能源技术与管理 2010年第3期 doi:10-3969 .issn.1672-9943.2010.03.039 建筑物下压煤采空区充填新方法 韩晓东,冯光明,王成真,连小林,周振,贾凯军 (中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221008) [摘要]简要介绍了超高水材料的特性以及超高水材料采空区充填工艺,根据邯郸矿务局 陶一煤矿充填试验面首次应用情况,采用岩层探测记录仪对采空区充填固结体进 行了钻孔窥视。窥视结果显示,超高水材料充填浆液不但能充实采空区冒落矸石, 而且能对采空区冒落带上方岩层较小的裂隙进行充填,是一种理想的采空区充填 材料。 [关键词]超高水材料;开放式充填;充填率 [中图分类号]TD823.7[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2010)03 094 2 O引 言 层。煤厚在3.5~4.3 m之间,平均煤厚3.97 m;煤 层倾向Nl10。E,倾角10。~13。。工作面沿2 现阶段,建筑物下压煤开采主要是通过对采 煤层倾向布置,为倾向条带仰斜开采工作面。工作 空区进行充填或对上覆岩层离层带注浆来控制地 面走向长50 m,倾向长220 m。工作面顶板底岩性 表的移动和变形。目前主要是利用膏体和似膏体、 如图1所示。 矸石等材料对采空区进行充填,取得了一定的效 果。然而在一些其它条件下,这些充填方式存在着 厚度 岩性柱状 岩层 岩性 /m 名称 充填成本高,充填率低等问题…。超高水材料对采 空区进行充填,具有充填系统工艺简单,前期投资 7.45 粗粉砂岩 黑色具水平层理 较小,充填率高等特点,弥补了现有充填方式的不 。足,大大扩展了建筑物下充填的范畴。 O.75 \ .f 细砂岩 细粒石英砂岩 河北邯郸矿务局陶一煤矿首采充填试验面成 5.63 粗粉砂岩 灰色具波状斜层 功地进行了超高水材料充填采矿的国内外首次试 验,取得了良好的效果。 .02.75 厚层状.12) 2煤 成岩侵入煤层 ,局部火 1超高水材料简介 1.10 4.12 火成岩 灰白色,裂隙 超高水材料是由中国矿业大学冯光明教授经 发育,为含水层 4t。 .十余年研究而发明的一种采空区充填材料。该材 5O ”‘…、 粗粉砂岩 灰黑色具波 ●・●●LL 状斜层理 料能较好的适应“三下”充填开采的要求,目前处 图1 2 煤层综合柱状图 于推广应用阶段。该材料由A、B料和AA与BB 辅料构成。A料以多种矿物按一定的比例混合烧 3超高水材料充填工艺 制而成,B料以多种矿物按一定的比例混磨而成, 超高水材料开放式充填工艺主要包括充填泵 辅料AA为复合超缓凝剂,辅料BB为复合超速凝 站和充填点两部分。工作面布置为仰斜开采方式, 剂。使用时,A、B料以重量比1:1使用,水体积可 随采随充。具体充填流程为:A、B材料及辅助配料 达95%~97%,用水量超高,初凝时间为0.5 1.5 h,终 入仓一清水入罐一设置充填材料配比一启动搅 凝强度0.5~1.0 MPa,且生成的固结体不收缩,也 拌配料设备一材料、水人搅拌筒搅拌一浆体进入 不可压缩,是一种理想的采空区充填材料。 储浆缓冲池一启动充填泵一管路输送一工作面 2工作面概况 副巷A、B浆体混合一进人工作面采空区一与空 区冒落矸石胶结凝固。 首采充填试验面所在2 煤层为单一倾斜煤 3.1 充填泵站 2010年第3期 韩晓东,等建筑物下压煤采空区充填新方法 95 充填泵站为一套上料搅拌系统和泵压管路输 送系统。具体由控制子系统、制浆子系统和输送子 系统组成。 