山东里能里彦矿业有限公司 山东济宁 273517
摘要：沿空矸石袋砌墙充填留巷技术能很好的解决煤炭资源回收、采掘接续紧张等问题，因此，沿空矸石袋砌墙充填留巷技术的研究并应用，既提高了煤矿经济效益，又减小了后期巷道维修工作量，相比较薄煤层传统沿空留巷，具有较大的社会效益及经济效益。
关键词：高效绿色；矸石砌墙；充填灵活
本项目以山东里能里彦矿业有限公司为试验现场，开展沿空矸石袋砌墙充填留巷新技术在煤薄煤层综采的研究与应用。薄煤层开采具有效率低、成本高、万吨掘进率高等特点，易造成采掘接续紧张的局面，同时为提高煤炭资源回收率，实现无煤柱开采，减少巷道掘进费用，提高矿井的经济效益和社会效益，里彦煤矿针对16煤层的工作面无伪顶，直接顶为厚度较厚的十下灰的地质条件，2017年三季度在16902上顺槽进行了短距离矸石袋砌墙代替煤柱的实验，留巷块段巷道无明显变形。2018年计划在16705工作面开展沿空矸石袋砌墙充填留巷新技术在薄煤层综采的研究与应用。通过对16705工作面现场监测，运用力学理论及数值模拟方法，对充填体受力分布，充填体变形移动，沿空留巷围岩压力分布等进行研究，研究不同埋深、煤厚、倾角等地质条件下矸石充填参数变化规律。
1、项目意义与必要性
薄煤层开采具有效率低、成本高、万吨掘进率高等特点，易造成采掘接续紧张的局面，为提高煤炭资源回收率，实现无煤柱开采，减少巷道掘进费用，提高矿井的经济效益和社会效益，开展沿空矸石袋砌墙充填留巷新技术在薄煤层综采的研究，可以实现无煤柱回采，利用井下矸石置换煤炭资源，减少矸石升井运输及地面洗选费用，减少矿井环保治更有费用。此技术具有国际领先水平。
1.1顶板岩层
工作面在回采过程中，其采空区顶板岩层活动的主要形式是自上而下的出现分层垮落现象，主要表现为顶板岩层的旋转下沉和平移下沉两种形式。顶板岩层活动可分为前期活动、过渡期活动和后期活动三个时期。前期活动会出现沿空留巷顶板的“一次破断”，这时会与出现冒落的矸石基本上失去联系，并伴随着充填体强度的加大，充填体会切落采空区侧悬臂的直接顶；过渡期活动出现沿空巷顶板的“二次破断”，以此同时会形成老顶岩梁。此阶段顶板的活动会以旋转下沉为主要形式，因此变形速度加快，变形量加大；后期活动造成老顶下位岩梁和沿空留巷直接顶板平移下沉，该阶段顶板以平移下沉为主，下沉速度较小。
1.2巷旁充填体作用力
老顶岩梁的位态与工作面采高、直接顶厚度和岩性有关，而巷旁充填体不能改变老顶岩梁的稳定状态。在顶板岩层活动的不同阶段，巷旁充填体的作用也不尽相同。在顶板前期活动的阶段，顶板以旋转下沉为主，充填体的作用力主要是直接顶的重量和悬臂直接顶的作用力；在顶板的过渡期活动阶段，为了使老顶岩梁的“大结构”在较短时间内尽快形成，这就要求充填体应该具有足够的切顶阻力，能够切断老顶，以减少沿空留巷顶板的下沉量和巷道矿压显现的剧烈程度；顶板后期活动阶段，充填后期工作阻力会呈现出波动性，并会逐渐趋于稳定。
2、项目主要研究内容
a.通过对里彦煤矿16705工作面现场监测，运用力学理论及数值模拟方法，对充填体受力分布，充填体变形移动，沿空留巷围岩压力分布等进行研究，项目技术创新点。
b.研究不同埋深、煤厚、倾角等地质条件下矸石充填参数变化规律。
c.矸石取自本工作面装入编织袋在工作面后按设计尺寸砌墙，井下矸石不升井，节省了矸石升井的运输及地面洗煤厂的洗选。
d.用矸石袋替代煤代煤柱，多回收了煤炭资源，实现了煤矿的无煤柱开采。
3、项目技术、产品与国内外同类技术、产品的比较
我国从薄煤层到厚煤层，从缓倾斜煤层到急倾斜煤层，都已有沿空留巷的成功经验。但是，在沿空留巷研究与应用中仍存在着不足之处，使得一些矿井在应用沿空留巷技术中没有取得预期的效果，并限制了沿空留巷技术在我国更广泛的推广。沿空留巷有多种方式，但都是存在一定的问题，矸石堆垛法是一种看似简单经济的做法，但因为该方法不能达到及时有效支撑顶板，容易造成顶板过量下沉导致巷道不利于回采工作。混凝土墙体法适应性广，承载力高，能够形成足够的切顶强度混凝土墙的缺点在于其比较高的工程费用和施工的复杂性以及强度上升的速度不能适应高产高效矿井工作面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆膏体混凝土方法的优点是膏体状便于施工，缺点是强度和采矿关系的不协调性，导致材料用量大，费用高。高水材料巷旁充填沿空留巷是主流的留巷方式，随工作面在采空区所在一侧构筑巷帮充填体形成巷帮支护带。
