“矸石渣砼混合体”替代煤柱生产工艺试验研究

邓 涛,张中军,潘卫东,任 翔

(枣庄矿业集团高庄煤矿) (中国矿业大学)(西南科技大学)

·技术经验·

“矸石渣砼混合体”替代煤柱生产工艺试验研究

邓 涛,张中军,潘卫东,任 翔

(枣庄矿业集团高庄煤矿) (中国矿业大学)(西南科技大学)

针对高壮矿区的实际情况，介绍了矿井利用“矸石渣砼混合体”充填后替代煤柱的基本原理和方法，分析了矿井利用矸石渣砼的可行性，进行了预置充填带无煤柱开采试验。结果表明，该方法在特定的开采条件下，满足现场需要，能够保证安全开采，减少环境污染和提高开采效率。

采区煤柱；矸石；充填；替代；试验

随着煤矿井下锚网梯索支护技术的提高，我国煤矿中厚煤层开采采区工作面两巷大都采用了窄煤柱沿空送巷的开采方式，通常情况下采区煤柱留设3～5 m宽。窄煤柱在保证采区两巷安全生产的情况下，防止了采区工作面生产过程中因采面周期来压及矿井压力的增大，留设煤柱受压破碎向采空区漏风诱发采空区残煤自燃的情况，但同时在目前全世界能源资源紧缺的状态下也造成了煤炭资源的浪费(约占1%～2%)[1，2]。同时，在采区生产设计中如果窄煤柱宽度留设不够，生产过程中煤柱受采动影响也易造成煤柱支撑能力不足，煤柱被压酥破碎产生裂隙，诱发工作面机尾折帮，发生冒顶事故，导致可能发生矿井人身伤亡事故，从而影响了矿井工作面的生产[3，4]。因此，煤矿如何真正实现无煤柱开采，对减少煤炭资源浪费、提高企业经济和社会效益，减少矿井生产事故，保证矿井安全生产具有十分重要的意义。枣庄矿业集团高庄煤矿针对井下煤炭埋藏深度、厚度、工作面倾角、综采采面间留设的煤柱进行了可行性研究。在探寻无煤柱开采技术中，针对井下3上509工作面大倾角、大采高一次性采全高的工作面两巷实际情况，提出了综采采面间预置充填带，来实现无煤柱开采。为验证可行性，于2007年1月进行了预置充填带无煤柱开采试验。

1 矿井概况

高庄矿采区布置为西五采区下山双翼采区，采用走向长壁式开采方法。采区设有3条下山，服务于3上、3下两层煤。3上煤层平均厚5.1 m，采用一次性采全高或放顶煤技术开采；3下煤层平均厚3.8 m，采用综采。煤层倾角12°～28°，平均20°，煤比重为1.35 t/m3，煤层硬度f为1.5。采区开采顺序从上向下、由近及远的方式进行，工作面两巷上巷为轨道巷，下巷为胶带机运输巷，工作面间留设3 m煤柱，巷道采用锚网梯索支护。

2 充填带无煤柱开采方案研究

充填带无煤柱开采，就是在上一个工作面运输巷靠下一工作面轨道巷巷帮沿运输巷用其它材料充填一条支护带，下一个工作面轨道巷掘进时，沿充填带掘进，不再留设煤柱，用充填带把上下两个工作面间该留设的煤柱置换出来，实现采面无煤柱开采。

2.1实施方案

该矿根据综采面间预置充填带无煤柱开采思路，开展了课题研究，并设计了3项实施方案。

1) 用石子、沙子、水泥为原料的砼墙充填带替代煤柱开采方案。

2) 用石料砌墙充填带替代煤柱开采方案。

3) 矸石渣砼带替代煤柱开采方案。

通过方案比较，矸石渣可直接采用井下西五选矸系统选出的矸石做替代墙体主原料，既取材容易，节约资金，提高了矿井经济效益；又可实现井下西五选矸系统选剩的矸石不上井，减少了矸石对地面环境的污染，建立资源节约型企业。最后经过优化设计，确定采用“矸石渣砼混合体”替代煤柱开采方案。

2.2矸石渣砼带替代煤柱开采方案实施

1) 确定试验地点和长度。根据该矿采面生产实际情况，3上507工作面运输巷全长1 600 m，确定在3上507工作面运输巷停采线以里进行试验，试验巷道长度定为160 m，见图1。

图1 充填示意图

2) 充填带结构及规格。充填带为支模浇灌矸石渣混凝土，沿3上507工作面运输巷实体煤侧布置，使用水泥、粉煤灰、矸石渣配制的标号大于煤层硬度系数的混凝土浇灌而成[5]。充填带规格：根据该巷深度、附近巷道矿压显现情况、充填带替代煤柱后，充填带要有足够的支护强度，保证充填带与煤层顶底板交接严密不漏风，确定充填带高度为上至3上煤顶板，下至3上煤煤层底板，宽1.6 m。

