浅谈膏体似充填开采方法在

目录：引言实验区地质条件选择合理的支护和支架模板的改造充填料配比充填系统充填工艺排水结论浅谈膏体似充填开采方法的应用摘要：目前，充填开采是煤矿实现绿色开采的途径之一。结合铁能集团大明煤矿（立井）风井煤柱一段B面实验区，采用煤矸石膏体似充填技术，由地面矸石山经粉碎加工后，掺入适量粉煤灰、水泥等材料加水后，通过井下充填管路输送到井下采空区，经过一段时间的凝结后，产生一定支撑强度形成对采空区顶板的合理支护，以达到保护地面建筑物和庄田不至损坏目的。通过实践检验证明在煤矿井下运用煤矸石似膏体充填技术实现“三下开采”是可行的。也可为其他“三下开采”提供依据。关键词：充填开采，绿色开采，合理支护，“三下开采”。利用煤矸石膏体似充填采煤技术处理地面煤矸石即可合理利用煤矿固体废弃物，又可以减轻由于开采造成的地面塌陷危害，妥善解决地面工业广场、保护煤柱压煤，提高矿井资源回收率，同时也是实现煤矿绿色开采的理想途径和关键技术之一。按照煤矿绿色开采的理念，煤矸石膏体似充填开采是解决煤矿环境问题的理想途径。我矿围绕充填材料合理配比，充填系统设计，充填工艺改造等诸方面的研究，取得了一定成果，积累了不少经验。充填工艺和设备日趋完善，为降低材料成本，扩大充填应用范围，我们成功地利用了附近火力发电厂的粉煤灰和我矿地面矸石山的废弃矸石等来源广泛、成本低廉的工业废弃排放物，大大降低了充填成本。提高了我矿经济效益，社会环境也得到了较好的改善，加快了我矿跨越式发展步伐。一、实验区地质条件铁能集团大明煤矿（立井）风井煤柱一段B面膏体似充填综采试采工作面实验区。位于东一采区-150水平，工作面走向长度为337～342米，倾角为4～18°。工作面长度为71.8米，倾角为10～14°，面积为23221平方米。该采场地面标高为+67.6～+68.2米，井下标高为-183.6～-252.4米。地面相对位置：地表有矿区铁路、一住户及牛圈、去肖家村碎石路、排污水管路及出水口、一条供电线路、肖家村林地、大明村耕地。井下位置及与四邻关系：风井煤柱一段B面膏体似充填综采试采工作面位于东一采区西部，以运顺为界东邻风井煤柱一段16-1#煤层一幅膏体充填区，以回顺为界西邻风井煤柱排矸道、F3号断层，以设计采止线为界南邻回风道、风井煤柱排矸道运输中巷、东一运输石门等巷道，以切眼为界北邻风井煤柱排浆道、风井煤柱排矸道、F1号断层，上部有东一四层总回风道、东一16-1总回风道等巷道。回采对地面设施的影响：本工作面为煤矸石膏体似充填试采面，回采后地表会有少量下沉。二、选择合理的支护和支架模板的改造1、液压支架支护强度验算Q=N×H×F×Z×9.8=6×2.8×11.145×2.5×9.8=4914.945(kN)公式中Q:要求的支架工作阻力，kN，经计算得4914.945；N:采高的倍数，一般取4～8，取6；H:工作面采高，m，取2.8；F:支架的支护面积，m22取11.145；Z:煤层顶板岩石容重，t/m32，取2.5；所选液压支架的工作阻力为8800KN，满足工作面支护强度要求。2、根据工作面条件与液压支架适应条件对照表（表1）可以看出，选用ZC8800/20/32(X)液压支架，在满足顶板控制支护强度需要的同时，也能满足底板比压值要求。表1工作面条件与支架适应条件对照表项目工作面条件支架适应条件采高（m）2.82.0～3.2倾角（゜）10～1425煤厚（m）4.64～7.642.0～3.2煤硬度（f）2～3最大3.5底板比压（MPa）6.92.42支护强度（KN/m2）608．2920顶板种类Ⅱ级2b类Ⅱ级2b类3、通过对比较、验算，证明选用ZC8800/20/32(X)液压支架能满足要求。（附图1：工作面、顺槽及端头支护示意图，附图2：工作面及两顺超前支护剖面示意图）4、实践证明：工作面支护强度越高，对保持工作面顶板完整性越好。5、工作面液压支架模板接触顶板部分由原来的单一平面接触改为多个平面触点，经改造加工后，克服了工作面顶板凸凹不平封闭不严的现象。