煤矿开采机械化充填工艺技术及系统探讨

郭庆举

【摘 要】本文提出用煤矸石对采空区进行充填的方法及应用措施，并介绍了机械填充的具体办法，提出了煤矸石回填应用的前景。

【关键词】采空区；充填；矸石回填；机械充填

0 概述

煤炭开采过程中，充填法是采用充填材料对采空区进行处理，使充填体与围岩共同作用，以改变围岩的应力分布状态，达到有效控制地压，并防止地表塌陷的目的。煤矸石回填采空区的填充方法主要有水力充填、风力充填和机械充填等方式。其中，机械充填是目前广泛应用的先进技术方式，通过成套的矸石充填设备将煤矸石等填充材料运输到采空区进行充填，工作面前面开采，后部进行充填。所用的设备简单，对充填材料要求不严格，有非常广泛的发展前景。根据实际情况，工作面配套两套设备。一套采煤，布置在工作面运输巷；一套矸石充填，布置在工作面材料巷。

1 普采矸石充填

井下全岩掘进工作面的矸石，用矿车运至简易翻车机处，然后用翻车机翻入储矸道，再用扒装机装到运矸皮带，皮带进入采空区运矸溜子，最后载入特制强力小皮带抛矸机充填采空区。充填采空区具体如下：

（1）当工作面推采控顶距达到最大6.2m时，从煤面数自第6排至第3排3个空档内开始充填，充填顺序沿工作面倾斜方向自下而上、由老空向煤壁侧依次，充矸溜子铺设在第5排和第4排之间的空档内。当充填至材料道时，工作面开始推采。依次进行循环劳动组织生产。

（2）充填时为防止窜矸，超前充矸位置2m，第三排支柱里侧自底板向上沿倾向挡竹笆，竹笆要用双抗网塑料带固定在支柱上，遮挡严实，防止窜矸埋支柱。

（3）充填皮带抛矸最大距离为3m，即每次充填区倾向长度为3m。首先在充填区从切顶排向煤壁侧支设两排木支柱，柱距1.5m，排距1.5m，戴帽支设。然后在充填区顶梁架距档内加设5架π型钢（3.2m）前探支护充填区域顶板，待顶板稳定后只使用π型钢。

（4）支设好π型钢后，按照由下向上、由里向外的顺序回撤预充填区段支柱，视顶板破碎程度，每次回撤2～3排，至工作面第三排支柱。π型钢随充填接顶随交替向煤壁侧前移，充填完一区段后，及时回撤支设在上段充填空间处。

（5）充填时回出的支柱支设在切顶排及末前排顶梁下，作为备用支柱，并拴好防倒绳；回出的顶梁整齐竖放在备用支柱与正规支柱之间；缩出的溜槽码入在材料道空档内，作为下一个循环的充填运矸溜子。

（6）工作面推进时，每班一循环，连续推进三循环，推采到最大空顶距时停推，铺设运矸溜子准备下一个循环充填。

（7）开缺口、过断层放炮前要在第二排挂好挡煤皮子，防止煤炭崩到充填区。

此矸石充填技术比较适合倾斜煤层，对近水平煤层不太适用。

2 综采矸石充填

（1）每班按照正规循环割2刀煤（进尺1.2m），停止割煤，移直自压式矸石充填机的机头与机尾。检查充填系统的完好情况，准备充填工作；

（2）首先启动工作面自压式矸石充填机，然后依次启动7403轨道巷可缩桥式中间驱动胶带输送机、下山转载巷矸石运输刮板输送机、转载平巷矸石运输刮板输送机、矸石运输下山胶带输送机，进行采空区矸石充填；

（3）充填时采用自压式矸石充填机机头向机尾方向依次充填，也即先打开自压式矸石充填机机头的第1个插板进行“自由落体”充填阶段、“自充自压” 阶段，待此段矸石输送机升至离支架尾梁200mm时，关闭第1个插板，打开第2个插板，重复上述工作，待6个插板全部完成上述2个阶段后，再同时打开全部6个插板，进行“充分压实”阶段的工作。

（4）充填阶段矸石由自压式矸石充填机运至漏矸孔，直接落人刮板下的采空区，当从漏矸孔下落的矸石自然堆积高度至自压式矸石充填机的溜槽时，自压式矸石充填机上刮板推移矸石自漏矸孔落下、下刮板向上推平漏矸孔下漏的矸石。在此过程中，下刮板的作用主要在以下方面：使矸石在自压式矸石充填机的自身重力和刮板运动的共同作用下使矸石充填密实，提高了矸石的充填效果；使矸石向下刮板运行方向邻近矸石孔移动，扩大了同一漏矸孔的充填范围。

（5）当最后一个自压式矸石充填机的漏矸孔完成“自充自压”阶段后，打开全部6个自压式矸石充填机插板，进行最后阶段的“充分压实”充填阶段。

（6）此时，自压式矸石充填机会因充填矸石的反作用力进一步上移，当其与支架尾梁完全接触后，自压式矸石充填机不再上移，但对下部矸石的作用力进一步加强，使矸石得以充分压实，同时进一步扩大矸石的充填范围，实现有效充填空间的完全充满与压实。

3 结语

充填法适用于处理地表没有大面积塌陷或上部有建筑物的采空区，其特点是对相邻矿体的开采影响较小，可以保证回采过程中矿石的损失和贫化较小。

利用煤矸石回填采空区，可以大量使用煤矸石，从而减少因矸石堆放而占用土地以及因其自燃和扬尘等造成的空气污染；也可以抑制因矸石淋滤对水体造成的污染和破坏。同时，矸石回填可以避免采空区上覆岩层的变形和产生裂缝，以及由此所引起的生态破坏和土地退化。

【参考文献】

[1]张荣立，何国纬，李铎.采矿工程设计手册[M].煤炭工业出版社，2003.

[责任编辑：丁艳]