ｍ ＦＯＲＵＭ ｌ论坛ｏ０ 薄煤层水力充填开采技术研究 口李伟张文龙朱志强安昌辉 我同煤炭资源特别丰富，在平原和山地等地区 地下赋存着大量的煤炭资源。在许多村庄等建（构） 最高的国家，回采率一般５０％－６０％，地表下沉系数 Ｏ．３＂０．６８。条带开采方面，波兰、前苏联和英国等 筑物下也赋存着大量的煤炭资源，大量宝贵的煤炭 资源被压覆，目前这些煤炭资源很少被开采，造成 了大量的浪费。经过多年发展和不断改进，国内比 较成熟的建（构）筑物下煤炭资源的开采方法主要 有部分开采（条带开采、分层限厚开采等）、协调开 主要采煤国家在２０世纪５０年代就开始应用条带法 开采建筑物压煤，取得了较为丰富的经验。 研究区域概况 王庄煤矿采用一对立井开拓，工业广场内布置 采、充填开采、覆岩离层带注浆充填后开采和搬迁 村庄后开采等。 混合提升井和风井，井下布置轨道暗斜井和皮带暗 斜井延伸至二水平，二水平为矿井现主要生产水平。 王庄煤矿主要开采４和４—２煤层，４煤层平均厚Ｏ．７５ ｍ，４－２煤层平均厚Ｏ．９０ ｍ，均为薄煤层，采用 当开采煤层厚度大，如厚煤层放顶煤开采或煤 层群总开采厚度大而导致地表大幅度沉陷、变形严 重，地面建筑物难以维护时，一般搬迁村庄后再开 采。充填开采是在煤层开采后用水砂、矸石或粉煤 灰等充填材料充填工作面后方采空区。我国采用和 试验过水砂充填、水力矸石充填、风力充填、水力 粉煤灰充填及矸石自溜充填等方法。近年来，建筑 长壁采煤法，全部垮落法管理顶板，采煤工艺为 高档普采。 王庄煤矿四采区位于村庄下，村庄面积较大， 居住人口较多。４和４－２煤层几乎全部被地表建筑 物压占覆，且煤层厚度薄，搬迁开采经济上不合理， 物下充填采空区采煤技术又提出了膏体充填、城市 垃圾充填等多种充填方法。我国条带开采多采用 落法管理顶板，采深一般小于５００ ｍ，开采厚 度多为２ ｍ厚，采出率一般在４０％，－，６８％之间，工 搬迁难度也很大，而条带开采资源回收率过低，为 最大程度地回收煤炭资源，研究采用充填开采。 研究区域内煤层可采资源较少（煤层厚度０．６ ｍ 以上）目煤层较薄，若采用常规采煤方法，开采难度 作面采出率在３０％ ６０％，地表下沉系数一般小于０．２， 大，人员作业困难。根据研究区域内地质资料，研 效果显著。同内多个矿区都实践了多项建（构）筑 物下采煤技术，采用条带开采或充填开采来开采建 （构）筑物下的煤炭资源。 究区域内煤层较适合采用水力开采，煤层开采后采 用高水材料充填采空区。 闻外进行建（构）筑物下采煤的历史较长，其 采掘机械设备 采煤机械设备 水采工作面采用高压水射流落煤，煤水通过溜 中波兰、德困、前苏联和英国的建筑物下采煤技术 在世界上处于领先地位，并积累了大量经验，其主 要的同采方法是条带开采、充填开采和采前（后） 槽无压运输至采区煤水分级硐室。工作面装备简单， 没有大的机械设备，主要有水、阀门、管路、快 速接头和溜槽等设备。 建筑物加同等方法。 充填开采在德同和波兰应用最为普遍。波兰在 城镇和工业建筑物下采煤时采用水砂充填的采煤量 占全同“三下”总采煤量的８０％左右。英国、法国、 Ｉ：Ｌ￣ＪＪａ，：ｌ－等国都不同程度的采用了风力充填方法。美 阳足世界Ｉ二采用连续采煤机房柱式开采最早和产量 掘进机械设备 巷道掘进为半煤岩巷掘进，采用风动凿岩机打 眼，使用二级煤矿许用乳化合毫秒延期电雷 管，爆破落煤岩掘进，用锚杆机来支护巷道，用耙 ４８，矿业装备ＭＩＮＩＮＧ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ 斗装岩机机械耙装，用１ｔ标准矿车运输，平巷采用 电机车运输，斜巷采用矿用绞车提升。掘进头使用 局部通风机通风。 点为良好的流动性，适度的膨胀性，足够的稳定性， 较强的抗压性。 