旧巷充填技术在煤柱回收中的应用

2019-10-11范利军

煤 2019年9期

范利军

(晋能集团新村煤业有限公司，山西长治 046308)

在我国一次性能源消耗中，虽然煤炭占比逐年下降，但是其主导地位并未发生变化。随着经济的快速发展，国家对能源的需求逐年增加，势必会加大煤炭资源的开采总量。以往大部分矿井对巷道煤柱、边角煤等资源不进行回收，即便对煤柱和边角煤进行回收，往往会出现支架倾倒、风流紊乱和顶板破碎等不利因素，影响矿井的安全生产。

如何最大限度地提高煤柱、边角煤等煤炭资源的采出率，尤其是稀缺煤种，具有重要的战略意义、经济效益和社会效益。目前，煤炭行业的专家和工程技术人员提出和总结出一系列煤柱回收方法，主要包括房柱式开采技术的应用、无煤柱护巷技术、旧巷充填等[1-3]。本文以新村煤矿为例，分析回收煤柱区域内巷道分布情况、煤层赋存条件，以及生产、运输、通风等系统与矿井各系统的衔接情况等因素，以最优化的方式对煤柱进行安全高效的开采。

1 矿井概况

新村煤矿位于武乡县墨镫乡新村，行政区划属墨镫乡所辖。井田面积为5.298 4 km2，生产能力为90万t/a。

目前，矿井开采煤层为15号煤层，采用综采放顶煤采煤方法。该煤层部分区域已开采完毕，为提高煤炭资源的采出率，延长矿井服务年限，决定对先行开采区域内的采区大巷煤柱进行回收。依据回收煤柱区域内旧巷的分布情况，可圈定的回采工作面开切眼长度为150 m，可推进长度为503 m，煤层厚度为5.20 m。

回收工作面沿用综采放顶煤采煤方法，在推进过程中先后经过6条垂直或斜交旧巷和1条平行于工作面的旧巷，编号依次为1-7号；其中1号旧巷(采区回风巷)垂直于工作面沿煤层顶板布置，4号旧巷(采区水仓)低于煤层底板布置，其余巷道沿煤层底板布置。

2 旧巷充填技术的应用[4-5]

根据回收工作面圈定范围内旧巷分布情况、围岩变形情况等因素，先对旧巷采用充填方式进行充填处理，然后采用正规回采方式对煤柱进行回收。

2.1 旧巷充填方案

1) 沿煤层顶板布置和垂直或斜交于工作面的巷道采用超高水材料分段阻隔充填法进行充填；

2) 沿煤层底板平行于工作面布置的巷道采用原煤进行直接充填，并配合水泥浆液及添加剂对原煤充填体进行注浆加固；

3) 采区水仓采用散煤配合碎石块对底板进行填实硬化。

2.2 充填工艺

2.2.1 超高水材料充填工艺

由于旧巷坡度较小，采用分段阻隔充填方法充填，从工作面切眼由里向外依次充填，分段长度为15 m(分段长度可依据具体巷道情况适当缩短或延长)；充填时根据巷道底板标高，将注浆管放在位置较高的巷道口，充填第一段时，在本充填段巷道两端构筑隔离墙，隔离墙采用单体液压支柱固定不可燃的板材构成，同时两端伸入煤帮200 mm。密闭支设完成后，按分段阻隔式充填巷道方法进行施工，见图1。

综合考虑确定浆液的水灰比为6∶1，2种单浆液混合后可在20 min左右实现初凝，固结体的7 d抗压强度可达到最终强度的70%左右，每吨材料可充填体积约6.8 m3，凝结体最终强度能达到0.7 MPa。

超高水材料充填工艺系统示意见图2。

图2 超高水材料充填工艺系统示意

2.2.2 原煤注浆充填工艺

1) 区段划分：将巷道断面由下向上划分为8层，其中下7层厚度为300 mm，最上面一层厚度为600 mm；在巷道纵向长度上每3 m划分为一区段，每个区段划分为两个阶段，下阶段高1.5 m，上阶段高1.2 m，台阶式后退充填，见图3。

图3 充填区段与分层划分示意(mm)

2) 原煤注浆工艺：将粒径10～50 mm的散煤块装入塑料编织袋，沿区段边界垒煤墙厚度0.5 m；用灌浆管插入煤墙编织袋内，注入水灰比为0.5∶1的灰浆(掺入5%的速凝剂)固化煤墙，见图4。

图4 砌筑煤墙示意

将散煤按厚度300 mm均匀铺设，然后将水灰比为1∶1的水泥浆液(掺入3%的速凝剂)，由内向外均匀灌洒在散煤表面，灌洒浆液量为0.2 m3/m2；边灌洒浆液边与散煤搅拌均匀，搅拌完毕后铺平，保持凝固10 min进行下一层铺设；由下向上依次施工4层，完成第一区段第一阶段充填；采用同样的方法施工第二区段的第一阶段，见图5。