爱华网1矿井概况 王河煤矿位于荥巩煤田中部,荥密背斜的北翼,总体为一向北倾斜的单斜构造,走向约N1050E,倾角一般130,构造简单，属于低缓丘岭地形,基岩大面积被第四系掩盖,仅有零星露头。矿井地质条件简单，构造以近南北向的正断层为主，落差一般在1m以下，对矿井开采影响不大。除此之外，顶板裂隙和沿走向分布的宽缓褶皱均对开采影响不大。矿井主要可采煤层一1煤层，该煤层赋存稳定，厚度基本均匀，平均厚度1.09m,中间一般含一层0.1m夹矸，岩性为灰质泥岩、砂质泥岩。本矿正常涌水量为1100m3/h，矿井最大涌水量为1800m3/h。 历年来矿井瓦斯鉴定均为瓦斯矿井。 2、项目实施地点及工作面基本情况 本项目选择在地面上村庄稠密的109采区，为井田中部王河水库和我矿工业场地所占压的煤炭资源。充填地点选择在地面刘河镇下10903工作面。 2.1工作面煤层情况 工作面地面对应位置位于刘河镇王河村，地形属丘陵阶地。上方大部分区域为村庄，村庄内多数为居民小楼。该工作面开采石炭系太原群一1煤层，该煤层赋存稳定，煤层总体走向N105°E，倾向N15°E，煤层倾角12°～14°，平均煤厚1.09m，煤厚均匀稳定，埋深约247.47m～309.8m。一1煤层为黑色块状无烟煤，以亮煤为主，含一层0.05～0.1m的夹矸。煤层硬度大，f值在2～3之间，容重1.6T/m3，煤层结构简单。 2.2地质构造及水文地质 2.2.1煤层直接顶为太原组L1灰岩，岩溶裂隙发育，富水性强，顶板岩层较为完整，但具有明显的分层现象，可以随放顶而冒落；煤层底板为本溪组铝土质泥岩，其下为奥陶系灰岩强含水层。目前矿井实际涌水量为1300m3/h。该工作面实施矸石充填采煤工艺，其目的是保护工作面上方地表村庄建筑物，阻止一1煤顶板含水岩层断裂，减少矿井涌水量，即可回收村庄下呆滞煤量，又可减轻王河煤矿的排水压力，是实施矸石充填理想的试验场地。 2.2.2该区煤层地层为一单斜构造，从10903工作面上顺槽和下顺槽掘进揭露的地质情况分析，本工作面范围内未发现大的断层，但存在有小型断层，对工作面回采会造成一定影响。 2.3回采工艺流程 2.3.1工作面采用走向长壁后退式布置，炮采采煤工艺，爆破落煤，人工攉煤，采用刮板运输机和胶带输送机相结合的方式运煤，矸石充填管理顶板。工作面采用（3·5）排顶板控制，最小控顶距3.2m（三排），最大控顶距5.6m（五排），如图所示。 2.3.2工作面基本支护：采用DZ12－30/100、DZ14－30/100单体液压支柱点柱支护。 3充填工艺及流程 3.1充填工艺流程见下图所示 3.2充填工艺 3.2.1工作面推采达到最大控顶距时，充填管路敷设在次边排支架空档内。 3.2.2按照“见五充二，自下向上”顺序，分段回柱充填，分段长度为10～15m。在充填点处输送管路上安装90°弯管至采空区。 3.2.3靠边排用竹芭或菱形网、塑料彩布封闭，竹芭或菱形网由细铁丝将彩布固定在单体支柱上，彩布由底板铺至顶板，不得留有缝隙，倾斜压茬不得小于0.5m。 3.2.4边排单体支柱密度比正常支设密度大一倍，形成密集支柱，支柱间距不得大于0.3m。 3.2.5一个循环充填完毕，下一个循环解开固定彩布的铁丝，将竹笆、菱形网与彩布回收，移至下一个循环继续使用。