煤矿井下充填采煤工艺的应用研究

杨德智

（大同煤矿集团有限责任公司云冈矿通风区， 山西 大同 037000）

随着综采技术的发展，在采煤过程中巷道开挖、煤炭分选均会产生大量的废料，若将这些废料传输到地面上将耗费大量的人员与资金，同时为了将地面上的煤渣等进行处理也需要大量的资金，而随着综采作业的进行在采空区极易产生沉降，给采空区人员的生产生活造成了严重的影响，因此提出了充填采煤工艺的概念。该方案主要是将开采、生产生活中产生的废弃物进行一定的无害处理后再填回到采空区内，即实现了对废物的处理又有效地防止了采空区的沉降[1]。由于技术水平的限制，煤矿井下充填采煤工艺长期处于较低的水平，充填效率低下、充填成本高、人工劳动强度大，严重限制了充填开采技术的进一步应用。随着科技的进步和机械水平的发展，提出了一种煤矿井下机械化综合充填采煤工艺，对其充填采煤技术方案及应用情况进行了分析，结果表明该新型的机械化综合充填采煤工艺具有自动化程度高、充填速度快、成本低的优势，极大地提升了井下充填综采作业的效率，具有极大的应用推广价值。

1 井下机械化充填综采技术

由于在煤矿井下开采作业的过程中，液压支架回撤后，巷道在矿压波动下极易产生塌方，导致后续无法进行连续的充填，而且井下空间狭小没有专门的充填物料的运输通道，充填后很难对充填体的充填密度进行测定，因此充填开采的主要技术难点在于如何实现在狭小空间内的物料运输、及时充填和对充填密度的有效测定。

为了克服上述困难，在对多种充填技术方案对比后，提出了一种机械化充填综采技术，该技术方案的优点在于针对现有的充填开采的技术难点专门设计了一种集综采与机械化充填于一体的大型机械设备，实现前侧进行综采作业，后侧进行充填作业，然后由机械夯实机构将充填物质压入到后侧的采空区域，通过单通道的前采、后填的计算方案，有效地克服了井下空间狭小、填充不及时、夯实密度不足的缺陷，该井下机械化充填技术方案如图1 所示[2]。

图1 井下机械化充填采煤工艺

2 井下填充固体物料输送工艺

由于对采空区域填充需要大量的填充物，单纯依靠煤矿井下开采过程中产生的固体废物，远不能达到填充用量，因此就必须建立一个专门的充填物料输送系统，实现将地面上的充填材料传输到煤矿井下的综采、填充机械设备处，确保充填作业时材料供应的连续性和稳定性，煤矿充填作业固体填充物料输送系统如下页图2 所示[3]。

图2 充填采煤固体物料连续输送系统

由图2 可知，该连续物料输送系统为组合式井筒输送系统，其包括了固体充填物料连续运输托盘、钢丝绳提升系统、无投送滑道等传输机构[4]，该物料连续输送系统的投送工艺流程为，首先将物料送入到地面上的储料仓储存好，然后通过连续物料输送机将混合好的物料传输到托盘上，此时控制系统启动钢丝绳提升机，将承载物料的托盘传输到煤矿井下，在改向轮的作用下将填充物料定向传送到井下胶带输送机上，通过胶带输送机传输到指定的位置。该组合式井筒输送系统的优点在于采用双传输结构，能够最大限度地提升物料的转运效率，满足井下快速充填作业的需求。

在进行充填作业时采用了“采一充一”的采充连续循环作业方式[5]，在充填作业时，将充填机械的尾部朝向头部的方向打开充填卸料孔，卸料孔打开的数量可根据充填作业的速度进行调节。夯实机的夯实力和夯实次数根据对充填物料的密度进行调整，同时通过后侧的充填密度监控系统实现对充填夯实效果的监测，为了确保夯实的可靠性，通常采用“采充并举”的夯实工艺方案。

3 井下充填采煤工艺应用效果

某矿井下综采区域有一条长度为1 470 m 的带状综采区域，上侧为人口聚集区域，要求综采后的沉降量不能超过170 mm，其煤层的平均厚度约为3.7 m，在采用传统综采方案和充填采煤工艺后，对沉降量进行统计如图3 所示。

由实际验证结果可知，当不对巷道进行填充时，综采区域的沉降量约为250 mm，当采用煤矿井下充填采煤工艺后，采空区域的沉降量约为107 mm，沉降量比优化前降低了57%，极大的提升了采空区域的地层稳定性，具有十分重要的意义。

图3 有填充和无填充情况下的沉降量变化

4 结论

本文针对现有的煤矿井下充填采煤工艺所存在的充填效率低下、充填成本高、人工劳动强度大的缺陷提出了一种新的机械化充填采煤工艺技术，对其充填采煤技术方案及应用情况进行了分析，根据实际应用表明：

1）机械化充填综采技术方案，能够实现前侧进行综采作业，后侧进行充填作业，然后由机械夯实机构将充填物质压入到后侧的采空区域，通过单通道的前采、后填的计算方案，有效地克服了井下空间狭小、填充不及时、夯实密度不足的缺陷。

2）当采用煤矿井下充填采煤工艺后，采空区域的沉降量约为107 mm，沉降量比优化前降低了57%，极大地提升了采空区域的地层稳定性，具有十分重要的意义。