预掘两巷前进式固体充填采煤技术分析

张同国

（山西新景矿煤业有限公司，山西阳泉045000）

引言

固体充填采煤过程中，需对岩层移动、地表变形做出良好控制，而控制的关键即为保障采空区的充实率，以现有技术及设备来看，“仰采俯充”法是较适合保障采空区充实率的方法。但从我国实际状况来看，“三下”压煤区域的存在范围比较大，受其影响，“仰采俯充”不能在后退式开采模式中实现，需要对采煤方式做出改变。

1 预掘两巷前进式固体充填采煤技术应用难点

1.1 较难保证岩层移动控制效果

固体充填采煤过程中，可以更好地对采煤时的岩层、地面变形情况作出有效控制。如果依然采用原有的设备工艺进行前进式开采，那么岩层及地质结构的变形情况将会难以控制，并且会大幅度降低整体的开采效率。因此，实际应用该项技术时，应主要解决如何兼顾岩层移动控制效果及开采效率的问题。

1.2 较难控制沿空巷道集中应力平衡

应用前进式开采方法采煤时，沿空巷道的预留为主要工作之一。一方面，便于移动大型采煤设备；另一方面，实现有效的置换煤炭资源和固体填充物。但实际作业过程中，随着作业面的向前掘进，在采动集中应力作用下，夯实造成的侧压力会作用在沿空巷道支护体系上，而固体填充期间，需要与作业面具备一定的间距，由此一来，不仅集中应力会作用到此段的沿空巷道，而且固体填充物反作用于支护体系，平衡这两种力的难度较大，如未能有效的平衡，则会增加填充体垮塌风险[1]。

1.3 双向沿空巷道难以结合固体充填及采煤工作

在预掘两巷前进式固体充填采煤技术中，巷道共2个，二者需要相互配合，完成采煤与固体充填，传统的固体采煤技术采取后退式，需要将充填设备增加到原有工作面上，以实现有效填充的目的。应用前进式开采技术，进一步提高了采煤作业面上的工作量，充填、采煤、双向沿空巷道的操作均要在一个循环内完成，如果其中一个工作存在安全隐患，将会影响整体采煤工作的安全性。

2 预掘两巷前进式固体充填采煤技术分析

预掘两巷前进式固体充填采煤技术中，工作面采用预掘巷，进回风巷道后，工作面形成。开采时，背对采区运煤上山方向进行，推进工作面的过程中，双向沿空留巷工作同时进行，运煤、运料、行人等均在沿空巷道中进行。

2.1 布置采煤工作面设备及优化液压支架结构

前进式采煤工作面中，采煤机、刮板输送机、破碎机、充填采煤液压支架等均为主要设备，布置设备工作面时，相同于普通综采，在轨道巷中布置充填运输设备，如运矸带式输送机。由此一来，能够顺利运输充填物料及煤炭，使二者间不产生干扰，促进了巷道断面的减小[2]。通过前顶梁的掩护，于同一通道中开展充填、采煤工作，同时，正四连杆机构会对其产生一定限制，再加上后立柱存在的影响，导致视觉空间差存在于充填作业，使充填进度、充填质量无法有效的掌握、控制。为解决此问题，优化液压支架结构，采用双通道充填与采煤一体化液压支架，此支架共由六部分组成，分别为前后顶梁、反四连杆机构、立柱、夯实机、底座。在一体化液压支架作用下，采煤与填充工作不在共用一个通道，而是使用自己独立的通道，使可视空间增大，促进充填效果的提升，提高充填效率。

