综合机械化固体充填采煤一体化技术

2019-09-21 03:11武鹏飞
山西冶金 2019年3期
关键词:顶梁矸石采空区

武鹏飞

(山西焦煤汾西矿业“五人小组”管理局, 山西 介休 032000)

1 充填采煤技术的技术难点

煤炭资源被广泛分布于沉积岩层中,随着开采深度的增大,覆岩很容易发生随采随跨的问题,由于充填技术缓慢,不能有效维持充填的基本通道与空间。对此,煤矿企业在采用充填技术时应充分克服动力、通道以及空间等三方面的技术问题:一是确保采煤后,采空区的顶板不发生垮落问题,为采空区的矸石充填提供更多空间;二是开采期间形成充填固体材料的运输通道,确保技术人员可以安全有效地将矸石等充填材料运输至采空区域;三是在充填矸石时应确保其压实度,达到密实充填的效果。

2 综合机械化固体充填一体化技术

2.1 系统布置

图1为综合机械化固体充填一体化技术,粉煤灰、建筑垃圾以及地面矸石等均属于固体充填材料,技术人员主要利用运输系统将固体物料运输至矿井下,在带式输送机的运输下带至采煤工作面,且技术人员在压实及充填采空区时采用了充填运输机与液压支架设备,避免了充填压实带来的技术难题。

图1 综合机械化固体充填一体化技术示意图

类似于传统的综采工作面,综合机械固体充填采煤技术工作面主要在采空区完成作业面的布置工作,在平面巷道内布置固体充填物料的运输平面,利用运输机完成固体物料的运输工作,在此运行系统中,同一工作平面可以实现采煤与充填工作的同时进行。

2.2 液压支架

充填一体化液压支架可以确保充填与采煤作业在同一工作面内进行,且在多年研究后,技术人员在建立采场矿压力学模型时采用了固体充填开采规律,并分析了采场顶板运动与支架受力之间的关系,据此详细设计了充填采煤支架支撑顶板系统,使其与采煤一体化液压支架系统实现了并行运行,确保了安全高效开采煤炭资源。前顶梁与后顶梁属于采煤与充填一体化液压支架的组成部分,其中支护能力更强的为后顶梁,前顶梁被广泛应用至采煤作业,后顶梁主要被用于充填作业中,后顶梁设置的两根立柱可以有效提升支架的后部支撑力量,在采空区内可以直接充填固体物料,其充填物强度经夯实后超过了2 MPa。除此之外,此系统还可以根据地表沉陷与岩层的移动目标,有效保证采空区的充填率,提高了充填效果。

3 充填开采的应用实际案例分析

3.1 密集建筑群下的充填采煤案例

花园煤矿位于山东省,其具备较大量的建筑物下压煤,开采期间采用了条带开采技术,采出率较低,仅为32%。在采用综合机械化固体充填一体化技术后,其可以全部使用固体物料实现充填采煤,进行无煤柱开采,采出率提升为85%,矿井的服务年限也由之前的40年延长至100年以上。花园煤矿平均深约550 m,煤厚达到了2.5 m,技术人员通过实际测量发现,其最大下沉量为217 mm,充填物料后,最大下沉量达到了196 mm。由此看出,对采空区域充填固体物料后,明显降低了下沉率,具备良好的充填效果。

3.2 新汉翟镇煤矿密集村庄群下充填采煤

翟镇煤矿属于新汉矿区的主力矿井,采煤区域分布于翟镇中心周边村庄范围内,采用条带开采方式,矿柱留100 m,条带宽50 m,采出率低于40%,开采年限低于50年。采用固体充填综合一体技术后,采出率达到了87%以上,开采年限也增加至100年以上。此煤矿最早与矿业大学合作,采用综合机械化固体充填采煤一体化技术进行了工业试验,掘进研石为具体的填充物。翟镇煤矿七采区为主要的充填采区,其南北倾向长700 m,走向平均长500 m,呈现出南长北短的三角形状。煤层四周高、中间低,呈现出盆地构造。目前此煤矿主要的开采煤层工作面走向长度为564~592 m,倾斜宽度为92 m,开采垂直深度为580~613 m,煤层厚度在1.8~2.4 m,平均厚度为2.2 m。

全矿井已经开采11个充填采煤工作面,共采煤241万t,充填面积达到了70万m2,计算发现,需要298万t的充填矸石。煤矿企业利用充填液压支架同步进行充填与采煤工作,利用自卸投料运输机确保充填料的运输量,矸石通过大孔径、大深埋的钻孔充填投料系统运输至采空区,液压支架将矸石推向后方,并进行压实,具体充填推压示意图如图2所示。

图2 充填采煤推压示意图

翟镇煤矿在采用固体充填综合机械一体化技术之前,所有采煤工作面均未夯实,充填后进行了夯实,有效控制了地面沉降,确保其满足地面的设限要求。除此之外,此煤矿实现了井下煤研分离,使得煤流矸石不出井。

4 结语

综合机械化固体充填采煤一体化技术主要在研究岩层控制理论的基础上,进一步提升煤炭的开采效率,在我国得到了快速的推广与应用,并为企业赢得了更大的经济与社会效益。本技术的开发属于系统工程,理论研究还有待进一步深入,并有效解决了支架部充填系统的自动化控制问题,从而使其可以适应更为复杂的开采条件,提升开采效率。

猜你喜欢
顶梁矸石采空区
老采空区建设场地采空塌陷地质灾害及防治
矿井矸石山环境危害与防治措施分析
基于温度场分布规律的矸石山注浆钻孔布置方案研究
矿用液压支架顶梁结构强度优化研究
瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用
矿山矸石绿色充填系统设计及参数研究*
敦德铁矿无底柱分段崩落法后采空区的治理
关于矿用液压支架顶梁翻转平台的研制与应用
粗矸石回收系统改造的实践
综放支架顶梁外载及其合力作用点位置确定