综采工作面机械化矸石充填开采新技术

充填工艺过程如下： (1)每班按照正规循环割2刀煤(即进尺 1．2m)，停止割煤，移直自压式矸石 充填机的机头与机尾。检查充填系统 的完好情况，准备充填工作。 (2)首先启动工作面自压式矸石充填机， 然后依次启动7403轨道巷充填矸石刮 板输送机、可缩桥式中间驱动胶带机、 下山转载巷矸石运输机、采区下山运 输矸石胶带机，进行采空区矸石充填。
5 效益分析及推广应用前景
自推行充填开采以来，每年生产原煤36万t， 与宽条带采煤法相比，每年可多回收煤炭18万t， 每年可取得经济效益2 340万元。“三下”采 煤规程中规定，地表砖混结构建筑物损坏等级I 级变形值为：水平变形值小于2．0 mm／m， 倾斜值小寸；3．0mm／m。自采用充填式开 采以来，经现场实测，镇政府办公楼附近地表 最大下沉值为700mm，最大倾斜变形值为 2．0 m ／ ，最大水平变形值为1．0 mm／ ， 远小于I级变形临界值，有效地降低了地面塌陷 赔偿。翟镇煤矿通过矸石充填建筑物下的开采， 基本达到了矸石不升井，的要求，为矿区的可 持续发展，治理环境污染创出了一条好路。
充填矸石轨道运输平巷胶带输送机进 入自压式矸石允填机，当运至自压式 矸石充填机漏矸孔时，漏矸孔下方的 矸石不断堆积，当充填的矸石高度堆 积至自压式矸石充填机中部槽的底部 时，自压式矸石充填机下方的链条带 动矸石向其运动方向无充填矸石的空 间一侧运动，从而不断地将自压式矸 石充填机下方距漏矸孔一定范围内的 采空区充满。自压式矸石充填机参数 见表2。
(2)自压式矸石充填机
利用刮板输送机代替自压式矸石充填机， 悬吊于充填支架后部，达到了运矸充填的 要求，并与充填支架配套。对中部槽进行 改造，由插接式改为螺栓连接式，增加了 刮板机可弯曲性，水平、垂直弯曲可达5°； 采用可调高单挂链悬挂中部槽，增加了充 填垂直高度。尾梁悬挂的中部槽按顺序连 接，并与机尾、机头组成整部刮板输送机， 每两节刮板设置一个溜矸孔，在溜矸帮上 增设插板的插槽，控制矸石的充填顺序和 范围；
(3)充填时采用自压式矸石充填机机头向 机尾方向依次充填，也即先打开自压 式矸石充填机机头的第1个插板进行 “自由落体”充填阶段、“自充自压” 阶段，待此段矸石输送机升至离支架 尾梁200mm时，关闭第1个插板，打 开第2个插板，重复上述工作，待6个 插板全部完成上述2个阶段后，再同时 打开全部6个插板，进行“充填压实” 阶段的工作。
综采工作面机械化矸石充填开 采新技术
汪理全 教授
采用垮落法处理采空区，破坏了采场 上覆岩层的原始应力平衡状态，势必造 成上覆岩层的垮落断裂及地表沉陷；破 坏水体资源；矸石出井侵占土地污染环 境等，是传统的矿井“掘、采”二元开 采技术体系。这有悖于矿区的可持续发 展。
采用充填法处理采空区，消除了采场 的垮落带，避免了采场上覆岩层的破断， 保护了水体资源及生态环境。充填采煤 法是保证矿区和谐协调发展的安全高效 实用技术，是矿井“掘、采、治”三元 开采技术体系，是今后的发展方向。
充填阶段矸石由自压式矸石充填机运 至漏矸孔，直接落人刮板下的采空区， 当从漏矸孔下落的矸石自然堆积高度 至自压式矸石充填机的溜槽时，自压 式矸石充填机上刮板推移矸石自漏矸 孔落下、下刮板向上推平漏矸孔下漏 的矸石。在此过程中，下刮板的作用 主要在以下方面：使矸石在自压式矸 石充填机的自身重力和刮板运动的共 同作用下使矸石充填密实，提高了矸 石的充填效果；使矸石向下刮板运行 方向邻近矸石孔移动，扩大了同一漏 矸孔的充填范围。
当最后一个自压式矸石充填机的漏矸 孔完成“自充自压”阶段后，打开全 部6个自压式矸石充填机插板，进行最 后阶段的“充填压实”阶段。 此时， 自压式矸石充填机会因充填矸石的反 作用力进一步上移，当其与支架尾梁 完全接触后，自压式矸石充填机不再 上移，但对下部矸石的作用力进一步 加强，使矸石得以充分压实，同时进 一步扩大矸石的充填范围，实现有效 充填空间的完全充满与压实。
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当充矸机下刮板对矸石的作用力超 过其自身重量时，自压式矸石充填机 将会被抬起，开始向上方空间充填， 如此往复，从而实现矸石输送机的自 充自压。随着自压式矸石充填机抬升， 各漏孔充填高度逐渐增大，提高充填 效率，保证了充填的质量。
(3) 矸石破碎机
为保证矸石充填系统正常运作，须在 翻车机和矸石刮板输送机之间安设矸石 破碎机，最大破碎硬度f =14，破碎后最 大块度范围不应大于120mm。矸石破 碎机技术参数如表3所示。