6、工作面充填区的维护由原来的木拌配合单体一梁两柱改为每架液压支架顶梁上方架设一根12#工字钢梁顶梁随工作面拉架向前移动，减少了劳动强度，提高了工时利用率。图1：工作面、顺槽及端头支护示意图串车转载机1.3米1.4米1.3米4.8米小拌单体1.5米2.5米0.8米1.1米1.2米1.1米1.3米1.4米1.3米1.6米1.6米1.6米图2：工作面及两顺超前支护剖面示意图图5.01m最小空顶距：最大空顶距：A-A'剖面B-B'剖面模具模具2758508508508508504800钢带金属网托盘275φ22*2.2m托盘2800φ21.8*4.2m27001700锚杆φ22*2.2m　　160016001600φ22*2.2mφ22*1.6m铁点柱木板挡浆布1000膏体运顺（沿空留巷）断面图85085085085030030010001000300300400026001700钢带金属网托盘φ21.8*4.2mφ22*2.2mφ22*2.2mφ18*1.6m回顺断面图130014001300三、充填料配比根据配比试验，得出结论如下：1、细粒煤矸石要由于粗粒煤矸石，细粒煤矸石立径为不大于5mm为宜。2、根据粉煤灰具有悬浮性能，合理添加粉煤灰可有效抑制骨料沉淀，明显改善浆体的流动性能，减少泌水率，有利于井下充填区脱滤水。3、充填料配比：水泥/粉煤灰/煤矸石﹦1/4/15（质量比）。4、充填料质量浓度在70％～75％为宜。5、添加适量的复合减水剂可明显改善浆体的和易性，有利于提高充填体浓度和强度，降低管道磨损。添加量以水泥与粉煤灰的质量和的1.5％为宜。6、充填体凝固后保持一定的承载性能。四、充填系统1、充填管布置路线地面充填站→充填立孔→八度上山→17层回风罐笼→运顺→工作面→各充填点。2、充填管分布：（1）、干线充填管充填系统中，把铺设在充填立孔管路下端至工作面的充填管路称之为干线充填管，干线充填管总长为：430m，采用的是DN100mm钢管。（2）、工作面充填管布置在工作面的充填管路，长度75m，采用φ108mmPE管和DN100钢丝胶管配合使用，布置在支架后立柱与模具之间的支架推拉板上，在每个设置布料管的下方侧接设一个闸板阀，用于控制布料管进行充填。（3）、布料管从工作面充填管每隔一定距离分支出来的充填管，称之为布料管，采用DN100钢丝胶管，并在每根支管上接设一个闸板阀用于控制充填。布料管由工作面运输机机头向运输机机尾方向依次布置9个，编号分别为1#-9#。布料管与模具充填管联接牢固，穿过塑料编织布处使用14#铁线捆绑。充填过程中，工作面由低处向高处依次充填，模具闲置的充填口提前用挡板挡严。（4）、清洗管路在回顺防尘水管上接Φ25高压管铺设在工作面内，用于清洗充填管路，防止堵管。五、充填工艺1、充填前的准备工作（采用吊挂塑料编织布或吊挂塑料编织袋的方法）（1）、吊挂塑料编织布回采后，支架移直，及时伸出侧护板，支架后部模板打齐，之后用塑料编织布在待充填区内构筑封闭的充填空间。塑料编织布规格：长80m，宽6.0m。使用双层塑料编织布上部卷草帘子使用16#铁线每隔200mm捆绑牢固后固定在模板方木上，然后将模板升起使其与顶板接触严密，底部留出1m余量，使其内折，并用编织袋装货沿编织布将余量压实，压实前将底板浮货清理干净。保证塑料编织布与待充填区底板和支架后部模板底部紧贴。塑料编织布铺设顺序是从工作面低端向高端依次铺设，两个塑料编织布接茬之间要保证500mm以上的搭接，两接头压茬并卷在一起后，用16#铁线每隔200mm一道连接好。（2）、吊挂塑料编织袋将塑料编织袋（规格：26×3.4×3.4m或15×3.4×3.4m或10×3.4×3.4m）两肩及中间的吊带与10#铁线连接，四角吊带与挡浆墙固定，吊带可采用16#铁线辅助连接，在塑料编织袋距离1.0m及2.0m处使用16#铁线与模具及膏体固定，保证塑料编织袋下部垂直底板且紧贴模具。