浅谈矿井巷式条带充填技术

刁志军 谭舒文

（吉林省工程技术有限公司，吉林 长春130012）

1 问题的提出

察哈素煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内，矿井主采煤层3-1 煤层布置一个综合机械化采煤工作面。该矿地表建（构）筑物下压煤量巨大，就目前正在回采的3 煤层，压覆资源量就有4728 万t。为了有效回收利用资源，本文对巷式条带充填技术在察哈素煤矿的应用进行了分析论证。

2 采矿地质条件

该矿地质构造整体形态一致，构造轮廓为一极其平缓、开阔的不对称向斜，向斜四周构造复杂，内部构造简单，底层倾角1-3°，褶曲与断层均不发育，具有宽缓的波状起伏，无岩浆活动，属简单类型。该矿地质构造条件适合巷式条带开采技术的应用。

3 巷式条带充填技术简介

巷式条带充填技术是一种新型的充填技术，它是在原有条带充填开采技术基础上进一步增加充填技术，以膏体充填和矸石固体充填技术相结合的充填工艺为该技术的核心技术。工艺方法由多种演化方式，适应各种不同地质条件。目前，不同布置形式的巷式条带充填工艺方法，广泛应用与于边角煤及三下压煤的开采，并取得了较好的经济效益和社会效益。

3.1 巷式条带充填开采技术原理

在煤层内布置一系列宽为5～7m 的支巷，采支巷时形成窄工作面成组向前推进，支巷与支巷之间留设数米不等的煤柱；采支巷时用锚杆支护工作空间；采煤用连续采煤机配套设备，采煤、支护在一组支巷内交替作业。

在工作面实施充填开采，其技术原理是将工作面的开采和充填都分为两个阶段：

首先，进行支巷回采（第1 阶段回采），同时将回采后的支巷进行充填（第1 阶段充填）；其次，充填体的强度达到要求后，在充填体的支撑下将留设的煤柱进行回收（第2 阶段回采），同时对煤柱回收后的空间及时充填（第2 阶段充填），最终实现对煤的置换。连采面充填开采过程示意如图1 所示。由于第2 阶段回采煤柱需在第1 阶段充填形成的充填体柱支撑顶板条件下进行，充填体柱的承载能力和稳定性尤为重要，所以第1 阶段充填体应为胶结体形式，且接顶率必须满足要求。一般情况下，第一阶段充填采用高强度膏体充填，第二阶段充填采用低强度矸石充填。

3.2 巷式条带充填开采工艺的技术优势

①充填与开采可平行作业，效率较高。工作面由于空区和煤柱相间布置，充填和采煤不在同一位置作业，充填不影响正常采煤，因此，充填开采生产能力与常规连采面生产能力（一般为40～60 万t/a，最高可超过100 万t/a）相同，可实现较高的生产效率。

图1 巷式条带充填开采原理示意图

②充填空间封闭简单。巷式条带充填工作面以支巷为充填单元，只需对支巷两端进行封闭即可，操作简单，工作量小，为充填空间的快速构筑创造了有利条件。同时，也节省了充填袋、土工布等辅助材料，降低了充填成本。

③充填成本低。采用强弱充填相结合的充填工艺方式，大大降低充填开采成本。

④采用独特的充填接顶工艺方法，实现了开采与充紧填实的统一。

⑤实现了充填速度大于回采速度，首创式的解决了充填制约开采的问题，为工作面的进一步开采提效创造了空间。

⑥采充协调：衔接快，采后即充，随时充填任何支巷，饱和膏体泌水量少。

图2 一阶段实体煤开采与一阶段高强度充填设备布置

图3 二阶段开采与二阶段低强度充填设备布置

4 充填工作面开采技术分析论证

根据察哈素煤矿的实际情况，工作面按5m 条带宽度考虑，为尽量实现工作面全部煤炭采出，将工作面开采分为一阶段开采和二阶段开采，充填相应分为一阶段充填和二阶段充填。其中一阶段开采是指在两侧（或一侧）为煤柱条件下的开采，二阶段开采是指两侧为充填体条件下的开采。本次充填开采工艺特点于二阶段开采是在以一阶段充填体为支撑条件下进行回采，要求一阶段充填体必须要有足够的强度才能保证两个二阶段的安全顺利开采，因此，一阶段采用高强度充填，二阶段充填则以处理工业废弃物为主。

工作面初步采用“采一留三”逐条开采的条带开采工艺，即工作面每四条回采巷为一组，每次沿充填体一侧依次掘进回采条带。其开采工艺划分为以下四个步骤。

第一步骤：按照“采一留三”的条带工艺，由回风大巷侧向运输大巷侧逐次进行实体煤的开采，每条回采条带回采完毕后采用高强度充填体进行充填。

第二步骤：在第一步骤回采条带全部充填完毕，巷内充填体达到预定强度后，采用“采一留三”的方式依次回采一步骤充填体左侧条带煤柱，每条回采条带回采完毕后采用高强度充填体进行充填。

第三步骤：在第二步骤回采条带全部充填完毕，巷内充填体达到预定强度后，采用“采一留三”的方式依次回采二步骤充填体左侧条带煤柱，每条回采条带回采完毕后采用高强度充填体进行充填。

第四步骤：在第三步骤回采条带充填完毕，巷内充填体达到预定强度后，回采剩余最后一条煤柱，每条回采条带回采完毕后采用低强度充填体进行充填。

由于本工作面为充填实验工作面，故本次开采技术方案先期采用“采一留三”工艺方式，在掌握井下矿压显现特性后，逐步调整为“采一留二”、“采一留一”工艺方式。

根据充填工作面巷道布置形式，采用两台掘采机进行工作面的开采，后配套运输采用铲运机运输，运输皮带布置在本矿的301 工作面与302工作面间的主运输顺槽。对条带支巷回采完毕后及时进行充填，待充填体达到预定强度后，再对靠近充填体一侧的煤柱进行回采和充填，具体开采工艺设备布置见图2 和图3 所示。

5 结论

采用巷式条带充填技术，解决了目前该矿面临的工业废弃物绿色处置及采空区大面积沉陷破坏等问题，并将井下大巷、地面建（构）筑物等保护煤柱等呆滞煤炭资源量采出，优化了工作面布置，延长了矿井服务年限，随着近些年来充填开采技术的快速发展，煤矿充填开采成本大幅下降，吨煤直接生产成本可控制在200 元以下，具有较大的利润空间。