3) 充填带扩刷、顶板管理、充填方法。充填带扩刷采用打眼爆破法施工，从3上507工作面停采线开始，沿运输巷由外向里逐段进行，按设计充填带规格尺寸向实体煤侧扩刷，巷道扩刷时，顶板打锚网梯索，帮部打竹锚杆支护。扩刷完工后，向充填带充填原料时的方法是，采用按3上煤层底板倾斜从下向上、由低到高每10 m为一段的方法一次性充填完毕。

4) 对矸石渣砼技术要求、充填流程“矸石渣砼混合体”是以水泥与矸石渣为主配以适量粉煤灰集料混合而成的胶结体，由于矸石渣砼充填时[6,7]，搅拌料采用混凝土输送泵输送，要求其配比稳定性较高、且配比料不分散；粉煤灰、水泥、矸石的配比比例为10%、20%、70%。输送管路不阻塞、黏塑性不损失；因设计充填带宽度小于留设煤柱，为了确保下一个大采高、大倾角3上509工作面轨道巷的安全施工，要求充填带抗压强度，砼强度等级大于煤层硬度，且3上509工作面轨道巷施工时要在充填侧打单体进行支护，每1 m 1颗。由于利用矿井矸石渣砼充填带是试验阶段，在3上507运输巷底车场设一矸石渣混凝土输送泵站1台型号为HST-80型，西五选矸系统选出加工完的矸石渣(加工矸石渣选用PH1010型破碎机1台)和地面下的粉煤灰配好后，运入井下3上507运输巷底车场，充填混凝土时，将混合料和水泥卸入提升机料斗，由提升机提升至50型搅拌机上头，将料卸入搅拌机，加水搅拌成混凝土卸入混凝土输送泵料斗，经混凝土输送泵及其管道直接向支完模板的充填带充填，为了确保混凝土密实，随充填随使用振动棒振动捣实。

3 充填带试验结果

矸石渣砼充填带试验段完工后，从下一个工作面3上509工作面轨道巷掘进接露的情况看，没出现3上507采空区向下一个工作面3上509工作面轨道巷有害气体溢出情况，充填带带体上下与3上煤层顶底板交接紧密，没有带体裂痕，没有出现充填带位移和变形，在现下一个工作面3上509工作面现以推进600 m，充填带段带体没有发生实质性的位体变化。

4 结 论

1) 通过试验情况可以看出，“矸石渣砼混合体”替代煤柱的支撑强度能满足安全要求，由于混合体岩柱两侧不用进行支护，提高了下一个工作面施工进度。

2) “矸石渣砼混合体”替代了煤柱，使煤炭不可再生资源得到了充分开采；矿井井下生产出的矸石渣不升井，在井下得到了循环利用，是可持续发展的绿色工程。

3) 根据目前商品煤价格、通过对充填带置换出的煤量及带体施工费用进行对比分析，前者的产出价值远远大于后者的投入价值。

4) “矸石渣砼混合体”替代了煤柱进行开采，是提高采面回收率的一种工艺，对煤矿“三下”采煤是较为科学的生产方法。但该矿在该生产工艺上，经技术论证、效益分析、开采试验后，达到了安全可靠，目标值均得到了验证。

4) 通过试验可知，对开采深度适度、矿压显现可控的“三下”采煤的矿井来说，是一种影响深远的采煤生产工艺。

[1] 张海波,宋卫东,许英霞. 充填采矿技术应用发展及存在问题研究[J].黄金,2010(1)：23-25.

[2] 张海波,宋卫东.评述国内外充填采矿技术发展现状[J].中国矿业,2009(12)：59-62.

[3] 惠功领.我国煤矿充填开采技术现状与发展[J].煤炭工程,2010(2)：21-23.

[4] 高武.实施矸石膏体充填采煤的探索与实践[J].中国煤炭,2009(10)：62-64.

[5] 张绍国,唐桂弟,庞欣荣.粉煤灰在高峰公司井下充填应用试验[J].矿业研究与开发,2009(5)：57-59.

[6] 胡炳南,郭爱国.矸石充填材料压缩仿真实验研究[J].煤炭学报,2009(8)：1079-1083.

[7] 刘建功,赵庆彪,张文海,等.煤矿井下巷道矸石充填技术研究与实现[J].中国煤炭,2005(8)：36-39.

ProductionTeston"WasteSlagConcreteMixtures"ReplacementofCoalPillar

DengTao,ZhangZhong-jun,PanWei-dong,RenXiang

In connection with the actual situation of mining area with Gaozhuang, introduces the basic principles and methods of using the "waste slag concrete mixture" , after filling with coal pillar in the mine, analyses the feasibility of using waste rock slag concrete in the mine, carry out pre-filled with no pillar mining test, results show that the specific mining conditions, which can meet the needs, ensure the safety mining, reduce pollution and improve the exploitation efficiency.

Coal Pillar; Gangue; Filling; Replacement;Test

邓 涛 男 1968年出生 2003年毕业于山东科技大学 工程师 微山 277605

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1672-0652(2010)08-0043-03

2010-05-23