深部大采高综采面矸石充填开采技术探究.pdf

2017 年第 11 期2017 年 11 月 0引言 随着中国煤矿资源开采力度不断加强，致使煤矿 区的“三下”压煤问题日益暴露，严重阻碍了中国煤 矿经济的健康发展。在“绿色开采”的呼声影响下， 如何做到煤矿资源有效开发逐渐成为更多人关注的话 题。研究表明，充填开采技术是解决建筑物下压煤的 技术难题的理想方案，能够大大提高煤矿开采的安全 性。目前较为主流的充填开采技术有矸石充填技术、 膏体充填技术、超高水充填技术和泥沙充填技术，其 中，矸石充填是最为有效的方法，这种充填技术既可 以大幅度节省成本，又可以起到保护环境的作用，也 是目前国际使用最广泛的充填技术，它为实现矿区资 源与环境的协调发展提供了技术保障。 1工程开采地质条件 如何解决建筑物下压煤的问题已成为中国煤矿经 济发展的首要任务，深部大采高综采面矸石充填开采 技术是解决当下“三下”压煤问题的关键。但由于此 项技术需要充分考虑煤矿区的位置、周边环境、煤层 特征、地质构造及煤矿区的气候条件等制约因素，所 以一定要经过详细勘察、综合研究，为设计科学合理 的开发方案提供可靠的依据。 2矸石充填的基本原理与设备 2.1矸石充填的基本原理 在煤炭开采过程中，利用自压式矸石充填机自动 完成采空区的矸石充填作业，从而实现处理回采产生 的煤矸石和煤炭资源开采的巧妙结合，随着矸石充填 作业不断进行，自动矸石充填机的高度能够与矸石充 填高度持平，实现矸石不升井也能完成充填作业，从而 有效控制采空区顶底板、减少对地表建筑物的破坏，保 证采矿的安全性。与传统大综采面相比，矸石充填综采 面中充填液压支架尾部需要有充填构件，其构件主要 是用于矸石刮板输送机的运送、压实机构，在采空区实 现充填作业，完成开采任务[1]。在充填过程中，自压式 矸石充填机通过上刮板向下运动将矸石送到煤矿的工作 区域；通过下刮板向上运动将卸料充填入采空区，然后 通过压实机等设备将矸石均匀、密实的充填到采空区 内，达到矸石充填置换煤炭资源的过程，详见步骤图1。 图 1矸石充填流程示意图 2.2大采高综采面矸石充填设备 在科学技术进步的影响下，矿区采煤机械化水平也 不断提高。深部大采高综采面矸石充填开采需要选用 高科技的机械设备，充分利用机械设备完成开采作业。 收稿日期2017-07-12 作者简介马雷锋，1984年生，男，山西浮山人，2016年毕业于重 庆大学采矿工程专业，助理工程师。 深部大采高综采面矸石充填开采技术探究 马雷锋 （ 山煤集团霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西 长治 046600 ） 摘要 根据工程开采地质条件，研究矸石充填基本原理与设备，探讨大采高综采面矸石充填工艺、流程和监测与评 价工作，展望矸石充填效益分析与推广前景，以期对相关工作有所借鉴。 关键词 深部开采；大采高综采面；矸石填充技术；煤炭资源 中图分类号 TD323文献标识码 A文章编号 2095-0802-201711-0128-02 Investigation on Gangue Filling Mining Technology Used in Fully Mechanized Face with Large Mining Height in Deep Group MA Leifeng Huoerxinhe Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Coal Import and Export Group, Changzhi 046600, Shanxi, China Abstract According to the geological conditions of mining, this paper studied the basic principle and equipment of gangue fill- ing mining technology, explored the technology, process, monitoring and uation of gangue filling mining used at the fully mechanized working face with large mining height, carried out the efficiency analysis and prospected the promotion of the techno- logy in order to provide