以矸换煤绿色开采矸石充填工作面设计与应用

以矸换煤绿色开采矸石充填工作面设计与应用摘要:该文通过在边角块段、顶板易用冒落的11煤层中成功实施了矸石充填,生产中采用调整支护方式、缩小充填宽度、严格施工工序等方法,解决了顶板冒落的问题,为矸石充填顺利进行奠定的基础,总结了生产中的不足,提出了相关注意事项,为进一步扩大矸石充填范围,实施绿色开采提供了借鉴,提高了资源回收率。

关键词:工作面矸石充填绿色开采

汶河矿业位于新汶煤田中部,始建于1982年,1985年正式投产,1992年经改扩建后生产能力达到15万吨/年,核定生产能力为15万吨/年,矿井西与山东良庄矿业有限公司、东与新矿集团孙村矿为邻,井田面积2.05km2,矿井为斜井开拓,采用双回路供电,中央并列抽出式通风,单钩串车提升,四级接力排水。共有6个可采煤层,剩余可采储量325万吨,现开采水平为-450水平。

1 问题提出

随着“绿色开采”的大力推广,矸石充填技术因简单易行、以矸换煤、提高资源回收率等原因,得到了广泛应用。经过对周边矿井的咨询,绝大多数矿井将矸石充填面布置在顶板稳定的13煤层中,采用液压支柱带帽支护顶板,充填距离一次达至6m左右,并利用一整套充填设备,实施矸石充填。汶河矿业由于井田狭长、生产能力较小,矸石产生量小,无法采用大规模矸石充填,而矿井13煤层未有准备工作面,为

满足矸石充填需要,矿井决定利用边界附近两断层间的块段在11层煤布置充填面,在易冒落顶板煤层中进行矸石充填试验。

2 11煤层概况

本煤层位于太原组的中部,煤厚1.52m～2.05m,平均1.85m。煤层结构复杂,在煤层上部及下部含有1～2层高岭土岩夹石,厚0.1m～0.2m,富含黄铁矿石,以暗煤为主,层状分布。基本顶为粉砂岩组成,局部出现粉砂岩与泥岩互层,厚度13m左右,层理发育,上覆灰白色中砂岩,厚度平均6m。

根据矿压观测材料分析,该煤层顶板易冒落,顶板初次跨落步距为11.5m,周期来压步距为10.5m,正常推采过程中,支柱栽荷平均值170kN,最大210kN。

3 工作采面设计

3.1 11煤层工作面概况

该工作面上、下巷沿煤层顶板掘进,净高2.2m,净宽2.4m,采用锚网支护顶板。上回风巷回风、运矸石,下进风巷进风、运输煤。采面设计倾向长50m,走向长150m,倾角22°,预计充矸1.5万立方米,产煤2万吨。

3.2 矸石充填方案

(1)工作面支护参数:工作面采用液压支柱配铰接项梁支护顶板,顶梁为HDJ-1200型,支护方式排距1.2m,柱距0.7m,支回方式为“见五回二”,最大控顶距6m,最小控顶距3.6m,循环进度1.2m。顶梁采用齐悬梁倒悬梁式,即顶梁分割为“二十”分割方式(朝向采空为十,朝向煤壁为二)。附矸石充填示意图

如图1所示。

(2)初采切眼与上回风巷贯通后,与初采切眼留设5m煤柱向上掘第一进风切眼,并与初采切眼贯通。

(3)贯通后即进行推采,当采宽达到6m时,即停止推采进行矸石充填。当矸石充填至第一切眼时,再掘进第二切眼并进行矸石充填,以次类推。

如图2所示。

(4)充填过程中,采用由下而上、由已充填区至煤壁的顺序进行充填,以两个排距柱一个柱距形成的空间为单位进行充填。附充填单位分配示意图

如图3所示。

4 矸石充填施工方法

(1)由于该采面较小、矸石充填量小、采面倾角22°～25°、设备安装移动困难,不易采用机械充填,采用人工放矸、矸石水冲自溜实现充填。

(2)充填前首先在待充填单位靠近煤壁排支柱的内侧敷设竹笆,用于挡矸,并将大块矸石垒砌矸石带,防止矸石垣塌,并利于支护顶板。

(3)随充填矸石聚顶接近顶梁时,即可回撤顶梁。回撤顶梁前,要将敷设竹笆排支柱提前加密支柱,防止因回撤顶梁造成矸石垣塌。随充填进度随更换、加密支柱。

(4)采用饱和充填法配备矸石量。因矿井采用炮掘方式,一般上半班打眼放炮,下半班出矸支护。因此采面充填时要提前备好矸石,用上半班矸石充填,而下半班充填、回采间隔进行,确保充填与回采保持同速。

5 矸石充填安全措施

(1)严格执行好“多次注液”制度,确保支柱初撑力不低于12MPa。

(2)回撤支柱时严格执行“三角回柱法”,做到先填后回。

(3)矸石充填、回采间隔进行,不得平行作业;充填矸石时,采面严禁人员停留,并站好岗,防止矸石窜矸伤人。

(4)敷设竹笆必须超前不少于10m,用于挡矸,防止矸石崩落,增加工作量。要根据充填距离,增设挡矸设施,防止矸石滑行速度过快。

(5)采用侧卸式矿用车辆装矸,充填时便于放矸,放矸量时必须均匀。

(6)加强矿压观测,检测充填效果。

6 总结

6.1 不足之处

充填上回风巷及以下5m处采用人工充填增加了劳动强度,可采面小型抛矸机抛矸,以减少人力劳动和提高充填密实性。

6.2 充填效果及经验

(1)在倾角大于20°时采用水冲矸石自溜法,矸石充填密实度达到要求。

(2)采面支柱初撑力平均为17MPa～18MPa,未发现压力异常;下巷

断面变形观测结果表明,上帮巷道变形量未超过100mm,充填过程中未发现有顶板冒落现象,充填效果良好。

(3)通过调整支护方式、缩小充填宽度、严格施工工序等方法,在易冒落顶板煤层中安全实施了矸石集中充填,为同类地质条件下布置矸石充填面提供了借鉴。