表3 PE-500x750型矸石破碎机技术参数
—————————————————————————— 项目 类型（或参数） —————————————————————————— 电机功率 / kW 45 生产能力／t· h—1 30～80 机器重量 / kg 900 进料口尺寸／mm 500 x 700 排料口调定范围／mm 50～120 最大进料口粒度／mm 400 —————————————————————————
1 工作面概况
翟镇煤矿七采区7403工作面走向长 802～875m，倾斜长75 m。该工作面 开采的标高范围为 —599．1～— 530．3 m，地表为镇政府、医院、学校。 煤层厚度为1．80 m，直接顶灰白色细 砂岩，夹黑色线理条带，较完整，2类； 基本顶为灰黑色粉砂岩，I级，工作而顶 板条件较好。
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该矸石充填支架经过支架强度设计 和分析论证，一方面要满足了综采面 回采控顶的要求，另一方面由于安设 了可调整矸石刮板输送机高度的设备， 保证了液压支架尾梁的强度，确保了 自压式矸石充填机正常工作时所需空 间，因而适应了以矸石为充填料时对 综采采空区充填的要求。

采煤机进刀后，随刮板输送机及 相应支架前移，顺直支架后悬充填刮 板输送机。然而，先开动充填刮板输 送机，再启动轨道巷的矸石充填系统 进行充填，刮板输送机的上链运输矸 石，下链推平矸石。溜矸孔每次打开2 个，自下而上地进行充填。采空区充 填完成后，系统随工作面煤机割煤及 支架推移，进入下一个循环。
3 充填系统
采区下山运输矸石胶带机→下山转 载巷矸石运输机→轨道巷可缩桥式中间 驱动胶带机→充填矸石卸载点→充填矸 石刮板运输机。
4 充填工艺
综采工作面矸石充填工艺如图2示意。
图2 综采工作面矸石充填工艺示意
1—工作面运输巷带式输送机 2一工作面刮板输送机 3一自压式矸石充填刮板输送机 4一轨道巷运输系统 5一充填矸石卸载点 6一充填矸石刮板输送机
2 充填设备
(1) 充填支架
为了克服现有充填矸石液压支架需配 置专用充填设备、投资大、技术复杂、 成本高的不足，翟镇煤矿与有关研究 单位共同开发了ZZ2600／13／ 20．5BC充填液压支架，支架由顶梁、 立柱、底座、尾梁、尾梁千斤顶以及 支架后部尾梁之下悬挂的刮板输送机 中部槽等构成，如图1所示。
表2 SGB—40T／55自压式矸石充填机参数
项目 类型（或参数） ————————————————————————— 电机功率 / kW 55 运输能力／t.h—1 200 中间槽尺寸／mm 1500 x 630 x 270 漏矸孔尺寸／mm 500 x 400 漏矸间距 / m 由机头至机尾7.5,3,6,6,7.5,9,10.5,10.5 ——————————————————————————
翟镇煤矿是—个生产能力220万t／a 的矿井，建筑下压煤占整个储量的60％ 以上，其中七、八采区的地面建筑为翟 镇政府、医院、学校、商业街等， 共压 煤可采储量400余万t。2003年经论证， 采用走向宽条带(采75 m，留75 m)综合 机械化开采，预计地面建筑物破坏程度 在Ⅱ级范围内。为减少地表移动变形， 有效地保护建筑物，多回收煤炭资源， 成功研制了综采工作面机械化矸石充填 开采新技术，对七、八采区进行全部推 广应用。
1一支架伸缩梁； 2一支架顶梁； 3一立柱； 4一支架尾 梁； 5一自压式矸石充填机；6一悬挂单挂链；7一尾梁调整千斤顶; 8一支架底座； 9一工作面刮板输送机； 10一采煤机
图1 矸石充填液压支架示意
ZZ2600／13／20．5BC充填液压支架参数见表1。
表1 ZZ2600／13／20．5BC充填液压支架参数： -----------------------------------------------------------------项目 参数 -----------------------------------------------------------------工作阻力 / kN 2600 初撑力 / kN 1812 支架运输长度／mm 3690 支架工作高度／mnl 1300 ~ 2050 支架宽度／mm 1400 ~ 1570 支护强度／MPa 0．43 ~ 0．48 对底版比压 / MPa 0.18 ~ 0.25