超高水充填开采技术在煤矿中的应用

摘 要：邢东矿井田范围内共有11个村庄，村庄压煤占全部井田地质储量的82%以上，实施采后充填迫在眉睫。针对这一难题，邢东矿进行了超高水充填开采技术研究，并在1126综采面进行了成功应用。不但解放了大量村庄压煤，还大量利用了井下污水，减小对环境的污染，具有极大的经济社会效益。

关键词：村庄压煤 超高水 充填开采

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0038-02

邢东矿剩余煤炭资源的82%以上为村庄压煤，大量建下压煤的存在，对当前及今后矿井合理的生产布局、正常的采掘接续安排与持续稳产均产生了极大影响，严重制约着矿井回采率及可持续发展能力的提升。为解决这一难题，邢东矿开展了超高水材料充填开采的试验研究，并在现场进行了成功应用。

1 工程概况

邢东矿1126工作面，是本矿首个超高水充填工作面。该工作面主采2#煤层，走向长490 m，倾斜长70 m，煤层平均厚度4.5 m，煤层平均倾角10.3°，可采储量 25万t。采用单一厚煤层一次采全高倾斜长壁后退式采煤法，用超高水材料充填方法控制采空区顶板。

2 超高水充填材料基本性能

2.1 材料简介

超高水速凝固结充填材料（简称超高水材料）是指水体积在95%以上，最高可达到97%的超高水材料。主要由AB两种物料，分别加入8～11倍水组成。A料主要以铝土矿石膏等独立炼制并复合超缓凝分散剂构成，B料由石膏、石灰和复合速凝剂构成。两者按一定比例配合使用，强度可根据需要进行调整，满足井下充填要求。

2.2 材料物理力学基本性能

（1）材料力学性能。

超高水材料不同水体积固结体的强度随时间变化规律如图1所示。从中可以看出，早期强度较高，而7 d后强度增长缓慢。

（2）材料变形特性。

超高水充填材料用于采空区充填后，处在较为封闭的状态，其固结体要受到上覆岩层的作用，体积是否会发生收缩或者膨胀，直接影响对上覆岩层的有效控制。图2所示为超高水充填材料固结体体积应变随时间变化的曲线。从中可以看出，超高水材料受压后，体积应变较小，位于0.001～0.003之间，表现出良好的不可压缩性。

3 超高水充填采煤工艺

3.1 超高水充填支架

我矿使用的充填液压支架型号为ZC12400/30/50，是一种新型的超高水充填开采工作面支护设备，做到了采煤与充填作业的分离，避免了采煤与充填的相互干扰。

充填液压支架采用前后置型式，前后支架稳定机构均采用四连杆机构。前置支架和后置支架均为三柱掩护式型式。本充填支架前端支架实现顶板与煤壁支护，后端支架实现充填与顶板支护，支架前部满足正常的综合机械化开采，后部支架实现采空区超高水充填，同时满足充填和采煤协调作业。

3.2 超高水充填系统

邢东矿1126综采面超高水充填系统分为三个子系统：地面制浆系统、管路输送系统和工作面充填回采系统。

（1）地面制浆系统：制浆系统是整个充填系统中非常重要的环节。其主要任务是将固体粉料配制成足量符合充填要求的液态浆体，便于长距离输送。根据超高水材料的需求我们建设了A、B两套制浆系统，每条制浆系统制浆能力为110 m3/h。浆体配制好后，我们把配置好的浆液暂时储存在储浆池内，待地面制浆完毕后，通过浆体自流系统将配置好的A、B两种浆液由地面注浆站输送到井下回采工作面。

（2）管路输送系统：管路输送系统分为竖直段、大巷水平段和工作面输送段；竖直段长800 m，大巷水平段长1500 m，1126工作面输送段长400 m，总共长2700 m，管路均铺设两趟，分别用来输送A、B浆液。在距离工作面60 m左右设置管路混合器，两趟管路变为一趟，将A、B两种浆液混合在一起。

（3）工作面充填回采系统：工作面充填方式为采空区混合式充填，利用5个隔板支架，将工作面分成4个区域，沿工作面方向共布置4个包，包与包间隔一个支架宽度，每个包横跨9个支架的充填空间。充填方式采用采空区挂袋式封闭充填。这种充填方式的充填率高，充填体成型规则，且充填完成后充填体的密封性良好（见图3）。

3.3 超高水充填开采采煤方法

该充填工作面采用“四六”制作业，早班和晚班检修、充填，中班和夜班出煤生产，采用双滚筒采煤机割煤，采煤机割煤三刀，采空区充填一次，循环进度2.1 m，一天两个循环。充填工艺流程如下。

后置支架拉架挂袋充填准备输送料浆正常充填管道清洗充填结束验收凝固、检修。

4 超高水充填工作面矿压规律实测分析

为研究超高水材料充填开采的地表移动规律，也为本矿今后“三下”压煤开采提供基础数据，我们在1126充填工作面上方建立了地表移动观测站，根据1126观测站的观测数据显示，1126充填工作面地表变形量处于I级破坏范围内所要求的地表变形值范围之内。井下充填起到了控制或减少地表变形的作用。

5 经济与社会效益

邢东矿采用超高水材料充填开采技术，现已成功充填回采煤量50万吨（最高月产5.5万吨），利润1.7亿元。同时节省了巨额拆迁费用，不但置换出来煤，还大量利用了井下污水，减小对环境的污染。对于解放建下乃至三下压煤都有很好的应用性。

参考文献

[1] 冯光明.超高水充填材料及其充填开采技术研究与应用[D].徐州：中国矿业大学，2009.

[2] 张力亚.超高水材料充填开采设计方法及地表移动控制分析[D].徐州：中国矿业大学，2001.