膏体充填综采工艺在大明煤矿的应用

郭崇华

（宽甸满族自治县煤炭工业管理局，辽宁 丹东118200）

大明煤矿位于调兵山市大明镇，属铁法煤田。生产能力为年产60万吨，生产水平为-150m水平，风井煤柱一段B面膏体充填综采工作面开采的煤层为二叠系山西组16-1#层煤，煤层厚度平均6.05m，伪顶为0.1～0.2m灰黑色泥岩，直接顶为1～5m细砂、粉砂岩，底板为0.1～10m粉砂岩。走向长度340m，工作面长70.8m，上覆顶板基岩厚度平均10m左右。因矿井实际可采储量有限，且存在严重的多村庄压煤问题。采用村庄搬迁法开采，难度大、资金投入大，且受矿区水文地质条件影响，煤炭采出率会很低。

为提高煤炭资源采出率，大明煤矿采用膏体充填采煤技术解决村庄压煤问题。方案是利用矿区废矸石、粉煤灰按比例混合水泥用水配制成重量浓度为70%～80%的充填料浆，利用管道泵高压输送到井下回采工作面，及时充填全部采空区，控制地表采动沉陷，保证采动后对第四系含水层影响不大，确保工作面不受水沙威胁，实现绿色采煤［1-2］。

1 设备配置

1.1 采煤机

采煤机选用MG300/701-WD 1台，采高1.8～2.9m，总功率701kW，截深0.6m，牵引速度2～4.5m/min。

1.2 液压支架

基本架、两顺模板支架型号为ZC8800/20/32（X）（48、4台），支撑高度2～3.2m，支撑宽度1.5m，工作阻力8800kN，支护强度441kN/m2。端头支架型号为ZTCZ18200/22/35（X）（3组），支撑高度2.2～3.5m，工作阻力18200kN。

1.3 运输设备

刮板运输机1部，型号为SGZ800/400，功率400kW。破碎机1部，型号为PCM160，功率160kW。带式输送机1部，型号为SDJ/150，功率2×75kW。

2 开采工艺

2.1 综采充填

采煤机由机头方向斜切进刀，前滚筒升起割顶煤，后滚筒降下割底煤，斜切进刀割煤25m，使两滚筒均达到0.6m截深后停止，移机头刮板输送机成一条直线，调整滚筒后退割通三角煤，清净架间浮煤，如遇顶板破碎，立即伸出前探梁。重复上述工序割煤4刀后及时移架做充填准备，按充填工序正常充填料浆，充填结束后清理工作面并做移架、割煤准备，1个大循环结束。该面充填步距为2.4～3m，最大充填步距不得超过3.6m。

2.2 充填系统

2.2.1 充填管路。第一，置路线。地面充填站→充填立孔→8°上山→17层回风罐笼→回顺→工作面→各充填点。第二，充填管布置。一是干线充填管。把铺设在充填立孔管路下端至工作面的充填管路称之为干线充填管，总长为430m，采用DN100mm钢管。二是工作面充填管。布置在工作面的充填管路，长度75m，采用φ 108mmPE管和DN100钢丝胶管配合使用，布置在支架后立柱与模具之间的支架推拉板上，在每个设置布料管的下方侧接设一个闸板阀，用于控制布料管进行充填。三是布料管。从工作面充填管每隔一定距离分支出来的充填管，称之为布料管，采用DN100钢丝胶管，并在每根支管上接设一个闸板阀用于控制充填。由工作面运输机机头向机尾方向依次布置编号分别为1#-9#个布料管。工作面由低处向高处依次充填，模具闲置的充填口提前用挡板挡严。四是，清洗管路。在回顺防尘水管上接Φ25mm高压管铺设在工作面内,用于清洗充填管路,防止堵管。

