盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤方法应用研究

盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤方法应用研究

柯玉华

贵州水城矿业股份有限公司大湾煤矿贵州六盘水553000

摘要：南京栖霞山煤矿倾向北西，４２线、５４线深部近于南东，倾角８５°～９０°。矿山前期采用上向点柱分层充填采煤，矿块沿走向布置，长５０ｍ，中段高５０ｍ，宽为矿体水平厚度，采用分层回采，采场内留不规则点柱支撑顶板。本文主要就盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤方法应用进行探讨研究，并提出一些个人观点，以供参考。

关键词：盘区上向分层；阶梯式回采；煤矿矿柱；回采作业安全；

引言

南京栖霞山煤矿采用上向点柱分层充填采煤方法回采，由于随着开采深度的增加，采场顶板及上盘围岩应力集中，引起顶板冒落。为了提高回采作业安全性和回采率，盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤方法由多个采场组成一个盘区，以进路方式由下向上分层回采，每一分层间隔布置Ⅰ、Ⅱ期若干进路，以每条进路为单元分别进行回采和充填，Ⅰ期进路超前Ⅱ期进路形成阶梯式回采，进路充填不需进行采场接顶，一个采场可间隔布置多个作业面进行采煤和充填。为了有效控制Ⅱ期进路回采时Ⅰ期进路充填体垮塌现象，提出了预留煤矿矿柱或连续条形矿柱的回采方案，保证了回采作业的安全。应用研究表明，采场的综合生产能力达到每月６４５２ｔ，回采率达到了８７．１％，贫化率小于３％，生产能力完全达到了设计的要求。

1采煤方法运用现状

（1）由于采深加大、原岩应力也进一步加大，加之矿床开采范围的进一步扩大，采场顶板及上盘围岩应力集中更为显著，由应力集中所引起的顶板冒落现象将更为严重，人员又是直接在空区顶板下作业，生产作业安全难以得到保证。

（2）在地应力增大的条件下，继续采用该方法，为了保证生产作业安全，则势必加大矿柱（间柱和点柱）尺寸，缩小顶板暴露面积，这必将导致矿石损失率进一步加大。

根据矿山生产情况，选择盘区上向回采充填采煤方法在虎爪山矿段１号矿体进行试验研究，试验盘区沿走向位于４０线至４４线，垂直标高位于－５７５～－５２５ｍ水平之间。试验盘区地质情况如下：矿石体重３．５ｔ／ｍ３、水平厚度１１～４１ｍ、矿体倾角６０°～７０°、上盘围岩稳固性软弱、下盘围岩稳固性（ｆ系数）８～１０、矿体稳固性（ｆ系数）８～１０。

2盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤方法

盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤法的主要特点是：几个采场组成一个盘区，以分层方式由下向上逐层回采，每一分层则划分成若干进路，间隔布置Ⅰ、Ⅱ期进路，以进路为单元进行回采与充填，先回采Ⅰ期进路，再回采Ⅱ期进路。同时Ⅰ期进路超前Ⅱ期进路形成阶梯式回采。进路回采结束后进行胶结充填，待充填养护一定时间之后，进行下一分层回采，进路充填不需进行充填接顶，单个采场可同时布置多个回采进路进行采煤和充填作业。采煤方法见图１。

图１盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤方法图

Ps：（1）５７５ｍ中段运输巷；（2）５７５ｍ中段穿脉；（3）５７５ｍ中段脉内巷；（4）５７５～－５２５ｍ斜坡道；（5）分段联络道；（6）分层联络斜巷；（7）溜矿井；（8）人行井；（9）充填回风井；（10）分层联络巷道；１（11）回采巷道；（12）Ⅰ步骤回采进路；（13）Ⅱ步骤回采进路；（14）５２５ｍ中段脉内巷；（15）５２５ｍ中段穿脉；（16）５２５ｍ中段运输巷；（17）底柱（５ｍ）；（18）顶柱（２．５ｍ）；（19）充填体；（20）充填挡墙。

