浅谈短壁连采密实充填工艺的应用

浅谈短壁连采密实充填工艺的应用

朱奕秋,董振,朱振伟,梁振,翟洪诚

新汶矿业集团有限责公司 翟镇煤矿

摘  要：“三下”开采一直是制约矿井发展的难题，短壁连采密实充填实现煤矸资源100%置换，是基于资源开发与生态保护互相协调的一种新型开采工艺，能够最大程度的减轻煤炭开采对环境和其他资源的不良影响，以取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益。实践证明，密实充填能够实现资源“零”压覆、地面“零”下沉、生态环境“零”损耗，能够有效解决工广压煤、村下压煤的实际问题，为矿井今后的可持续发展指明了前进的方向。

关键词：三下开采、100%置换、绿色开采、“资源“零”压覆、地面“零”下沉、生态环境“零”损耗

1  工作原理

短壁密实充填工艺将工作面按走向划分为若干个开采段，间距为4.5m,并按工作面在上巷与下巷之间布置若干开采巷道，靠近切眼位置的第一个巷道与切眼之间留设4.5m的保护煤柱。其他巷道按与第一个巷道平行布置，巷道编号1.2.3.4.5.6……奇数巷为支巷，偶数巷为煤柱巷。先开采支巷，待支巷充填凝固后，再开采煤柱巷。

2方案实施

1.合理规划下浆钻孔。钻孔对应井下首采区西南部煤层最高点附近，下浆料钻孔深度535m，孔径233mm，孔内下入直径168mm、壁厚10mm耐磨管。从下浆钻孔下口至充填地点敷设4寸无缝钢管，在保证供浆压力的情况下，避免了堵管事故。

2.建设高效制浆站。地面制浆站安设3个容积80吨的储料罐（其中两个存放水泥，一个存放粉煤灰），3台螺旋上料机、1台一级搅拌机和1台二级搅拌缓冲罐。目前一级搅拌机每罐制浆、下浆用时140秒，容积3m³，实现了连续下浆充填。

3.打造快速掘进作业线。工作面使用EBZ-160掘进机截割+ZL20EFB防爆装载机+40T溜子的设备配套，根据4776工作制将区队分成4个掘进班组，每个圆班正规循环进尺18m，平均3个圆班完成一条支巷掘进，2.5个圆班完成一条煤柱巷掘进。

4.支巷支护优化。每周三生产会后由生产矿长带队到修理厂淘宝，支巷使用废旧材料进行支护。一是顶板使用废旧4寸管子加工的管子钢带及废旧塑料网支护；帮部使用废旧钢丝绳或废旧锚杆进行支护，最大限度降低支护材料投入；二是优化顶板支护参数，将顶板支护排距优化至1.15m，降低支护成本；三是在7401W工作面试验宽度6m支巷，顶板采用5+1（5根锚杆+1根锚索）进行支护，提高掘进效率。

5.充填膏体的配比。一是通过添加粉煤灰代替有一定比列水泥进行模块实验，最终按照1:0.3比例添加粉煤灰，充填体支护强度仍然为煤的3-4倍，平均每条支巷减少水泥投入30-50吨。二是在确保充填支护强度基础上逐步优化首充时间，提高现场充填效率。原来等待水泥凝固时间为24小时，通过检测优化了水泥凝固时间，确定为18小时，提高现场充填效率。

6.支巷下封口封堵。支巷下封口使用机械化封堵。通过与集团公司充填中心合作，对第一代液压挡板进行改进，加工轻型模块化挡板。挡板使用6mm钢板加工而成，每个梯形面分为4块，分别1.5m.0.7m.0.5m.0.5m高度，中间打设滤水孔，边上使用法兰固定。组装时，模块化自下向上组装，通过模块化挡板封堵比原来人工支设木板封堵效率提升40%。

7.支巷上封口封堵。为解决支巷上三角封堵劳动强大的问题，对行走湿式喷射机进行改进，通过对出料口直径、给料器筛板进行改造，解决风压喷射湿料效率低的问题，采用喷射机灌浆至接顶，拆除盒子板后即可形成平面，杜绝人工垒砌矸石带、二次喷浆等工序，提高上封口施工效率，确保充填接顶密实。 

8.工作面集控智能化。取消井下七部皮带集控设备和输浆控制，采用在井上一键启动充矸皮带和智能制浆。减少井下集控人员投入。二是安装矿压在线监测，分析充填体应力变化、顶板离层、巷道顶帮位移等数据，为充填开采提供理论指导。