2.2.2 充填工艺。第一，充填准备。一是吊挂塑料编织布：工作面回采一个大循环后，及时移直支架，伸出侧护板，支架后部模板打齐，采用规格为：长80m，宽6m的塑料编织布在待充填区内构筑封闭的充填空间。二是吊挂塑料编织袋:使用10#铁线将塑料编织袋两肩及中间的吊带与尾梁上部工字钢连接，四角吊带与挡浆墙固定，吊带可采用14#铁线辅助连接，在塑料编织袋距离底板1m及2m处使用14#铁线与模具及膏体固定，保证塑料编织袋下部垂直底板且紧贴模具。吊挂后将塑料编织袋底边及四角扯平并找净底板杂物，在模具不平处留好余量。三是两顺挡浆墙支设。使用ZC8800/20/32（X）型模板支架作为运、回顺两侧挡浆墙。或在里侧按柱距0.9m（运顺）、1.0m（回顺）打特制工字钢点柱，点柱应打硬打牢找好迎山角，然后使用双股12#铁线将木板捆绑在点柱上；再用14#铁线把塑料编织布在木板上吊挂好，在顶、底板处向里侧各留1m以上余量。四是工作面挡浆墙支设:垂直工作面布置一排圆木点柱，间距0.6m，圆木点柱底端插入底板不得小于0.3m，顶端与尾梁上部工字钢用10＃以上铁线固定，同时在工字钢两侧0.1～0.2m且距上次充填膏体及圆木对应模具0.3～0.5m各打一根锚杆，使用40T运输机链与工字钢固定，使用铁钉将木板固定在圆木点柱上，可根据实际情况在挡浆墙靠膏体侧钉双层木板，木板与木板之间不留缝隙，圆木点柱叉角、迎山角准确，工作面挡浆墙不少于2道。第二，检查准备。①运、回顺及工作面挡浆墙、吊挂挡浆材料检查。②检查干线充填管路及管路连接牢固情况。③工作面充填管阀门检查（都开）。④布料管阀门检查（都关）。⑤由井下当班充填负责人报告地面充填站当班负责人进行充填。第三，管道充水。安排专人在井下综采工作面回顺段充填管末端阀门处观察出水情况，见水后报告地面充填站管道出水并汇报充填量。第四，灰浆推水。管道充满水后开始注灰浆。第五，矸石浆推灰浆。安排专人在工作面回顺段充填管末端阀门处观察出灰浆情况，见灰浆后打开1#布料管闸板阀，待布料管出料正常时关闭工作面充填管1#闸板阀，并报告地面充填站进行正常充填。第六，正常充填。1#布料管充填区域临近充满时，打开2#布料管阀门，待2#布料管出料正常时关闭工作面1#充填管阀门。按此方法由1#-9#依次充填，直至工作面充填完毕。当充填区剩余空间为40m3时由井下当班负责人通知地面充填站。第七，清洗充填管路。一是清洗布料管及工作面充填管。当工作面充填结束后清洗管路。按顺序依次对充填完毕的布料管及工作面充填管进行冲洗。二是清洗干线充填管。干线充填管的充填顺序是：灰浆推矸石浆→水推灰浆→充水。第八，充填结束及凝固时间。向地面充填站及矿调度报告充填完毕，充填体凝固时间需要8小时。

3 实施效果

风井煤柱一段B面膏体充填综采开采以来，取得了良好的实施效果。在充填开采初期，经矿压观测，顶板下沉量平均为60mm，平均欠接顶量为150mm，充填体压缩量约为60mm。工作面支架的工作阻力基本维持在初撑力水平，工作面前方100m范围内，两巷最大顶底板移近速度为3.5mm／d，平均移近速度为1.2mm／d。开采过程中，工作面顶板仅出现轻微变形和缓慢下沉弯曲，充填效果好时，甚至不出现裂缝带，未出现顶板涌水现象。矿压显现不明显，未出现初次来压、周期来压等现象。通过监测达不到I级破坏倾斜变形、水平变形允许值。在这种情况下，对于砖石结构建筑物基本上不会产生裂缝。

4 结语

大明煤矿膏体充填综采技术的成功应用，从技术和经济效益上看，使煤炭开采安全可靠，大幅度提高煤炭资源回采率，延长矿井服务年限；从环境效益上看，保护了地表村庄等建筑物和矿区生态环境。

［1］中国矿业大学.太平煤矿“三下”厚煤层高采出率膏体充填开采新技术方案设计［R］.

［2］郭广礼，王悦汉，马占国.煤炭开采沉陷有效控制的新途径［J］.中国矿业大学学报，2004，32（2）：150-153.