低压气力输送矸石管道充填技术研究与应用

文/袁秋新

目前，煤矿井下矸石充填的方法主要有矸石装袋垒砌、抛矸皮带充填和溜槽充填三种。 以上三种方法设备安装和撤除频繁，人工占用量大、劳动效率低、速度慢、安全性差，无法满足矿井正常的安全生产要求。

为解决上述问题，新汶矿业集团协庄煤矿将风力输送技术应用于煤炭生产的以矸换煤工艺，真正实现了以矸石护顶、换取煤炭和清洁生产的目的。

一、试验工作面概况

31113W 工作面位于协庄煤矿-550 水平十一层煤3-3 采区西翼，为本采区西翼最下部工作面。 该面南起回风巷， 标高-484.32～-507.1m， 北至运输巷，标高-539.69～-550.88m，西为工作面切眼，东为3-3 十一层轨道上山保护煤柱。 煤层为一复杂结构煤层，中夹1～3 层夹石， 中间一层稳定， 厚0.1～0.2m。 煤层走向82°～109°， 倾向NW～NE， 倾角26°～27°， 平均倾角26.5°。

煤层顶板为深灰色砂质页岩，性脆致密，层理发育，含菱铁质结核，破碎易冒落，平均厚6.2m，其上为细砂岩，灰白色，泥质胶结，成分以石英、长石为主，厚15.0m；煤11 底板为泥质石灰岩，厚0.5m，灰色，具裂隙，方解石充填；再下为砂质页岩，厚1.89m，灰黑色，性脆,含植物化石碎片和黄铁矿散晶。

二、设备配置

1.自制前倾式翻车机

2.GLL700/11KW 链板式给料机

3.YDB 型电动滚筒

4.PCA1000×1000 锤式破碎机

5.P60B 耙斗装岩机

6.BWY5 型螺旋给料机

7.RRE-200 风力输送机

三、施工工艺

1.低压气力输送矸石管道充填方法

人工推入自制前倾式翻车机，将矸石卸入给料机内，由其均匀落到电动滚筒皮带上。 在电动滚筒皮带尽头将矸石进行破碎，再由耙斗装岩机装入上平巷运矸皮带。

破碎后的矸石经皮带运至风力充矸平台后，由螺旋给料机转载到风力充矸管道内，使用冲击风波作为动力，结合螺旋输送器提高输送能力，以皮带作为前期运输工具，利用两级破碎机使源生矸石或混凝土达到风力输送要求，把破碎的矸石沿φ200mm 管路输送到充填迎头内进行充填采空区。

2.充填工艺

工作面采用高档普采工艺，充填采用“见五充二”的方法进行施工，工作面每次出煤2 个循环，控顶距达到5.6m 时开始从下往上进行矸石充填，每次充填2排。 工作面矸石充填与出煤平行作业，但工作面最大控顶距不得超过6.6m。

工作面充填设备布置图

当工作面推采支设5 排支柱，机道内挂第6 排顶梁后，运矸管道沿第一个排距档接到下出口，沿第三排支柱的里侧挂挡矸帘， 从下往上开始充填矸石，充填步距2.0m；当矸石充填至单体支柱时，停止充填。 按照“自下而上，由里向外”的顺序进行回撤柱梁，每次最多回撤走向两棵倾向一棵柱梁鞋，直至充填到管道出口； 周而复始， 按照接运矸管道→回柱→充填→缩管道→回柱→充填的顺序， 实现不间断充填。

3.上平巷留巷工艺

（1）调采期间留巷工艺

由于上平巷与工作面呈锐角布置， 工作面初采时先进行调采溜尾， 当工作面调正后再进行充填， 故工作面调采期间需采用全部垮落法管理顶板。

施工过程中，在上巷原巷道支护以下，用粉煤灰砌块垒砌1.8m 宽的墙体，要求粉煤灰砌块要压茬、压缝、对接，严禁顺茬垒砌，要保证接顶充实，迎山有劲，局部与顶板无法接实地点用袋装矸石接顶。

在粉煤灰砌块下方垒砌2～3m 袋装矸石，既防止顶板大面积冒落推倒留巷墙体， 又能在顶板下沉或顶板来压时支撑顶板， 缓解留巷墙体的压力。

采用全部垮落法管理顶板期间留巷时，采用粉煤灰砌块垒砌留巷。 一是粉煤灰砌块为专门针对留巷制作的，抗压强度大。 二是粉煤灰砌块长0.4m，宽0.2m，厚0.12m，垒砌时稳定性能高。三是垒砌速度快，每循环留巷平均使用400 块砌块，人工垒砌一般不超过1 小时。四是采用粉煤灰砌块留巷时巷道成型好。

为增加粉煤灰砌块墙体的稳定性， 垒砌墙体时必须全部清理至硬底并卧出底槽，采用塑料网包括砌块、 锚带配锚杆拉紧加固砌块墙体，使墙体成为一个整体，增加其整体性和稳定性。

（2）正常生产期间留巷工艺

正常生产期间， 工作面采用充填法管理顶板，从下端头一直充填到上端头，在上端头根据留巷断面确定留巷地点， 采用垒砌袋装矸石的方式进行留巷。

当充填至上巷下帮时，下帮沿倾斜1m 范围内采用垒砌矸石袋的方法进行支护顶板。

垒砌矸石袋采用 “由下而上”“由老塘侧向煤壁侧”的顺序进行，边垒边回撤柱梁。 垒砌矸石袋时， 矸石袋距正规支护的距离顶板正常时最多不能超过2.0m， 顶板破碎时最多不能超过1.0m； 矸石袋离顶梁的距离小于0.2m 时，方可回撤支柱和顶梁，矸石袋接顶不严密时用木楔等结实顶板。

工作面充至上端头时，进行磨角充填，矸石袋垒砌至工作面切顶排前一排端头支柱，然后进行矸石充填。

沿空留巷采用上端头沿走向垒砌矸石袋进行维护， 矸石袋必须压茬压缝， 靠近顶板时，编织袋少装矸石进行接顶。

采用矸石袋留巷， 所留巷道作为下一个工作面的运输巷，可减少巷道掘进成本，保证正常接续，并可取消4m 的区段煤柱，提高煤炭资源的回收率。

四、效益

31113W 工作面可采出面积65940m2，可充填矸石65940m2，置换煤炭14 万t。 采用“见五充二”的充填方式，实现了连续充填，结束了原来采用两个工作面同时生产来实现矸石不间断充填的方式， 减少了设备和支护用品占用量和租赁费用。 另外，矸石向充填地点采用管道运送，可实现运输过程中的封闭管理，安全性较高。