大倾角煤层安全高效充填开采技术探析

曾国华

【摘 要】目前，就大倾角煤层开采现状来看，合理的选择开采技术，才能满足大倾角煤层安全高效的要求。所以，本文以某公司的大倾角煤层安全高效充填开采技术进行分析，希望可以攻克大倾角煤层技术方面的难题。

【关键词】大倾角煤层；开采；安全；充填

中图分类号： TD823.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）17-0149-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.074

【Abstract】at present， in view of the mining status of large-dip coal seam， the reasonable selection of mining technology can meet the requirements of safety and efficiency of large-dip coal seam. Therefore， this paper analyzes the safety and efficient filling mining technology of a certain companys large-dip coal seam， hoping to solve the technical problems of large-dip coal seam.

【Key words】High dip coal seam；Mining；Safety；Filling

目前，在煤炭开采工程和学术界中都没有对“大倾角煤层”进行统一的定义，目前，将35°-55°的煤层称之为大倾角煤層。目前，在已经探明的煤炭储量中，大倾角煤层占据的储量为20%，而产量为10%，考虑到我国对于稀缺煤种的保护性开采，提升煤层资源的采出率，就成为能源安全的重要问题之一。

1 充填方式确定

按照实际的开采条件，选择相对应的填充方式，经过合理的阐述，似膏体管道自流填充为最终确定的数据。

第一，膏体泵填充技术，虽然含量较高，并且在井下的脱水量很少，但是需要大量的资金，并且技术本身的可靠性偏低。但是似膏体自流充填就可以弥补这些方面的缺陷，并且操作简单，运行可靠性较高。基于经济处罚，因为充填范围之中的储量偏低，所以，选择似膏体自流充填技术更加方便合理[1]。

第二，如果选择膏体泵送进行充填处理，其本身存在较差的流动性能，在直接排出管道之后，就会提升接顶的难度。但是通过这样的方式，就可以满足浆体流动性以及料浆浓度充填的要求，并且也可以满足空区充满率。

第三，按照相关经验，在进行加压输送的时候遇到压力不足，无法选择管道自流输送，才会对其余的方式加以选择。具体而言，管道自留的输出标准只有管路系统几何填充倍线小于5-6。

通过实际的计算，采取首期的充填范围内充填倍线只有3.0，这一个标准满足自流输送，所以，选择自流输送这一模式。

2 基于FAHP-DEA的工作面封堵方法

2.1 充填挡墙构筑工艺

2.1.1 混凝土挡土墙

对于混凝土隔墙构筑而言，首先要考虑到混凝土砖砌筑外层，对于内层的浇筑则需要使用0.5m的混凝土进行，但是总厚度需要在0.8m左右。为了满足充填封闭墙稳定性要求，在充填之前需要进行14d的养护。为了避免挡墙垮塌，需要实现分段的填充处理，当满足高度要求之后，放置1d，确保充填体本身初凝，提升自立性，等待满足封闭墙高度，就可以进行后续的操作[2]。

这一种方式本身具备一定的安全性，并且自身的承载能力较高，且适应力较强，但是材料成本高、施工工艺复杂、强度上升相对缓慢，不能在高效高产的采矿作业面使用。

2.1.2 金属网柔性挡墙

柔性密闭滤水挡墙，柔性挡墙本身的工序非常的简单，并且施工工期相对片段，劳动强度地，所以，就可以满足循环操作之中的节约。

2.1.3 煤矸石空心砖挡墙

空心砖主要是利用一定的炉渣或者是其余的水泥和骨料进行混合，并且将其挤压成为免烧砖。空心砖本身比重偏轻，并且成型之后会达到35%的空洞率，因此空心砖本身较轻，有利于搬运以及快速施工处理。空心砖挡墙工艺：地基上直接选择混凝土进行铺底处理，确保其和硬岩能够相互的结合，在内部，则选择混凝土进行填充处理，并且需要将内外墙面进行抹平，然后其砌墙的砂浆配合比：1：2的水泥与砂，墙面选择1：1的配合比，抹墙面所使用的沙粒其直径不得超过1mm，水灰比控制在0.45。另外，在进行砌筑的时候，需要针对粘土进行填充，这样也可以满足墙体可缩量的要求。为了满足充填浆料水分充分滤出的要求，每间隔两层转，需要有两个滤水窗户，从窗户朝外用滤布包裹其滤水孔。直接将挡墙外巷利用砌挡浆墙，直接用于滤水以及管道中料浆的盛放，所以控制高度为1m，而厚度控制在20cm。