2.1回采工艺

2.1.2回采顺序

在阶段内将采场沿走向划分为间隔布置的Ⅰ期和Ⅱ期进路，均以分层的方式从下往上回采，下分层回采结束后，立即进行充填，除最后一个分层外，其它各分层充填均不接顶，留０．５ｍ作为下以分层的回采补偿空间。Ⅰ期进路必须超前Ⅱ期进路至少３个分层以上，以形成阶梯式回采，同时避免相邻的Ⅰ期和Ⅱ期进路同时回采。各进路最后一个分层回采结束后进行接顶充填。

2.1.3采场通风

新鲜风流从斜坡道和人行进风井进入采场，经过工作面后，污风由（充填）回风天井回到上中段回风巷道再进入中段回风系统。由于分层进路回采为独头掘进工作面，采用局扇或高压风辅助通风，爆破后一般通风３０ｍｉｎ后，待炮烟排净方可进入工作面作业。为保证作业安全，进路回采过程中采用如下顶板管理措施：

（1）针对不同顶板情况，较稳固地段采用进路全断面一次回采或前后阶梯式回采；回采进路局部不稳固地段预留临时点柱，待退采时回收临时点柱，支护后再充填。靠近上盘不稳固围岩的进路减少进路尺寸进行回采。

（2）在局部不稳固地点，针对结构面的情况，采用管缝式锚杆支护，局部破碎地段加金属网，以保证后续作业安全。

（3）采场爆破尽量安排在交接班时间，并通知相邻采场，将作业人员撤离到安全位置。

（4）采场顶板每个班进入作业前，应认真进行敲帮问顶，尤其在爆破以后，通过检查，确保安全后才能进入。

3盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤方法应用情况

试验采场刚开始生产时，采场综合生产能力不大，特别是前三个月的月平均生产能力只有３２１８ｔ，平均综合生产能力也只有４７７３ｔ。随着生产工艺熟练程度的提高及根据现场生产经验对工艺及工序进行优化，综合生产能力也不断提高，后期月平均生产能力达到了７１１２ｔ，通过统计，试验采场的月综合生产能力为６４５２ｔ，生产能力完全达到设计要求。在工业试验过程，虽然一步骤回采比较顺利，但是二步骤回采时，揭露两侧一步骤回采进路的充填体后发生垮塌，给二步骤的开采造成很大影响，一方面是充填体垮落后混入回采煤石中，影响采场的贫化指标，另一方面是混有充填料的矿石进入溜井后容易结块堵塞溜井，最重要的是充填体发生垮塌后影响采场的安全。

4回采工艺优化

图2回采优化方案图

根据现场情况分析，造成充填体垮塌的主要原因，一方面是深部矿体地压增大，另一方面是爆破破坏充填体。为了在一步骤回采现状条件下，保证二步骤回采作业的安全，对二步骤回采进行了调整，在单硫矿体中采取了如图2所示的回采方案。方便，二步骤进路回采预留如图３所示的煤矿矿柱，煤矿矿柱的顶宽初步定在４ｍ，两个煤矿矿柱的间距为６ｍ，两个煤矿矿柱之间进行三角形的刷帮，三角形刷帮的底宽为两个煤矿矿柱之间的间距即６ｍ，顶宽为揭露的充填体的宽度，约０．５ｍ左右，煤矿矿柱的规格及刷帮尺寸可根据采场顶板实际情况进行调整；如果采场顶板稳定性比较差，则二步骤回采时，先在采场中间掘进３～４ｍ宽的切割巷道，两侧１．５～２ｍ宽全部预留做连续条柱支撑顶板。

结束语：

综上所述，通过在栖霞山煤矿试验采场的工业试验应用，盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤方法具有生产能力大、回采率高、贫化率低等优点。此外，盘区上向分层进路阶梯式回采充填采煤法充填不需要接顶，减少了生产工艺环节，提高了作业循环效率，降低了采场充填难度。

参考文献：

［１］严辉．上向水平分层进路充填采煤法在响溪金矿的应用与改进［Ｊ］．湖南有色金属，２０１７（６）：５－８．

［２］月福财，陈新，钟文，等．进路式开采充填后破坏特征的相似模拟试验［Ｊ］．金属矿山，２０１７（１１）：１３－１７．

［３］李腾，郭建民，何国强，等．上向水平分层充填法采场稳定性的数值模拟分析［Ｊ］．矿业研究与开发，２０１７（１０）：２８－３２．