9.健全新工艺管理制度。一是安设终身制责任牌板。对各支巷（煤柱巷）进行编号建档管理，从掘进开始（开门时间、贯通时间、责任人）到充矸结束（首充时间、充完时间、责任人）等，对各充填环节进行了档案化管理，确保充填质量。二是建立密实充填技术标准。制定了《密实充填分部验收标准及整体验收标准》，每条巷道充填前必须验收，规范现场施工标准。三是以六项基础管理为就基本，对巷道进行拉线管理，偏中线、巷帮、支设挡浆墙均执行拉线管理，提高现场质量标准化管理水平。

3  创新点

（一）主要技术难点及解决方案

1.建成智能化制浆中心。通过集控操作平台，实现水泥浆全自动配比，输浆全自动控制，能够确保水泥浆供应的连续性，为充填提供充足的“血液”支撑。

2.远程控制充矸系统。在充矸巷安设集控平台，实现一人控制7部皮带、1部给煤机，能够对设备运行状态进行实时观察，单班减少岗位工7人。

3.支巷支护材料优化。因支巷服务时间短，在保证支巷支护可靠的情况下，优化支护设计减少支护材料的投入。通过修理厂废旧材料制作支护材料，不再投入新的支护材料，有效合理使用资源，减少了新材料的投入，把废旧材料变废为宝一举两得。

4.掘进运输方式突破。一是采用掘进机+铲车+40T溜子提高综掘机后部运输效率，利用机载临时支架，实现顶板条件完整情况下临时支护一次托三排，提高现场支护速度。二是综掘机实现远程遥控控制，人员站在机后支护可靠的地点，操作遥控手把，控制综掘机作业。三是在铲车铲斗上方加设一道防尘喷雾，铲煤及卸煤时，喷雾自动开启、自动关闭，能够有效减少扬尘，降低粉尘浓度，保障职业卫生安全。

5.充填膏体的优化。充填膏体在保持大于煤体2倍强度，添加粉煤灰减少水泥投入，平均每条支巷减少水泥40-50吨，采用监测工具回弹仪和碳化仪,现场直接确定充矸体强度值，无需外委监测；实现对充填体强度的实时监测，及时优化调整水泥配比，确保充矸效果。

6.支巷封堵机械化。一是上巷封堵采用湿式喷射机，不仅减少了职工劳动强度及劳动时间，与原来人工封堵效率提升50%。二是下封口单体支护加工制作单体护套，固定在单体手把以下，支设戗柱时，戗柱顶在单体护套上，杜绝了戗柱顶坏单体手把现象的发生，实现了单体零损坏。

7.巷道下封口不断改进。一是万向伸缩轻型模块化挡板。与模板挡浆墙相比，支设时间节省8小时，降低职工劳动强度，预计每年可节省材料费9.68万元。二是应用一字型封堵。采用一字形封堵技术，将三角空顶区全部封实充填，杜绝三角空顶，空顶面积缩至最小，对顶板进行有效控制，实现顶板不下沉。三是试验短壁连采密实充填柔膜墩柱封堵，在16#支巷下封口进行了柔膜墩柱封堵使用试验，施工效率较支设单体提高40%。

4 应用现状及推广建议

目前，国内外已对此工艺进行了多种探索，目前尚处于起步阶段。近年来，国内逐步加紧对煤炭资源的管控、加紧对生态环境的管控，从长远来看，密实充填的实施、绿色开采技术的研究与推广具有广阔的发展前景。我们通过对各个环节工艺不断优化改进，自4月份开始进行密实充填开采，截止到12月份月份以矸换煤完成16.3万吨，通过持续优化开采工艺和劳动组织，矿井密实充填开采由投产初期的月产1.2万吨逐步提高至1.8万吨，形成了具有翟煤特色的短壁连采密实充填。其中关键工艺流程走在了集团公司的前列，值得在全集团公司密实充填工作面推广应用。

实践证明，密实充填能够实现资源“零”压覆、地面“零”下沉、生态环境“零”损耗，能够有效解决工广压煤、村下压煤的实际问题，为矿井今后的可持续发展指明了前进的方向。从长远来看，密实充填的实施、绿色开采技术的研究与推广具有广阔的发展前景。