充填泵站各子系统运行步骤:由控制系统设 定输送料的配比制浆量;制浆系统在PLC的控制 下加料与给水,生产出所合格的浆体并转送缓冲 池中;2台充填泵分别将两种不同浆体通过管路 输送至采空区附近的充填点。 3.2充填点 通过两条管路输送至充填点附近的A、B两 种浆体经过混合系统后,自流进入采空区。 混合系统采用三通,直接与进浆管路、出浆管 路相连接,出浆管路连接自制螺旋混合装置,保证 充填料的混合效果。后接普通管路直接混合进入 工作面采空区。 4充填效果 充填试验面累计采出空间44 613 m ,累计充 填量为36 591 m。,充填率为82.6%。由于工作面自 切眼开始推进至31 m时,直接顶已发生初次冒 落。此后,工作面顶板随采随冒。故充填效果无法 直观观察。为此,在采空区中部顶板上方20 m处 的一段巷道内向下钻孔直至采空区,并利用岩层 探测记录仪对钻孔进行窥视,观测超高水材料充 填固结体在采空区上覆岩层内部的分布状况。现 以两个钻孑L的窥视情况进行分析。 1号钻孔孔深24.60 m,窥视结果显示:充填 固结体距理论充填高度(最后一次充填位置水平 面)为0.435 m。充填固结体存在最高位置位于孔 深9.80 m,煤层顶板之上l0.08 m处。 2号钻孔孔深25.35 m,窥视结果显示:充填 体固结体距理论充填高度为O.264 m。充填固结体 存在最高位置位于孔深9.81 m,煤层顶板之上 10.26 m处。 从窥视结果分析可知,超高水材料充填固结 体不仅能够密实 [作面采空区,而且能通过大小 裂隙渗透到采空区上方岩层中,极大的阻止了上 覆岩层的进一步下沉对矸石的压实作用,真正起 到了缓减覆岩下沉的目的。 5充填成本 充填试验面共采出煤炭78 290 t,超高水充填 材料用量4 799.8It。充填材料价格为950元/t,由 此计算出吨煤材料直接费用为58.24元。 其它费用:充填用人工共3 480个,每工按85 元,则人工费用295 800元;耗电253 000 kwh,每 度按0.53元计,则电费为134 000元;设备维修费 约250 000元,则其它吨煤费用为8.68元。 由上计算可知,经过充填开采后,吨煤综合成 本为66.92元/t。 6超高水材料充填评价 超高水速凝材料充填技术与其它充填技术相 比,具有以下几大优点:①由于超高水材料在使用 过程中,用水量超高,水体积可占95%~97%,故 所需固体材料少。这样,一方面降低了充填成本; 另一方面,简化了其它充填技术所需的庞大充填 系统。一般来说,膏体充填前期投资需要几千万 元,而超高水充填所需要的充填系统仅需二百多 万元。②工作面随采随充,充填率较高,密实性好, 对控制地表的移动和变形效果显著。一般来说,超 高水充填效果明显,矸石充填效果不太理想。③由 于所需固料少,对矿井辅助运输影响基本没有,且 井下充填系统简单,工人劳动强度低。 现阶段,不足之处在于超高水材料开放式充 填是依靠浆液自流的方式进入采空区,故工作面 应布置为仰斜开采工作面。充填对倾角有一定的 要求,倾角太小,短时间充填能力小,浆液需要滞 后工作面支架后方较长距离才……,IJ接顶。倾角 过大,不利于正常采煤工作。 7结语 超高水材料开放式充填工艺能够实现随采随 充,充填浆液不仅能够密实采空区冒落矸石,而且 能对采空区冒落带上方岩层较小的裂隙进行充 填,有效地缓减了采空区上方覆岩的下沉。同时, 由于该充填方法充填充填率高、成本低,密实性 好、工艺简单,值得进一步推广应用。 [参考文献] [1]董根论.固体废弃物充填地下采空区的实践[J].矿业 工程.2005(5) [作者简介] 韩晓东(1985一),男,山西吕梁人,采矿丁程硕士研究 生,研究方向为巷旁支护和采场围岩控制。 『收稿日期:2010一O1—20]