孙建星

摘 要：概述了东山煤矿“三下采煤”技术发展现状、工艺流程、技术要求及发展过程中遇到的难点问题，并对“三下采煤”技术给东山煤矿带来的经济效益和社会效益进行了分析。

关键词：“三下采煤”；充填技术；开采方法；巷道支护

中图分类号：TD823 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.111

太原东山煤电集团有限公司东山煤矿自2009年开始着手研究、采用“三下采煤”技术，发展到目前为止，整体运行情况良好，已取得了较为显著的经济效益和社会效益。

1 背景

东山煤矿是一个有着多年发展历史的矿井，且有紧邻城市这一得天独厚的条件，但因目前城市发展、环境保护的需求，这一优势已变为劣势，造成了矿井资源被压占、排矸场地选址难等问题。目前矿井保有储量约为2.4×108 t，但可规划壁式充填开采储量仅为3×106 t左右。所以采用“三下采煤”解决矿井可采资源少、排矸困难问题成为企业需要迫切解决的技术攻关项目。

2 东山“三下采煤”发展现状

东山煤矿目前所采用的“三下采煤”方法是条带式充填开采采煤工艺，充填巷道为5×6.5 m，充填巷用掘进机掘巷采煤，采用分层掘进的方式，先按照3.0 m的高度掘进、支护，然后在退出时拉底见煤层底板。掘进机后部搭接皮带，通过带式运输机将煤炭运出。矿井在二采区布置有2个掘进工作面、1个充填工作面，每个工作面月产量为1×104 t左右。

充填巷开采顺序采用“逐步缩小煤柱宽度”的跳采方法。首先，两巷之间先留35 m煤柱；然后，在35 m煤柱中间掘巷，两巷之间留15 m煤柱；最后，在15 m煤柱中间再掘巷，最终两巷之间留5 m煤柱。

充填矸石主要工艺流程：岩巷掘进头产生的矸石，装车后经各运输巷道，至水平大巷上部车场矸石仓上口，再经破碎机破碎后通过矸石仓由带式输送机运送至充填工作面，最后利用抛矸机实现迎头充填。

由于产生的原矸粒径较大，如果直接用于充填，不仅运输、充填困难，而且难以达到较好的充填效果。针对这个问题，东山煤矿选取井下原矸在中南大学测试中心矿岩强度与地压研究所进行了矸石压缩试验。试验采用目前国际上最先进的第五代全数字控制的INSTRON材料试验机，按照东山矿实际埋深模拟覆岩压力，分析不同级配矸石的沉降规律，得出东山矿矸石充填的最优粒径级配。最终确定粒径破碎至250 mm以下，可满足充填要求。

巷道支护特点：由于充填巷高度大，巷帮应加强支护，尤其是靠近顶板处。此外，将充填巷设计成倒梯形，煤壁与竖直方向呈3°夹角，可进一步增强煤壁的稳定性。

充填技术的要求主要有：①在充填迎头时，边充填边撒水。这样做不仅有利于矸石堆积，而且可有效降低抛矸产生的大量粉尘。②为了防止充填前巷道变形的影响，应快速掘进、快速充填，减少空顶时间。③充填时，充填机抛矸皮带顶头的高度距离巷道顶板不大于150 mm，充填率应达到98%以上。

从开采沉陷规律方面来讲，条带充填开采时，上覆岩层由于受条带开采煤柱和充填物强有力的支撑，控制了覆岩的沉降，从而也控制了地表的移动和变形，达到了保护地面建（构）筑物的目的。东山煤矿现开采的二采区，经地表移动观测，所采区域地表无变形。

3 效益分析

3.1 直接经济效益

统计得出，东山煤矿条带开采工作面成巷吨煤成本约为275.7元/t，充填系统吨煤成本约为14.05元/t，注浆系统吨煤成本约为13元/t，其他系统（供电、压风、供水、通讯等）吨煤成本约为1.4元/t，从条带开采到采空区充填、整个注浆工艺全部完成吨煤成本为304.15元/t。在之前煤炭市场较好的情况下，产生的经济效益比较显著，目前国内煤炭市场不景气，经济效益较之前有所下降。

排矸费用：东山煤矿年产矸石约为1.5×105 t，现在矸石全部在井下进行充填，每年可节约排矸费约525万元。

3.2 社会效益

随着国家、社会对工业所排固体废物对环境污染的重视以及煤矿企业环保意识的提高，煤矸置换开采技术为我国煤炭企业治理矸石提供了一个切实可行的办法，为进一步促进环境保护、节省土地、搞好工农关系、提高煤炭资源利用率起到了积极的推动作用，不但对东山煤矿具有极大的现实意义，而且为山西省乃至我国类似条件下煤矿开采提供了一条新的技术途径，具有广阔的推广应用前景。目前东山煤矿现有矸石山已全部停用，并得到了有效的治理。

4 “三下采煤”技术发展问题分析

“三下采煤”作为一项新技术，在东山煤矿推广过程中产生了很多问题。比较突出的有：①目前国内没有较为成熟的厚煤层壁式充填开采经验。②壁式充填开采成本高，可能会造成经济亏损。条带充填开采产量低，生产规模受限制。③自身产出的矸石满足不了充填需要的时候，需外运充填材料、地面建充填站，这会使生产工艺变得复杂，降低经济效益。④前期巷道改造工程大，设备购置费用高。

参考文献

[1]邓宁.“三下”采煤技术发展现状及前景展望[J].中州煤炭，2011（12）.

〔编辑：王霞〕