references to the related work. Key words deep mining; fully mechanized working face with large mining height; gangue filling technology; coal resource （总第 146 期） 技术研究 充填矸石 履带自移式转载机采煤充填 液压支架 运输顺槽 煤炭运输皮带回风顺槽 矸石运输皮带 矸石仓 128 2017 年 11 月2017 年第 11 期 （下转 133 页） 主要的矸石充填设备包括采煤机、采煤充填液压支 架、采煤刮板输送机、充填开采输送机、履带自移式 转载机等。传统的矸石充填液压支架需要配置专用充 填设备进行辅助作业，从而大大增加投资成本，加之技 术复杂、操作不便等缺点，严重影响了充填技术的发 展。为了改变现状，现使用最新型号的六柱支撑式充填 液压式支架。该支架由伸缩梁、顶梁、立柱、尾梁、底 座、尾梁千斤顶组成，自压式矸石充填机在悬挂单挂链 的刮板输送机的工作原理下实现采煤，如图2所示。 1.支架伸缩梁；2.支架顶梁；3.支架立柱；4.支架尾梁；5.支架底座 6.尾梁千斤顶；7.悬挂单挂链；8.自压式矸石充填机；9.工作面刮板 输送机；10.采煤机 图 2自压式矸石充填机结构图 3大采高综采面矸石充填工艺及流程 3.1大采高综采面矸石充填工艺 根据不同煤层的赋存特点和开采条件，选用合适 的充填技术有利于实现矿区安全生产，可以降低劳动 成本、生产成本，减少运输环节，实现矿区生产自动 化、现代化、科技化。目前较为主流的大采高综采面 矸石工艺有综采矸石充填、巷采矸石充填和普采矸石 充填三种。 3.2大采高综采面矸石充填工艺流程 大采高综采面矸石充填回采工艺流程是采煤机 割煤→移驾→推前部运输机→放顶煤→拉后部运输机。 3.2.1落煤方式 在工作面和煤层底板采煤机往返进两刀，采用端 头切割三角煤的方式进行落煤。放煤主要依靠矿山压 力，支架尾部的刮板运输机起到辅助作用。 3.2.2装运煤 在采煤机进行切割煤时，根据刮板输送机机头、 机尾推动刮板输送机，少量余煤则由煤铲随机铲入到 运输机上，极少部分煤由人工操作完成。 3.2.3移动支架 在移动支架过程中采用停滞煤机后再移动相应的 支架，如追机移架速度比煤机运行速度慢时，则需要 马上停止移动支架。 3.2.4移动刮板运输机 移动刮板运输机需要逐步沿着一定顺序进行，移 动前一部刮板运输机与暂停煤机应大于15 m；移动另 一部刮板运输机时，需要由工作面一头有顺序地移动 到另一头。运输机移动过程中弯曲段的出现应不大于 15 m，每移动一部刮板运输机需要保持800 m的距离， 争取一步到位，避免出现弯曲，节省工作时间，也保证 机械的安全操作。 3.2.5放顶煤 放顶煤要采用一刀一放的方式，进行平行放置。在 放煤结束后要关闭煤口，并仔细检查后一部运送机的 高度。大采高综采面矸石充填工艺具体流程如图3所 示，依次启动矸石充填刮板机运输机、轨道巷运输系 统开始进行充填工作，刮板机上运动实现对矸石充填运 输，下链运动实现推平漏矸石，矸石漏矸孔打开进行均 匀充填。在采空区矸石充填完毕后，系统根据工作面煤 机割煤及液压式支架推移，进行下一个系统环节。 1.工作面运输巷带式输送机；2.工作面刮板输送机；3.自压式矸石充 填刮板输送机；4.轨道巷运输系统；5.填充矸石卸载点 图 3 大采高综采面矸石充填工艺流程 4大采高综采煤矸石充填技术监测与评价 4.1工作面支架压力分析 根据工作面压支架压力分析数据能够有效了解矿压 规律。在采空区进行矸石充填后，如果液压支架之前的 工作阻力和最大工作阻力出现大幅度降低时，则可以证 明控制了采空区顶板；如果液压支架之前的工作阻力和 最大工作阻力出现持平状态，则说明没有起到效果[2]。 4.2地表建筑 开采工作完成后，可以对地标建筑物进行勘测，查 看是否对周围环境造成影响、是否对围岩造成破坏、 是否使地表发生破裂。为了充分掌握矸石充填技术对 地表建筑的影响，可以在地面布置监测仪器或建立监 测站，可以根据有效数据来分析地表的变化。矸石充 填技术不仅可以有效控制顶板岩石的运行，同时对地 表建筑物的影响也比较小，从而实现了资源的有效开 发与环境的友好发展。 5矸石充填效益分析与推广前景 由于矸石矿山不仅占用大量土地资源，而且会污 染环境和水资源，甚至严重的会发生爆炸危险。深部 大采高综采面矸石充填技术具有低投入、高回报的特 点，既可以增加煤矿区的经济效益，提高工作生产的 安全性，又可以实现减少矸石的占地面积，从而起到 环境保护和改善企业形象的目的。 