2.1.4 木制挡墙

在进口的位置上使用木制充填挡土墙，直接将4-5条立柱和2-3条横支撑直接设置在进路端部，然后使用木板封堵，同时设置两层的土工布，如此就可以在开展滤水施工的同时，也可以做好跑砂的防范。在模板上，直接凿开小孔用于排水。设置斜支撑来顶住横支撑，这样就可以保护器稳定性。另外，木板上应该有相应的观察窗设置，这样就可以对实际的充填情况加以料及，为了避免有跑砂的情况出现，那么就需要直接选择水泥砂浆来直接完成挡墙两侧的密闭处理。目前，木制挡墙使用的非常广泛，同时成本低廉，施工非常简单。使用木制结构，因为过滤的材料使用的是土工布，所以本身的脱水能力较强，同时过滤效率良好，泄水的水质也非常的清澈[3]。

但是在使用木制挡墙的时候，还需要认识到：

第一，因为对挡墙存在强度的要求，所以对于木材本身的要求偏高。第二，立柱的架设，还需要直接打上柱窝，但是因为需要人为进行处理，所以本身的劳动强度较大。第三，挡墙圆木以及背板都直接绑扎在一起，这样不利于回收。第四，对于木材的消耗量较大，并且抗冲击能力较弱。第五，架设施工相对困难，并且施工的安全性偏低。

针对四中挡土墙，进行比较，具体见表1所示。

考虑到基本情况，初步选择空心砖和木制两种工艺为备选方案。

2.2 采厂顶板稳定性分析

在实际的采煤工艺中，每次推进0.6m，满足采煤和填充之间的最佳匹配，基于MIDAS/GTS的便捷人机交流平台，其具体的方式由三种，基于不同方案的工作面稳定性进行分析，最终确定相对应的工艺技术参数：

第一，采4充1，充填的斜长为2.4m。按照进4刀一次充填的模式进行。

第二，采6充1，充填的斜长为3.6m，进6刀一次充填的模式进行。

第三，采8充1，充填的斜长为4.8m，按照进8刀一次充填的模式进行。

首先，按照弹塑性力学理论，为了满足精度要求，就需要确保所选择的模型能够为实际开挖的3-5倍，并且要求倾角选择30°。考虑到现场的实际情况，并且方便后的计算，模型为100m*50m*350m。其次考虑到存在中段上覆岩体本身的作用，10MPa为荷载。然后进行关键部位开采的时候，考虑到相对密集的网格划分，但是个别区域则相对的稀疏[4]。

针对三种不同的方案，对于各项参数进行汇总，具体见表2所示。不难看出，随着空顶范围的逐渐增大，其压应力和顶板拉都在逐渐的增大，但是都在允许的强度范围之中。

2.3 充填高度与挡墙工艺组合方案

为了确定最佳的采、充关系，以及最佳的挡墙构筑工艺，按照表1的数据分析，从而选择4种方案。

基于封堵工艺以及填充高度的具体要求，上述的各种方案都有自身需要面临的问题，再加上因素之间还会有不确定的相关性的存在。所以，在工作面结构参数的具体选择方面，要考虑到本身辅助的问题。针对多个指标系统的不同对象，无法对其优劣进行比较，所以，就需要通过评价的方式进行选择。但是目前的评价方式较多，所以需要考虑到综合性的评价方式。针对挡墙工艺与充填高度之间的相互组合，综合评定选择FAHP-DEA來进行处理。通过合理的判断与分析之后，最佳的方式为采6充1，再配合上煤矸石空心砖挡墙。所以，选择这一个工艺，在满足安全性能的基础上，同时也能够节约大量的木材。无论是经济方面，还是社会方面，都是最佳的选择。

3 结语

经过20多年的发展，大倾角煤层开采技术的理论基础、关键装备、核心技术等方面都取得了一定的突破，并且也具有明显的经济效益与社会效益。在今后的研究之中，还需要针对大倾角煤层安全高效充填开采技术进行更进一步的研究，这样才能够满足安全高效生产的要求。

【参考文献】

[1]柳晶，李根威.条带充填保水开采导水断裂带高度多因素影响分析[J].煤矿安全，2018（03）：194-197.

[2]梁洪彪.某矿4号煤矸石充填开采技术研究[J].机械管理开发，2018（02）：111-113.

[3]周波.关于高水充填开采技术的探讨[J].内蒙古煤炭经济，2018（03）：11-12.

[4]牛建平.“三下”煤层安全高效开采技术研究[J].山东煤炭科技，2016（08）：38-39+41.