煤礦現(xiàn)代化2013年第2期總第113期煤矸石充填采煤技術(shù)在花園煤礦的應(yīng)用硏究安磊(濟寧礦業(yè)集團花山東濟寧272000)摘要花園煤礦開采深受¨三下”壓煤影響,所屬矸石山對周圍環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。本文提出采用綜合杋械化煤矸石充填采煤技末,分析了充填材料的物理力學(xué)性能,進行了充填采煤工藝設(shè)計和地表沉陷分析,可知該方法能夠有效地解決煤礦區(qū)建筑物下壓煤開采,以及矸石等固體廢棄物的排放處理問題。關(guān)鍵詞“三下’采煤;綜合機械仳;充填開采;煤矸石中圖分類號:TD823.7文獻標(biāo)志碼:B文章編號:1009-0797(2013)02-0009-03近年來,大多數(shù)礦區(qū)不得不面對開采“三下”壓煤石通過垂直連續(xù)輸送系統(tǒng)運輸至井下,再用膠帶輸?shù)膯栴},在生產(chǎn)中排放大量的矸石,直接堆放于地表,送機等相關(guān)運輸設(shè)備將其運輸至充填工作面,借助對礦區(qū)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。如何解決煤礦區(qū)建筑物正四連杄六柱攴撐式充填采煤液壓支架、履帶行走下壓煤開采,以及矸石等固體廢棄物的排放問題,已式固體充填物料轉(zhuǎn)載輸送機及固體充填物料多孔底成為煤礦企業(yè)急需解決的重大技術(shù)難題之一叫卸式輸送機等充填采煤關(guān)鍵設(shè)備實現(xiàn)采空區(qū)充填花園煤礦均為建筑物下壓煤,地面建筑物多為根據(jù)該技術(shù)的硏究內(nèi)寳,確定綜合機械化固體(廢棄磚混結(jié)構(gòu)的民房,承受采動影響能力小。該礦現(xiàn)有矸物)充填采煤技術(shù)的總體構(gòu)思如圖1所示。石山一座,占用礦井工業(yè)廣場土地的同時,對礦區(qū)環(huán)境的維護造成了一定的影響。為此,決定采用綜合機械化煤矸石充填采煤技術(shù),以期實現(xiàn)矸石等固體廢k棄物在井下處理,改變礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,最大程度的、高效機械化的回收村莊下壓煤L1充填開采區(qū)域概況充填釆煤試驗區(qū)域為花園煤礦二采區(qū),二采區(qū)位于井田西翼,一采區(qū)西側(cè),北面以F2斷層為界,東至煤層沖刷變薄帶,西至FD22斷層為界,南至FD29、F3、FD12斷層。采區(qū)走向長約3000m,傾向?qū)?-煤矸石;2-推土機;3-刮板輸送機;4-分級篩;5-破碎機;約500m,面積1.5km2。區(qū)內(nèi)地勢平坦,為黃土沖積平6-膠帶輸送機;7-地面投料站控制室;8-授料井原,海拔標(biāo)高在+36.62~+37.90m,總趨勢為西高東9-井下儲料倉;10-運矸皮帶巷道;11-進風(fēng)巷;低。煤層埋深為537m-837m。煤系地層被第四系松散12-運矸皮帶;13-刮板輸送機;14-回風(fēng)巷層所覆蓋,無煤層出露。二采區(qū)煤炭可采儲量237.015-正四連杄六柱支撐式充填采煤液壓支架;萬t,對應(yīng)地表主要為村莊房屋、公路及河流等建16-充填物料多孔底卸式輸送機(構(gòu))筑物圖1總體構(gòu)思示意圖2充填采煤技術(shù)的總體方案充填材料物理力學(xué)性能綜合機械化煤矸石充填采煤技術(shù)的是將地面矸充填采煤試驗選用的充填材料為花園煤礦煤矸強度增長規(guī)律研究.