预掘两巷前进式固体充填采煤技术

王军平

(山西省阳泉煤业集团创日泊里煤业有限公司，山西 晋中 032700)

0 引言

预掘两巷前进式固体充填采煤技术主要是根据目前我国生态环境被严重破坏而研发出的一种新兴技术，该技术主要是把地面或者井下的矸石等多种固体废弃物，利用相关设备充填进采空区，以此实现煤炭的置换，还可以控制上覆岩层的移动和地表的变形。目前该技术已经在我国的多个煤矿进行了成功的应用。因此，对于预掘两巷前进式固体充填采煤技术研究是很有必要的。

预掘两巷前进式固体充填采煤技术是指施工单位在开采煤炭资源时，将传统的预掘巷道看做是作业面，并在该作业面采取背向采煤面上山的方式，进行煤炭资源的开采。在作业面推进的同时，开采人员需要在事先预留好的空间内，实现固体废弃物和煤炭资源的相互置换。这样可以保障煤炭资源在全部开采完成之后，立即使用固体废弃物实施回填，在很大程度上避免了坍塌现象的出现，从而确保生态环境不会由于坍塌而造成损坏。具体的工作原理如图1所示。

图1 预掘两巷前进式固体充填采煤技术工作原理示意图

将该技术和其余采煤技术进行比较，该技术能够同时进行填充与开采工作。固体填充物能够将沿空巷道填充完全。需要注意的是，沿空巷道需要留有一定的空间进行通风，确保开采工作面的瓦斯等有害气体可以及时地排出去，从而降低开采工作的风险系数，保障开采人员的生命安全[1]。

1 技术应用难点

1.1 控制岩层的移动

在实际的煤炭资源开采工作中，该技术的应用目的在于，合理控制开采区域岩层的移动状况以及开采作业面附近地形的变动。如果开采单位仍旧采用传统的技术，很容易导致岩层出现移动，而且地质结构的变形得不到很好的控制，还会影响到煤炭资源开采的工作效率。由此可以看出，在应用该技术时，开采单位需要有效控制岩层的移动，这样才能保障煤炭开采的效率。

1.2 沿空巷道内部应力的平衡

在实际的煤炭资源开采工作中，该技术的应用需要使采煤的作业面预留出一定的沿空巷道，这样不仅可以为大型采煤设备的移动提供便利，还可以实现固体填充物与煤炭之间的高效置换。然而，在两者置换的过程中，沿空巷道旁边的支护体很容易在采动集中应力的作用下，受到侧压力的影响。观察该技术的操作要求可知，填充工作面必须要和开采工作面保持一定的距离，从而导致开采工作面工段的沿空巷道受到固体填充物施加在支护体位置的侧向压力，因此，开采人员需要保障沿空巷道内部应力的平衡，避免出现沿空巷道所受的集中应力过大而出现填充体坍塌。

1.3 采煤、充填和双向沿空留巷相结合

在实际的煤炭资源开采工作中，该技术需要相邻的两个巷道共同实现置换。对于后退式的填充方式而言，开采人员需要在原综采工作面的基础上，再添加适量的充填设备，实现固体填充物的完全填充。但是应用该技术之后，加大了开采工作面的工作量，工作人员要在一个循环内，完成采煤工作、填充工作和双向沿空留巷这3个步骤，这3个步骤是相互制约的，如果有一个环节出现了问题，都会严重影响到开采工作面的工作效率以及安全性。

2 采煤技术的实际应用

2.1 试验煤矿简介

选择某矿业集团花园煤矿三采区的北部作为技术的试验区域，该区域在三采区带式输送机下山的西方区域；井田边界保护煤柱的东方区域；采取的北方区域属于FD2断层；南方区域属于FD39断层。开采的煤层属于二叠系山西组三煤，该采区的煤层平均厚度大约为2.5 m，倾角在7°～19°之间。采区的地表大都是农村的河流、房屋以及公路等建筑物或构筑物，住户大约有二百余户，人口约为一千人。

2.2 试验准备工作

试验的准备工作主要包括工作面的布置和关键设备的准备。由于试验区域的地质状况以及现有巷道的铺设状况，开采人员为了保障岩层移动以及地表变形的控制效果，在采区内布置了1312以及1316等2个工作面，具体的布置方案和主要参数如图2所示。

图2 预掘两巷前进式固体充填采煤系统的布置方案

本次试验主要使用的设备有双通道充填以及采煤一体化的液压支架，该设备的型号是ZC9600/16/32，支架具备的中心距离为1.5 m，支撑的高度是1.6～3.2 m，初撑力是8 322 kN，工作阻力是9 600 kN，支护的强度参数为0.8 MPa；多孔底卸式输送机，该设备的型号是SGBC764/250，电机功率的参数值为250 kW，工作电压的参数值为1 140 V，卸料孔的尺寸是345 mm×460 mm；采煤机的型号是MG250/601-WD，该设备的采高范围在1.85～3.5 m范围内，截深是0.63 m，电压等级参数值为1 140 V；刮板输送机的型号是SGZ764/160，电机功率的参数值为160 kW，输送量是800 t/h，链速是1.1 m/s，刮板的链型式是双中心链[2]。

2.3 试验效果

试验的效果主要包括工作面的填充效果、沿空留巷的变形情况以及地表变形的情况。

工作面的填充效果：本次试验从2016年4月进行1312工作面的开采工作，到2017年6月，1312以及1316工作面的开采全部完成，使用该技术开采的煤炭量一共为13.6万t，充填的矸石高达18万t，没有煤柱的沿空留巷长度大于2 000 m。为了全面了解该采空区的填充效果，开采人员在1316工作面的充填部位共配置了三排监测仪器，这三排仪器和切眼的距离分别为15 m、45 m和95 m，根据三排监测仪器测量的结果可知：最大顶板下沉量是236 mm，由此计算可得，1316工作面的充实率要超过90.6%，因此，预掘两巷前进式固体充填采煤技术的填充效果很好。

沿空留巷的变形情况：巷道两帮的移近量最大值是157 mm，顶底板的移近量最大值是103 mm，巷道的断面一直在原断面的90%以上，所以使用预掘两巷前进式固体充填采煤技术进行煤炭资源的开采时，沿空留巷基本不变形[3]。

地表变形的情况：为了深入了解地形变化的状况，开采人员在采区内配置了4条监测线，在开采之前，4条监测线就开始运行，一直到工作面全部开采结束之后，监测线共获得27组监测数据，通过对监测结果的分析可知：使用预掘两巷前进式固体充填采煤技术进行开采之后，地面的最大下沉值是125 mm，水平变形是0.3 mm/m，倾斜变形是0.4 mm/m，地表的建筑物和构筑物均未出现破坏[4-6]。因此，预掘两巷前进式固体充填采煤技术不会对地表造成变形。

3 结语

预掘两巷前进式固体充填采煤技术具有良好的发展前景。通过对预掘两巷前进式固体充填采煤技术研究可知，选用科学合理的设备和工艺，可以有效提高煤炭资源开采的工作效率，保障工作人员的生命安全。从而促进我国煤炭开采行业的发展，可以为相关人员研究预掘两巷前进式固体充填采煤技术提供参考。