2.2 采煤沿空留巷支护方案

在预掘两巷前进式工作面中，充填体能够良好的支撑采空区，采动影响较小，且垂直方向的压力也不大，有利于进行沿空巷道的预留。在预留过程中，采空区充填阶段与采空区顶板下沉阶段依然会给其带来一定的压力，为保证岩层移动控制效果，还需要设计沿空留巷的支护体[3]。前进式采煤技术中，沿空留巷常用的支护方案有两种，一种为加强支护方案，一种为巷旁支护体支护方案。支护方案施工过程中，首先应准备支护材料，包含矸石袋、双头螺母锚杆、锚索、菱形金属网等，需注意，接矸工作禁止在多孔底卸式输送机下进行；其次设置临时支护，沿着走向，将单体液压支柱打在巷道内，共2排，一排与矸石墙紧靠，另一排与矸石墙间的距离为2 000 mm，每排中，单体液压支柱共3根，两个单体液压支柱间的距离保持为800 mm，支护托铰接顶梁开展，在支架后顶梁处，单体液压支柱支设3根，保证位于其与巷旁支护体之间，支柱间的距离保持为1 000 mm，支护托3 000 mm钢梁开展，还需将带帽单体液压支柱支设在充填体与支架后顶梁之间，1个即可，避免充填体滑落，保证作业人员安全；然后为垒砌矸石墙，进行1次移架后，即开展1次垒砌，顺序压茬进行，为了避免施工面发生倒塌，垒砌方式选择为梯形坡度；最后为矸石墙支护，垒砌矸石墙过程中，金属网先进行铺设，应将整个墙面覆盖之后在进行钢带安装及钢筋梯布置，钢带需与巷道顶底板垂直，钢筋梯布置沿着巷道走向开展，安装及布置完成后固定，接着进行双头螺纹式锚杆的安装，采空区侧先装，之后再进行巷道内侧安装[4]。

2.3 一体化工艺优化

利用前进式固体充填技术采煤时，为将生产效率提高，以普通固体充填采煤工艺为基础，设计了一体化工艺，有机地结合沿空留巷工艺、采煤技术、固体充填技术，使其在时间、空间上的配合达到最优，平行开展这三项作业，达到提升采煤效率的目的[5]。沿空留巷与固体充填采煤设计为一体化工艺后，在一个循环中，需完成三项工作，分别为一步距割煤、固体材料充填、沿空留巷。实际实施过程中，先按照普通综采工艺进行采煤，在通过充填准备、充填采空区等一系列操作完成固体材料充填。充填紧随采煤之后同步进行，也就是支架距离的割煤完成后，支架后部充填随即开展，充填完所有的支架时，整体前移输送机，补充充填所有支架，使充填整个工作面的操作完成，开始下一个采煤循环前，于准备时间内进行补充充填。充填期间，需不间断运行输送机，垒砌矸石墙操作无法进行，因此，垒砌应在充填前进行，开始充填口，支护方案施工开始。三种工艺结合为一体化工艺后，2～3 h左右即可完成一个循环。

3 结语

固体充填采煤技术是当前比较先进的一种采煤方式，但以往后退式模式在保障采空区充实率方面的效果并不理想，设计预掘两巷前进式固体充填采煤技术后，依然采取普通综采工艺采煤，但同时进行固体充填与沿空留巷操作，有效提升了采空区充实率，控制了岩层的移动。不过，此种前进式采煤工艺在应用过程中存在较多的难点，还需根据采煤作业区域情况优化工艺，提升采煤效率。

[1]毛振文.固体充填采煤技术浅析[J].山东煤炭科技，2015（12）：39-40.

[2]丁其乐，周跃进.固体充填采煤超大跨度开切眼成巷及支架安装技术[J].煤炭学报，2015（6）：1 333-1 338.

[3]高瑞，黄鹏，曹远威，等.固体充填采煤工作面留复合伪顶开采调整技术研究[J].矿业研究与开发，2015（1）：10-14.

[4]缪协兴，张吉雄.井下煤矸分离与综合机械化固体充填采煤技术[J].煤炭学报，2014（8）：1 424-1 433.

[5]苏建.充填采煤技术的现状与发展分析[J].中国新技术新产品，2012（18）：99.