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似膏体充填在煤矿开采中的应用 【摘 要】 通过调研论证，结合曹庄煤矿的实际从防治承压水的角度分析，曹庄煤矿选择流体充填开采技术方案 【关键词】 充填 流体 曹庄煤矿1965年建成投产，设计生产能力60万吨/年，最新核定生产能力120万吨/年，曹庄井田为水文地质条件复杂型矿井。截止2008年底矿井剩余可采储量2140万吨，其中受水威胁储量1555万吨，占矿井可采储量的72.6。随矿井开采水平的延伸及服务年限的延长，受水威胁煤量比例逐年增加，受水威胁程度愈加严重。现有的防治水措施已不适应深部复杂的水文地质条件。在此背景下，组织人员考察采空区充填技术解决矿压对底板的破坏及坚硬顶板的放顶问题。在广泛调研基础上，2009年年底完成项目可行性论证，2010年一季度开工建设，2010年7月份开始试充填，目前已经充填完成10万多立方米。 1 似膏体充填开采技术 1.1 工程实施的必要性 （l）承压水体上试采，解放受水威胁煤炭储量的需要。2004年3月27日曹庄矿81004工作面奥灰突水，标高-360米，最大突水量495m3/h，造成-480m水平延深巷道被淹。2008年四季度回采91002工作面时，面前多点渗水，采空区出水，最终出水量达到120m3/h， 回采标高-330米。2010年一季度回采10102工作面时，出现了与91002工作面相似的工作面出水，最终出水量达到80m3/h，回采标高-360米。三个面出水时的五灰突水系数都在0.05mP/m一下。总结分析底板突水的主要原因，除五灰奥灰含水层富水性强、断裂构造发育、有效隔水层的间距小等因素外，其中很重要的一个原因就是矿压对底板扰动破坏深度大，且与采深成正比关系。特别是8煤直接顶板为坚硬岩石第四层石灰岩，厚度5m左右，采后不易冒落，即使采取人工强制放顶措施，也难以将四灰全部切断，极易造成大面积悬顶，在初压或周压划问受矿压影响，对底板的扰动破坏裂隙直接与含水层的原始导升裂隙沟通，局部地段可能直接达到五灰含水层，导致突水。由于五灰奥灰间距小，抵抗不住高压水头，一旦五灰突水很可能导致奥灰突水，对矿井威胁很大。即使日前采取了注浆改造措施，但仍有薄弱地段，突水的可能性仍然存在。现实警示我们，采取充填开采技术，控制顶板下沉，减少矿压对底板的扰动破坏深度，降低突水的几率，是势在必行的防治水措施。 从资源储量来看，曹庄煤矿截止2008年底矿井可采储量为2140万t，其中受水威胁储量为1555万t，占72.6。若按矿井40的回采率，可采出煤量为630万t，服务年限6年。 （2）建（构）筑物下压煤开采的需要。实践证明，采用流体充填技术，可以有效控制顶板岩层移动，大大减少由于地表岩层移动造成建（韵）筑物的损坏，降低赔偿，提高效益。目前曹庄矿有建（构）筑物下压煤357万t，若按40回采率，可采出煤炭140万t。 （3）环保的需要。实施允填开采，可以减少矸石排放，减少占地，降低空气污染和地下水污染，杜绝矸石山爆炸事故。 1.2 充填开采技术方案选择 通过调研论证，结合曹庄煤矿的实际从防治承压水的角度分析，曹庄煤矿选择流体充填开采技术方案。优点（1）工作面充填不附加任何设备，只需要充填管路。（2）充填体强度8小时内可以支撑顶板，控制顶板下沉。（3）充填效果好，减少矿压对底版的破坏深度，有利于防底版承压水。（4）可以实现无煤柱开采。沿空留巷，降低回采巷道万吨掘进率。（5）目前充填材料充足，矸石、粉煤灰就地取材，运输成本低。缺点（1）地面建站一次性投资大。（2）吨煤成本相对矸石充填高。（3）充填开采只能减小矿压对底版的破坏深度，减少突水几率，但不能从根本上治理水害。（4）由于没有外加输送动力，靠势能自流，存在堵管路的危险性。对浆液配比依赖性较强。 1.3 流体充填工艺 曹庄煤矿第一个充填工作面选择的是一个8层煤工作面（81006工作面），高档普采，煤层平均厚1.80m，f1.5，上部含一层平均0.24m厚的炭质细砂岩夹石，f6，为复杂结构、稳定的中厚煤层。工作面回采标高-371～-440m，仰斜布置。采高1.8m，设计面长86m，储量9.0万吨。 （1）工艺流程（如图1）。 （2）充填材料。矸石矸石山的矸石破碎后使用，粒度5毫米。粉煤灰肥矿集团各电厂粉煤灰，石横电厂粉煤灰。胶固料曹庄煤矿与青岛理工大学联合研制的特制胶固料，由莱芜海易胶固材料有限公司定点生产。水井下泵房所排的矿井水。 （3）充填材料配比。曹庄煤矿与青岛理工大学联合试验完成，矿现场做各种配比试验500多次，青岛理工大学实验室试验2000多次，充填配料基本定型。 2 应用效果 （1）该技术利用固体废料煤矸石作为骨料，既解决了煤矸石地面堆放严重污染环境、占用土地的难题，又限制了岩层移动，减少矿压对底板的破坏深度，提高了资源回收率，经济效益、社会效益和环境效益显著。（2）胶结充填体到采空区，有效解决了采空区自然发火、有害气体等隐患。（3）整个系统地面工作从物料的添加、混合、搅拌到输送全部采用自动化控制，用人少、操作简单、充填速度快、运行可靠，充填效果好。（4）充填沿空留巷，降低了万吨掘进率，提高了资源回收率。（5）实行采后充填，工作面回采前仍需做部分防治水工作，通过钻探、物探、放水试验等防治水方法查清工作面水文地质条件和隐伏构造，利用采后充填减少矿压显现及对底板的破坏，确保工作面安全回采。（6）该项技术成功后可以解放我矿的受水威胁煤层、部分工业广场煤柱村庄煤柱，也可为集团公司老区各矿摸索一条可持续发展的新方法。