高水材料可以通过调节水灰比改变充填体抗压强度可以满足多种强度要求的工程需要，缺点是材料用量大，费用高。本项目采用采用矸石袋在采空区沿巷道砌墙，使用锚杆加固增加墙体抗压能力，墙体与顶板之间使用坑木或其它材料填实，增强墙体的接顶能力，此方法简单经济，适应性广，承载力高，能够形成足够的切顶强度，安全可靠。
4、项目目标产品市场分析
本项目研发的沿空留巷新技术处于国际领先水平，可推广至国内外同类条件矿井。本项目的最大点为：方法简单经济，适应性广，承载力高，能够形成足够的切顶强度，安全可靠。矸石取自本工作面装入编织袋在工作面后按设计尺寸砌墙，井下矸石不升井，节省了矸石升井的运输及地面洗煤厂的洗选。用矸石袋替代煤代煤柱，多回收了煤炭资源，实现了煤矿的无煤柱开采。
（1）总体目标
本项目完成时间为2018年6月份，计划投资377万元，预期目标是本技术在山东里能里彦矿业有限公司试验成功后可推广至全国类似条件矿井，年增加效益1378.8万元。
（2）主要研发工作与目标
本项目主要研发工作有：确定充填体在工作面回采后的受力状态；确定充填体在受力后的移动变动规律；确定沿空留巷围岩的压力分布规律；确定不同埋深、煤厚、倾角等地质条件下矸石充填参数变化规律。
主要技术指标：
①矸石取自本工作面，矸石袋砌墙制做简单，充填体宽度、强度符合围岩控制要求。
②对巷道支护方案进行评价及支护参数优化，减少支护浪费。设计加强支护方案与优化，设计充填支护参数并优化。
③优化充填开采系统，建立充填留巷科学开采系统及开采体系。
④优化充填工艺流程，实现充填成本最小化及充填工艺的简单化。
（3）生产方案：在16705上顺槽回采后，在机尾后使用矸石袋砌墙充填留巷，充填宽度2.5米。
施工顺序，第一步：井上用编织袋装碎矸石，用矿车运输至施工顺槽超前支护段，码放整齐。第二步：施工顺槽推刮板输送机后堆砌装矸石的编织袋，用锚杆、工字钢、钢筋梯紧固。第三步：编织袋堆砌后，收回墩柱，回柱放顶。第四步：工作面爆破出煤推刮板输送机后重复第一、二、三步。
（4）经济效益额的计算依据与分析
里彦煤矿2017年三季度在16902上顺槽进行了短距离矸石袋充填留巷实验，共计推采210m，多回收煤炭资源1334吨（煤厚1m，容重1.27吨/m³），且留巷块段，巷道无明显变形，顶板无明显下沉，达到了沿空留巷的目的。按照矿井生产能力80万吨/年计算，每年约回采5个（面长160m，走向长度800m）的工作面，按照留设煤柱5m，年损失煤炭量约为1.46万吨，且需额外施工安全出口2000m，额外修复巷道2400m，不仅降低回采率，还多施工巷道，且增加了巷道修复的工程量。折算下来每年损失的资源价值1138.8万元（按照煤价780元/吨计算）和增加施工巷道的费用200万元（按照全煤巷道每米全部成本1000元计算），合计每年综合创效1378.8万元。
5、结束语：
沿空矸石袋砌墙充填留巷技术能很好的解决煤炭资源回收、采掘接续紧张等问题，因此，沿空矸石袋砌墙充填留巷技术的研究并应用，既提高了煤矿经济效益，又减小了后期巷道维修工作量，相比较薄煤层传统沿空留巷，具有较大的社会效益和极大的经济效益。
参考文献
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论文作者:郑猛
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第15期
论文发表时间:2019/9/19
标签：矸石论文; 顶板论文; 工作面论文; 巷道论文; 煤层论文; 矿井论文; 技术论文; 《工程管理前沿》2019年第15期论文;