吊挂后将塑料编织袋底边及四角扯平并找净底板杂物，在模具不平处留好余量（一般留100mm-300mm）。（3）、两顺挡浆墙支设在运、回顺两侧沿ZC8800/17/32型模板支架挡浆板里侧按柱距0.9m（运顺）、1.0m（回顺）打特制工字钢点柱，特制工字钢点柱固定后在顶、底板上各打两根锚杆，使用双股14#铁线把2.4×0.2×0.02m木板捆绑在点柱上，上接顶下接底；把塑料编织布用16#铁线每隔400～500mm一道吊挂好，塑料编织布在顶、底板处向里侧各留1.0m以上余量。（附图3：两顺挡浆墙示意图。）（4）、工作面挡浆墙支设在工作面支架模板后部制作工作面挡浆墙，工作面挡浆墙由圆木点柱、木板组成，垂直工作面布置一排圆木点柱，间距0.6m，圆木点柱底端插入底板不得小于0.3m，顶端与3.5m大拌使用铁钉固定，挡浆墙上山侧使用宽度0.2m的木板按间距0.2m将其固定在圆木点柱上，圆木点柱叉角、迎山角准确，工作面挡浆墙不少于2道。（附图4：工作面挡浆墙及顶板维护示意图）图3：两顺挡浆墙示意图。280024001000铁点柱木板14#铁线φ22*1.6mφ22*1.6m运顺挡浆墙顶板底板28002400900铁点柱木板14#铁线φ22*1.6mφ22*1.6m回顺挡浆墙顶板底板图4：工作面挡浆墙及顶板维护示意图维护顶板示意图工作面挡浆墙示意图膏体模具600mm300mm500mm500mm200mm3000mm顶板底板支架模具膏体1.8-2.2m0.3-0.5m3m1.8-2.2m吊挂点2、对准备工作进行安全确认（1）、运、回顺挡浆墙及工作面挡浆墙、吊挂挡浆材料检查。（2）、检查干线充填管路及管路连接情况，确保牢固可靠。（3）、工作面充填管阀门检查（都开）。（4）、布料管阀门检查（都关）。（5）、由井下当班充填负责人报告地面充填站当班负责人进行充填。3、对管道充水在工作面回顺安排专人观察充填管末端工作面充填管阀门处出水情况，见水后报告地面充填站管道出水并汇报充填量。4、灰浆推水管道充满水后电话通知地面充填站下灰浆。5、矸石浆推灰浆在工作面回顺安排专人观察充填管末端工作面充填管阀门处出灰浆情况，见灰浆后打开1#布料管闸板阀，待布料管出料正常时关闭工作面充填管1#闸板阀，并报告地面充填站进行正常充填。6、正常充填1#布料管充填区域临近充满时，打开2#布料管阀门，待2#布料管出料正常时关闭工作面1#充填管阀门。按此方法由1#-9#依次充填，直至工作面充填完毕。当充填区剩余空间为40m3时由井下当班负责人通知地面充填站。充填过程中，发现已经充填的区域出现明显不接顶，可以打开该区域就近的布料管，进行必要的补充充填，补充充填时必须在补充充填处的布料管闸阀打开后方可关闭其它布料管闸阀。7、清洗充填管路（1）、清洗布料管及工作面充填管当工作面充填结束后清洗管路。按顺序依次对充填完毕的布料管及工作面充填管进行冲洗。（2）、清洗干线充填管干线充填管的充填顺充是：灰浆推矸石浆→水推灰浆→充水。当9#布料管充填区剩余空间为40m3时由井下当班负责人通知地面充填站待充填浆料下净后，下充填灰浆，在工作面充填管路末端见灰浆后由井下当班负责人通知地面充填站停止充填灰浆，改为充水，在工作面充填管路末端见清水后由井下当班负责人通知地面充填站停止充水，结束冲洗工作，在机头管路三通处将充填主干管及工作面充填管路内水放净。8、充填结束报告地面充填站及矿调度充填完毕。9、凝固时间充填工作结束后，充填体凝固时间需要8小时。六、排水该工作面水文地质条件简单，煤层顶、底板及煤层中均不含水；由于回采过程中需要对采空区进行充填，所以需要做好排水准备。（图5：排水、充填管路系统示意图）1、设备选型预计充填过程中滤水量40-50m3/h，充填过滤水主要通过工作面及运顺经8寸管路流入排浆道，在回顺沿空留巷段设置水泵2台，所选水泵为MD-85-225-90型，额定流量80m3/h，扬程225