矸石充填

三、矸石井下充填开采

㈠工程条件

1．构造及可采煤层

本区总体构造形态为走向北东，倾向北西，倾角6～12°的单斜构造，在此基础上仅在北部发育了次一级的褶曲构造，在井田东部边界断层发。区内未见岩浆岩活动。井田构造简单。

本区可采煤层为山西组的3、6号煤层和太原组的8、9和15号煤层，除15号煤层全区稳定可采外，3、6、8和9号煤层均为局部可采的不稳定煤层。各煤层特征见表4.1-4。

表4.1-4 各煤层特征一览表

2．水文地质条件

本井田构造简单，在井田东边界的中北部发育一组断裂，井田内陷落柱稀少，根据煤矿床的直接充水含水层的富水性及补给条件等水文地质特征，本井田的煤矿床水文地质勘探类型为二类一型和三类二型，即水文地质条件简单的裂隙充水矿床和水文地质条件中等的岩溶充水矿床。山西组煤矿床主要属二类一型，太原组煤矿床主要属三类二型（太原组富水性弱，但有奥灰突水性）。

本矿井设计生产能力为5.00Mt/a，根据地质报告对矿井涌水量预测，参照阳泉矿区现有生产矿井统计资料，正常涌水量按235m3/h，最大涌水量293m3/h 选择排水设备(已考虑到井下消防洒水、井筒淋水和黄泥灌浆析水量)。

3．其它开采技术条件

⑴岩石工程地质特性

3号煤层顶板砂质泥岩的抗压强度22.4-24.8 MPa，平均23.9 MPa，属中硬岩石；底板泥岩的抗压强度14.8-16.8MPa，平均15.9MPa，属软弱岩石。

6号煤层顶板泥岩的抗压强度13.5-23.7 MPa，平均16.4MPa，属软弱～中硬岩石；底板细粒砂岩抗压强度1.2-17.0MPa，平均9.1MPa，属岩石、粉砂岩的抗压强度30.4-33.2 MPa，平均31.8MPa ，属软弱～中硬岩石。

8号煤层顶板泥岩的抗压强度2.9-15.0 MPa，平均5.2MPa；砂质泥岩的抗压强度为18.0-20.8MPa，平均19.1MPa，属软弱～中硬岩石；8号煤层底板泥岩抗压强度4.3-9.5 MPa，平均6.9MPa；粉砂岩的抗压强度为13.2-30.8MPa，平均25.3MPa，属软弱～中硬岩石。

9号煤层顶板砂质泥岩的抗压强度4.2-38.1MPa，平均15.1MPa；泥岩的抗压强度8.8-18.3MPa，平均12.9MPa，属软弱～中硬岩石。9号煤层底板砂质泥岩抗压强度11.5-21.2MPa，平均17.1MPa；泥岩的抗压强度为7.2-8.2MPa，平均7.7MPa，为软弱～中硬岩石。

15号煤层直接顶板砂质泥岩的抗压强度11.9-36.8MPa，平均27.2 MPa；砂质泥岩的抗压强度20.0-30.4 MPa，平均24.1MPa，属软弱～中硬岩石。15号煤层底板砂质泥岩抗压强度16.8-29.6MPa，平均23.0MPa；粉砂岩的抗压强度为

21.8-33.4MPa，平均28.3MPa，为软弱～中硬岩石。

⑵瓦斯

本井田北部毗邻的寺家庄井田经鉴定为煤与瓦斯突出矿井，根据《煤矿安全规程》第一百八十九条规定，相邻矿井开采的同一煤层发生突出事故或被鉴定、认定为突出煤层的，应当立即进行煤层突出危险性鉴定；鉴定未完成前，应当按照突出煤层管理。按煤与瓦斯突出矿井设计。

㈡充填条件

1．采煤方法

矿井移交时开采15号煤层。15号煤层厚3.53～9.90m，平均5.38m，仅6号钻孔厚度9.90m，其它孔厚大部5.0m左右。

矿井采用走向长壁采煤方法，一次采全高采煤工艺。

2．首采面位置

矿井移交时，在一、二采区靠近副井井底车场附近的15号煤层中分别布置一个综采工作面。一采区煤层可采厚度3.85～6.21m；二采区煤层可采厚度

3.55～7.3m。工作面特征见表

4.1-5。

表4.1-5 采区工作面特征表

㈢充填技术

按矸石充填的位置不同分工作面充填和巷道充填。工作面充填系统复杂，除煤炭生产运输系统外，还要有矸石充填系统，但优点是处理矸石量大，对整个井下生产系统影响小；巷道充填系统简单，占用设备少，但缺点是矸石充填量少，不能从根本上解决矸石污染问题。本矿井井下掘进矸石及洗选矸石量达到

1.49Mt/a，采用巷道充填年充矸量最多仅0.30Mt/a左右，难以满足要求，因此本报告推荐矸石采用工作面充填技术。矿井单工作面生产能力

2.50Mt/a，根据计算，单工作面可处理完掘进及洗选矸石。

目前国内井下矸石充填主要目的为解放“三下”呆滞资源，通常采用膏体充填、块石砂浆胶结充填和全尾矿胶结充填等新技术。本矿井工业场地及村庄等留设了保护煤柱，井下矸石充填仅为处理矸石，避免对环境污染，因此对充填密实度没要求，本报告推荐矸石破碎后，直接回填采空区。

当采空区倾角较大时，可采用自溜来完成充填；当采空区倾角较小进行矸石充填时，要用一些设备进行处理，如矸石充填泵、扒装机、胶带输送机、刮板输

送机等。本井田煤层倾角6～12°，自溜充填量难以满足要求，需采用机械充填。本矿井按煤与瓦斯突出矿井设计，井下同时布置两个综采工作面以满足矿井设计生产能力，根据工作面生产能力及采空区范围，报告推荐其中一个综采工作面支护设备选用充填液压支架，支架后部挂底卸式刮板输送机进行矸石充填。

㈣充填工作原理

综采工作面矸石充填开采工艺包括工作面综采和采空区矸石充填两部分。其关键设备是矸石充填液压支架和矸石充填机。矸石充填刮板输送机吊挂在充填液压支架后部水平后顶梁下，其槽板上开若干可控制的落矸孔，矸石充填刮板运输机和顺槽的运矸可伸缩带式输送机相连接，将矸石运进采空区并从落矸孔中落下，以实现充填。全部充填工作在液压支架水平后顶梁的掩护下完成。充填液压支架示意图见图4.1-5。

图4.1-5 综采工作面矸石充填工作示意图

㈤设备选型配套

1．液压支架

根据15号煤层首采区顶底板岩性及采高对支架进行计算。

⑴支架支护强度P

P≥(6~8)×m×γ×9.8×10-3=(6~8)×5.25×2.6×9.8×10-3=0.80~1.07MPa

式中：

P－支架支护强度，MPa；

m－采高，根据地质报告15号煤层底板等高线及资源储量估算图中的钻孔和柱状资料，15煤层按5.25m计；

γ－顶板岩石平均容重，取2.6 t/m3。