充填设备 充填设备由相同的两套组成，主要设备包括２ 工艺流程 采用高压水落煤，原煤浆经回采巷道和主溜 煤道溜槽自溜至分级脱水硐室分级，＋２ ｎｕｎ筛上品 台间隙式强制双卧轴混凝土搅拌机、１只矸石配料 仓及其４个气动卸料闸ｆ７、２台皮带秤、２台覆式 皮带输送机、２只胶结料仓（包括配套的仓顶收尘 器、卸料蝶阀、破拱装置、仓顶安全阀）、２只粉煤 进入矿车外运，一２ ｍｒｎ的筛下煤水通过２台立式渣 浆泵排至煤泥脱水硐室过滤机脱水，脱水后的煤泥 经１台胶带运输机转载装至分级脱水硐室刮板分级 筛后装入矿车外运。 灰仓（包括配套的仓顶收尘器、卸料蝶阀、破拱装 置、仓顶安全阀）、２台胶结料螺旋给料机、２台粉 煤灰螺旋给料机、２台供水泵（包括管阀）、２只矸 充填开采研究 为了保护地表的建（构）筑物，研究采用全 石缓冲仓、２只胶结料称量斗、２只粉煤灰称量斗、 ２只称水斗、２个收尘袋和１只料浆缓冲斗等。充填 采全充法，用高水充填材料把采空区全部充填起来。 设备设计制备能力１２０ｍ３／ｈ，每台搅拌机搅拌能力 全采全充法控制覆岩及地表变形效果最好，但充填 量大。采空区采用充填法管理顶板，采、充交替作 业。沿走向每隔８ ｍ划分一个充填块段。初采煤壁 推进１０ ｍ后，施工第一个充填块段，以后每推进 为８０ｍ３／ｈ。 充填管路布置 充填站由充填罐、辅料仓、粉煤灰仓、蓄水池 等组成，选择在有利于生产的位置，具体布置充分 考虑了场地条件和充填系统的功能需要。充填钻孔 采用垂直孔，孔内敷设管路。 ８ ｒｎ形成一个充填块段。顶板破碎时及时缩小充填 块段。上、下端头挡墙随工作面回采用砌块配合水 泥砂浆垒砌而成，工作面挡墙，在三、四排支柱间， 充填站到充填钻孔之间管道选用直径２１９ Ｘ １８ ＩＤｎｌ， 内径１８３ １１１１１１，１６ Ｍｎ无缝钢管，单根直管长度为６ ｍ， 管路采用法兰连接。充填钻孔内垂直充填管选用直 径２１９×１０ｉＴｌｒｎ，内径１８３ ｒｎｒｎ，１６Ｍｎ无缝钢管，管与 管的连接采用套管焊接的方式连接。井下干线管是 由下而上倾向垒砌充填墙至上端头，与上、下端头 挡墙形成充填空间，在上端头留设充填口，敷设管 路采用自流方式充填采空区。工作面充填墙的厚度 为０．６ ｍ，砌墙与充填的间隔时间不小于４８ ｈ。一 次充填方量为１００ ｎｌ ，考虑挡墙承压性能初次最大 从充填钻孔底到工作面入口前的充填管，选用直径 ２０３ ｘ １０ ｍｍ，内径１８３ １Ｔｔｒｎ，１６Ｍｎ无缝钢管，管路 充填量一次不超过５０ ｍ 。 充填材料的选择 赤泥、尾矿、风积沙等硅质材料；辅料为石膏、石 灰、水泥、铝养熟料和膨胀剂。 采用法兰连接。充填工作面管选择柔性管，以便工 充填原料包括基料和辅料，其中基料为粉煤灰、 作面内分段充填。沿工作面每隔２０ ｍ左右布置一 个三通，向待充填空问布置一个布料管，布料管的 充填采用胶管阀控制。 粉煤灰是火力发电厂的主要固体废弃排放物， 充填 充填开始前用清水对管路进行冲洗，充填管 路冲洗完毕后，开始启动充填系统进行充填。充 填管路敷设２道，（一路正常充填，一路应急备用） 目前主要堆放在地面，形成库或场，不仅占用大量 土地，还污染环境。以粉煤灰为充填原料，将固体 废物资源化利用与解决煤矿开采沉陷有机地结合起 来，减少粉煤灰堆放占用土地，甚至消灭粉煤灰库、 将充填软管架设牢固。遇管道破裂、模板漏浆时 场，有利于减少土地占用量，减少粉煤灰对环境的 污染。 应使用备用充填管路进行充填。为了保证充填过 程的顺利进行，充填进度情况随时用直通电话联 络。充填完毕后，地面停止下料，待料不流动时， 用清水再次冲洗管路。确认水变清后停水，完成 一充填材料配比及特性 将基料和辅料混合后，制成固水质量比为 １：１．３～１．５的充填料浆，即高水膨胀材料，其特 次充填。 遵 ２０１７．１２矿业装备，４９