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,37(5):作者簡介:595-599[2]回彈檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程,中國建筑工業(yè)出版劉向強(1972.4-),男,山東夏津人,工程師,濟寧礦業(yè)社,JGJ23-200團有限公司安居煤礦副礦長,負責(zé)安全生產(chǎn)技術(shù)。3]胡小榮,周洪華,胡昌斌雙剪統(tǒng)一強度準(zhǔn)則改進及其在巖土工程中的應(yīng)用[J巖土力學(xué),2004(S2)(收稿日期:2012-11-11)中國煤化工CNMHG煤礦現(xiàn)代化2013年第2期總第113期石。矸石是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量低、比較堅硬的黑色巖石,矸石種類包括掘進矸石和1洗選矸石兩類。為深入了解矸石的壓實變形特征,充分掌握充填體的變形規(guī)律,準(zhǔn)確預(yù)測充填工作面覆(b)巖變形情況,針對花園煤礦煤矸石進行了碎脹特性測試以及基本壓實特性測試3.1矸石碎脹特性測試二1為研究不同粒徑矸石的碎脹性,利用分級篩將矸石進行篩選,根據(jù)原始比例,配制成粒徑為a)起始;(b)斜切并移直輸送機;(c)割三角煤」0~30mm、0~50+mm、0~20mm和30-50+mm的四組試(d)開始正常割煤樣。各組試樣的碎脹系數(shù)見表1。圖2工作面端部割三角煤斜切進刀表1各組試樣的碎脹系數(shù)4.1.3回采工藝粒徑范圍/mm0~50+30~50+回采工藝流程為:采煤機割煤→移架→推移刮碎脹系數(shù)Ks板輸送機。3.2矸石基本壓實特性測試4.2充填工藝設(shè)計選用花園煤礦的掘進矸石進行壓實試驗。原始42.1充填工作原理矸石粒徑范圍為0~50+mm。設(shè)計專用的分級篩對原充填工作主要靠矸石充填物料多孔底卸式輸送始矸石進行分級,根據(jù)質(zhì)量比例配制0~30mm、機和壓實機構(gòu)共同完成的。矸石從地面通過投料井、0~50mm、0~2omm和30~50+mm四組試樣進行試運矸膠帶輸送機、履帶行走式固體充填物料轉(zhuǎn)載輸驗。具體試驗結(jié)果見表2和表3送機等相關(guān)運輸設(shè)備運至工作面多孔底卸式輸送機表2不同粒徑試樣在2MPa和14MPa壓應(yīng)力下的應(yīng)變上,通過多孔底卸式輸送機的卸料孔將充填物料充粒徑(mm)0~50+MPa應(yīng)變填入采空區(qū)內(nèi),然后利用壓實機將充填物料壓實并0.24680.213接頂。多孔底卸式輸送機為每隔3m設(shè)置一個卸料2-14MPa應(yīng)變0.17260.17540.1742孔,隨采煤機割煤方向依次開啟進行充填,其工作原表3各粒徑矸石試樣的初始容重與2MPa容重理如圖3、圖4所示。粒徑(30-50初始容重(kN·m3)12.7213.6112.282MPa容重(kN·m3)16.8716.56壓實后的充采比16研究結(jié)果表明,采用矸石對采空區(qū)進行充填,同時對充填體進行一定的壓實,對于降低充填體變形具有顯著的效果,對提高充填效果、控制覆巖變形具有重要的作用。圖3矸石初次充填階段正面圖4充填采煤工藝設(shè)計4.1采煤工藝4.1.1工作面落煤方式工作面采用走向綜合機槭化采煤工藝。破煤設(shè)備采用截深為0.63m的雙滾筒采煤機,自開缺口。4.1.2采煤機工作方式和進刀方式圖4矸石充填至一定高度正面圖(1)采煤機的工作方式。采煤機雙向割煤,追機4.2.2充填工藝流程作業(yè);前滾筒割頂煤,后滾筒割底煤;采煤機過后先充填工藝按照采煤機的運行方向相應(yīng)分為兩個移架后推移刮板輸送機流程,一是從固體充填物料多孔底卸式輸送機機尾2)進刀方式。采用工作面割三角煤端部斜切進到機頭,二是從多孔底卸式輸送機機頭到機尾。刀,如圖2所示。