概况
    2.1 工作面位置及开采范围
    山西长平煤业有限责任公司王台铺煤矿经调研确定采用高水膨胀材料充填工艺，为掌握充填工艺与充填效果，拟在XV2317 工作面进行条带式式高水膨胀材料充填开采试验。该工作面位于矿井西部，属二水平二盘区，工作面标高628m～635m。
    XV2317 工作面对应地面位置无重要建筑物，以北200m 处为崔沟村，以东80m 处为排矸井。井下工作面南侧84m 以外为XV2309综采工作面（尚未开采），北侧为风井保护煤柱，东侧为排矸井井筒保护煤柱，西侧18m 以外为崔沟小煤窑采空区。
    2.2 工作面地质构造
    XV2317 充填式条带式工作面局部地段顶板节理及小型断层构造发育，目前根据XV23173 巷（原XV2334 巷）掘进揭露情况，断层主要有3 条，均为正断层。
    2.3 煤层与煤质
    XV2317 充填式条带式工作面开采15 号煤，厚度为1.8～3.0m，煤层倾角1°~2°,普氏系数为2～4，煤层裂隙发育，一般夹两层总厚度约0.6m 泥岩，普氏系数为1～2。煤为黑色，亮煤，似金刚光泽，含硫中等。
    2.4 工作面布置
    工作面走向长度311 ～330m，倾斜长度206m。工作面以XV23173 巷（原XV2334 巷）为界分为XV2317 北工作面和XV2317南工作面。XV2317 北工作面倾向长84.24m，XV2317 南工作面的倾向长121.76m，工作面采高2.5m，煤层倾角介于1°~2°。
    3 ·条带式充填开采方法简介
    3.1 条带式充填开采是利用巷式采煤法采煤，充填法管理顶板，实现工作面全部开采的采煤方式。其具体工艺分为：①第一阶段回采，按照条带式式回采工艺回采煤房资源；②第一阶段充填，对回采煤柱形成的采空区进行充填；③第二阶段回采，在两侧充填体的支撑保护下，回采中间煤柱；④第二阶段充填，充填回采煤柱形成的采空区。它遵循一定的开采计划和顺序，实现采、掘同步及“一（二）采、一充、一备”的作业模式，顺序转换工作区的开采工艺。
    3.2 XV2317 工作面回采工艺
    3.2.1 割煤方式。XV2317 南工作面采用后退式条带式法开采，支巷采宽定为4m，采用EBJ-120 型掘进机掘进出煤，循环进度1m，截割工艺流程为：进刀→截割→二次进刀→截割→修周边成形，截割方法为：巷道沿煤层顶板掘进，截割头由巷道底部进刀，最大进刀深度0.5m，然后以0.4m～0.6m 的截深在巷道断面内横向摆动截割，周边留0.2～0.3m，每横向截割一次，抬高0.4～0.6m，然后二次进刀截割，按照截割曲线示意图连续摆动截割一个循环进度后，修周边达到设计要求。
    3.2.2 装运方式。转载机将煤炭转载至刮板输送机上，再通过皮带运输机将煤炭运至井底煤仓，由斜井皮带运至地面。
    3.2.3 支护方式。采煤支巷的支护采用单体支柱与π 形钢梁联合支护，π 形钢梁与顶板利用木板、柱帽、木楔背紧，保证接顶严实。
    3.2.4 工作面主要设备
    （1）综掘机。XV2317 工作面所用综掘机的型号为EBJ-120 型掘进机，外形尺寸为8600×2100×1550mm，功率为120kW，最大截割宽度为5m，最大截割高度为3.75m。
    （2）刮板输送机。XV2317 工作面所用刮板输送机分两个型号。SGW-40T 型刮板输送机，功率40kW，运输长度100m，运输能力150t/h；SGBK620/40 可移式刮板输送机，功率40kW，运输长度40m，运输能力150t/h。刮板机主要应用在采煤支巷内，与综掘机的转载机搭接，将煤炭运送至工作面运输巷。   （3）皮带。皮带型号为SJ-80，功率为2×40W，运输长度800m，运输能力400t/h，设置在运输大巷中，将煤炭运至井底煤仓。
    4· 条带式充填开采工作面的充填材料与充填工艺简介
    王台铺煤矿充填开采选用的充填材料为高水膨胀材料，该材料是一种新型矿用充填材料，以粉煤灰为主料，延缓剂、速凝剂、固化剂和膨胀剂等为辅料，与水充分搅拌混合后，制成水料的质量比为（1.2~1.5）：1 左右的充填料浆。该材料优势主要有：①良好的流动性。材料含水量达到55~60%，经过井下工业试验，充填倍线可达10 以上，能实现远距离自流输送，满足了绝大部分矿井自流输送的需要。②凝固时间短，强度高。经过井下工业试验发现，料浆在1.5h 达到初凝，4h 实现终凝，凝固时间比多数充填材料短，有利于实现高产高效。充填材料凝固后24 小时强度可达1.5MPa， 28 天强度可达4.0MPa 以上。③一定的膨胀性。材料添加了部分膨胀剂，使得体积膨胀率达1~10%，因此可提高充满率，实现充填体主动接顶，起到了对上覆岩层良好的支撑效果。④抗风化性能良好。经过井下长达19 个月的实际观测，充填体无风化现象，证明其在煤矿井下条件下抗风化能力强。
    5· 条带式充填开采井下和地面监测方案
    5.1 井下监测：XV2317 条带式式充填工作面分为南北两个部分，主要监测内容为：顶板压力监测、顶板下沉量监测和煤体应力监测。
    5.2 地面监测主要内容
    5.2.1 确定观测线的数量和位置，以使观测站能够较全面地反映充填开采后地表移动的整体状况。
    5.2.2 确定每条观测线上控制点和观测点的合理位置，使得观测点的选位合理，既能附合所在观测线的整体需要，又便于埋设和外业观测，从而有利于取得更为可靠的原始数据。
    5.2.3 确定观测线上控制点和观测点标志的结构和材料，以使其埋设后的点位更稳定，更便于保存。
    5.2.4 确定本工作面地表移动观测工作的基本观测方法，为观测提供作业依据。
    5.2.5 为本矿后续工作面观测站的设计提供参考。