1236 4 78 95 10 4 5 B 軍 B 軍 1 3 2 A-A剖面B-B剖面 采煤机 采煤机 煤 煤 A A 马雷锋 深部大采高综采面矸石充填开采技术探究 129 2017 年 11 月2017 年第 11 期 （上接 129 页） 目前，越来越多的煤矿企业重视煤矿资源合理开 发的重要性，应用矸石填充技术可以创造更高收益。 深部大采高综采面矸石充填开采技术为矿区实现可持 续发展、建设生态文明环境开创了一条崭新之路。 6结语 根据煤矿区地质开采条件采用矸石充填开采原理， 要做好勘察工作，制定详细的开采方案，选用适当的 机械设备，安全操作，并定期检测设备。深部大采高 综采面矸石充填开采技术为中国经济的发展创造了巨 大的经济效益，实现绿色开采，为中国全面建设和谐 社会做出了突出贡献。 参考文献 ［1］ 刘正和.大采高工作面矸石充填开采技术效果分析 ［J］ .煤炭 科学技术， 2015， 434 19-22. ［2］ 卢志敏.大采高综采工作面超高水材料充填开采研究与应用 ［J］ .煤炭与化工， 2015， 381 5-8. （ 责任编辑季鑫 ） 巷是指应用支护技术支撑顺槽位置，进而确保采空区 不会出现塌陷的情况[4]。科学地应用沿空留巷技术能够 减少采掘煤矿过程中出现浪费情况，并且大大提升煤 矿开采效率，见图2； 图 2煤矿沿空留巷技术应用 b 充填开采技术。在以往煤矿开采过程中，因为 在开采中不注重对开采现场的保护，很容易造成比较 明显的缺陷，不仅影响开采效率，还很容易造成环境 污染。基于此，充填开采技术的应用极为必要。充填 开采技术必须合理选择相应填充物，不同填充物的应 用必然会产生不同的效果。当前比较常用的填充物主 要有胶结填充、矸石填充、粉煤灰充填等[5]。胶结填充 法的运用能够在实际操作中表现出较为理想的作用效 果，尤其是能够保证相应填充的稳定性，比较常用的 材料有胶结剂、水泥材料及骨料等，进而也就能提升 整体应用效果；粉煤灰填充同样也是比较重要的一个 基本类型，粉煤灰的运用能够达到理想的效果，进而 也就能够保护环境，并且在成本控制方面发挥出较强 的作用价值； c 锚杆安装技术。锚杆安装技术同样是比较重要 的技术，其在开采中是必不可少的环节，关系到开采 进度和效率。围绕锚杆安装技术手段的优化发展来看， 主要的研究目标和任务就是促使其能够表现出理想的 及时性和高效性，缩短该环节所需要的时间，同时提 升其安装价值效果。现阶段锚杆安装技术具体操作落实 过程中，自动化技术手段的运用已经成为比较重要的一 个方面，其对于安装的准确性及高效性极为突出，最终 能够提升器可操作性，落实效果，适用性也比较强； d 深井开采技术。在当前煤矿开采过程中，随着 开采量不断加大，开采深度也在不断加深，如此也就 必然会对开采效率和难度造成一定影响，深井开采技 术的有序运用显得极为必要。深井开采技术在具体操 作过程中依然存在较多的突出问题，如地应力、地温、 巷道支护等，这一技术手段的操作技术落实必须重点 围绕着安全性进行严格把关和控制，深井开采技术的 运用能够针对煤层深度较为突出的矿区进行有效处理， 进而也就能够充分确保相应开采有序进行[6]； e 缓倾斜开采技术。对于煤矿开采，缓倾斜开采 技术同样能够达到较为理想的效果，并且在深煤层及 浅煤层中都能够得到较好落实，有助于提升其整体开 采效率和安全性。当然，缓倾斜开采技术手段还在支架 结构的具体应用方面具备理想作用效果，能够有效规避 可能出现的各类问题和隐患缺陷，进而也就能够在较好 提升其整体开采流畅性的同时规避各类安全事故。 3结语 对于煤矿开采的具体发展和优化，从技术手段方 面进行创新是比较重要的一点，采矿新技术的运用需 要促使其具备理想的适用性效果，能够在开采效率及 安全性方面均具备优化价值，如此才能够最终提升其 开采水平。 参考文献 ［1］ 张燕飞.煤矿采矿新技术与开采方法研究 ［J］ .黑龙江科技信 息， 201628 42. ［2］ 冯飞.小议煤矿开采中采矿新技术的作用 ［J］ .中国新技术 新产品， 201613 76-77. ［3］ 贺东升.采矿新技术在煤矿开采中的作用 ［J］ .山西煤炭管理 干部学院学报， 20153 23-24. ［4］ 马会强.采矿新技术在煤矿开采中的应用研究 ［J］ .中国高新 技术企业， 201516 153-154. ［5］ 潘朝阳.采矿新技术在煤矿开采中的应用研究 ［J］ .能源与节 能， 20148 46-47. ［6］ 潘瑞峰.试论煤矿采矿的新技术与开采方法 ［J］ .科技与企业， 20133 157. （ 责任编辑唐文艳 ） 邓跃军 刍议煤矿开采中采矿新技术的作用 133