這種方式工作面工程質(zhì)量容易保(1)當(dāng)采煤機從機尾方向向機頭方向割煤時,其證,純割煤時間長、可使工作面端部煤壁比較直,有工藝流程如圖5所示。利于確保工程質(zhì)量(2)當(dāng)采煤機從機頭方向向機尾方向割煤時,其中國煤化工CNMHG煤礦現(xiàn)代化2013年第2期總第113期工藝流程如圖6所示?；旖Y(jié)構(gòu)平房的臨界變形值,對各類建筑物的采動損機尾向機頭割煤害影響均在Ⅰ級范圍內(nèi),不會影響地面各類建(構(gòu)多孔底卸式輸機筑物的正常使用表5村莊建筑區(qū)內(nèi)地表移動與變形極值名稱沉水平移動(mm)水平變形(mmm)傾斜變形(mm(mm)南北方向東西方向南北方向東西方向南北方向東西方向小雙樓3890.17<0.050.3<0.1機尾李樓110I0.530新程莊4580小陳莊21周路口文峰路■卸料孔關(guān)閉口卸料孔開啟兩側(cè)冷庫圖5機尾向機頭割煤充填工藝示意圖大沙河堤壩2821600.306經(jīng)濟效益分析通過計算項目總投資為18751.1萬元,因采用充填開采增加的總費用為7087.5萬元。采用充填開采成4個料孔增加的噸煤成本為354元∧?；▓@煤礦二采區(qū)可采儲量為237萬t,采用綜合機械化矸石充填采煤技術(shù)a!口后,可采出煤炭資源約190.3萬t,噸煤利潤250元計算,可創(chuàng)效益約為476億元;花園煤礦礦井可采儲量為3369萬t,均為建筑物下壓煤,如果均采用該技!術(shù),煤炭資源采出率取80%,則效益達67.38億元。下一個錦吁開同時,項目的實施減少了矸石提升運輸費用、矸石的w口!排放費用、村莊搬遷費用及建筑物維護費用等,為煤■孔開礦開采節(jié)省了許多的輔助費用,經(jīng)濟效益良好圖6機頭向機尾割煤充填工藝示意圖7結(jié)論5充填開采地表沉陷預(yù)計煤矸石綜合機械化充填采煤具有密實充填嚴(yán)格充填開采地表沉陷可采用基于等價采髙的常規(guī)控制巖層移動和地表沉陷優(yōu)點,還能實現(xiàn)高產(chǎn)、高采垮落法地表沉陷預(yù)測方法進行沉陷預(yù)計。按照預(yù)定岀率釆煤等良好的經(jīng)濟效益以及環(huán)境效益,為解決的計算方案,采用概率積分法計算了二采區(qū)充填開煤礦區(qū)“三下”壓煤問題提供了良好的借鑒。采后的地表移動與變形。其地表移動與變形極值見表4,地面主要建筑群范圍內(nèi)的地表移動與變形極值參考文獻見表5,其中曲率變形較小,遠小于0.0lmm/m2,表中[繆協(xié)興張吉雄郭廣禮綜合機械化固體充填采煤方法與未列出。技術(shù)研究煤炭學(xué)報,2010,35(1:1-6.表4地表移動與變形極值2]張吉雄,繆協(xié)興,郭廣禮矸石(固體廢物)直接充填采煤技下沉水平移動(mm)水平變形(mmm)傾斜變形(mmm)術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀.采礦與安全工程學(xué)報,200,26(4:395-401mm)南北方向東西方向南北方向東西方向南北方向東西方向[3]趙昕楠,節(jié)茂科,張吉雄.采后充填固體充填材料力學(xué)特90/161-92640.950.63-0.39041-0.80.80.70.4測試研究煤礦開采,2010,15(5:18-20.分析計算結(jié)果可以看出,二采區(qū)充填開采后,上方地表的最大下沉值為282m;地表拉伸變形最大作者簡介值為0.63mm/m,地表壓縮變形最大值為0.95mm/m,安磊,男,山東微山人,助工,本科,畢業(yè)于山東科技地表傾斜最大值為0.8mmⅧm。各村莊建筑群的地表現(xiàn)工作于濟寧礦業(yè)集團花園井田資源開發(fā)有限公司,主要從下沉值均小于250mm,最大變形值均遠小于一般磚事煤礦開采及管理工作(收稿日期:2012-10-17)中國煤化工CNMHG