每三个循环更换一次彩布，竹笆或菱形网可随时更换。 3.2.6在工作面上顺槽下方用塑料袋装碎矸石垒砌3m宽的矸石带，作为沿空留巷的巷帮支护，将上顺槽保留下来。 3.2.7在充填过程中，由注浆站向充填点引两条注浆管路，向采空区喷洒添加剂，一路输送主剂，一路输送辅剂，两种材料与矸石充分结合，使之与矸石中的水份和粉末混合，快速凝固，及时支撑顶板。 3.3充填安全技术措施 3.3.1启动输送泵前，认真检查输送管路接头处对接是否严密，检查输送管路的固定状况，发现对接不严或管路固定不牢靠等情况立即处理，否则不能启动输送泵。 3.3.2充填时要密切观察工作面及充填区顶板动态，发现异常现象（如：巨大的震顶声，顶板来压显现强烈或出现台阶下沉现象等），必须立即发出警报，撤离所有人员，待顶板稳定后，方可继续施工。 3.3.3每一段充填完后，用电话联系输送泵站停止供料，然后方可掐缩管路及回柱工作。处理管内存留矸石余矸采用高压注液枪进行清理。冲洗管路时，人员必须侧式操作避开管子口，防止蹦出的泥浆对人员造成伤害。 3.3.4拆卸后的管子，摆放在充填区前方支柱空档内，码放整齐不得妨碍行人及运料。在搬运钢管时妨碍的支柱，严格执行先支后回的规定，严禁空顶作业。搬运管子时，用长绳拴住管子控制下滑，不得任意放手，防止意外下滑伤人，当班班组长现场指挥，人员要密切配合，用力一致。 3.3.5回柱时必须安排工作经验丰富的人员操作，带齐工具，一人观察顶板，一人回撤支柱，严格按照“自下而上、由里向外”的顺序进行回撤。 3.3.6为防止工作面充填期间下顺槽积水，在下顺槽始终保持临时水窝，用风泵或潜水泵抽排积水。每班安排专人负责看管清理水窝，以保持正常疏水。 3.3.7采空区充填期间，如充填材料水分过多，充填负责人及时通知输送泵房停止充填，立即调整充填材料的配比。对充填区边排设专人巡查，对封堵不严的地点必须重新加固，严禁膏体外溢，工作面出现失效变形支柱及时更换撤除。 3.3.8工作面向采空区充填期间，加强对边排支柱的管理，发现失效、变形支柱及时更换，每班对边排支柱注液两次。 3.3.9每个充填段完成后，在回撤下一个充填段前必须先在充填的新边排以外挂牢竹笆和塑料彩布，然后方可按照“自下而上、由里向外”的施工顺序逐列回出支柱。 3.3.10周期来压时，密切关注采空区顶板变化，发现震顶、掉渣等冒顶征兆时，停止向采空区充填，人员撤离到充填区上方的安全地点，待顶板稳定后，方可继续充填。 3.3.11膏体外溢时，必须电话通知输送泵房停止充填，将充填区下方人员迅速撤离到膏体外溢点上方。当班管理人员立即组织人员对膏体外溢孔进行封堵，封堵外溢孔按照“自上向下”的顺序进行。处理事故时当班领导负责合理组织人员，施工时严禁人员碰撞。 4整体充填采煤工艺的效果分析 王河煤矿泵送矸石充填从2011年6月份开始前期论证，8月开始设计充填方案，设计充填巷道、充填硐室、矸石仓等施工图。9月开始进行井巷工程改造，11月成立专门充填队伍，开始充填设备安装调试，12月试运转。2012年正式开始10903工作面采空区充填。目前，已经成功充填置换原煤约6万吨，取得了良好的充填采煤效果。 4.1王河煤矿成立了专门充填队伍，通过系统的培训和几个月的现场实际操作，已经形成了一支高素质的专业充填队伍。 4.2制定了一整套充填管理制度，建立了充填质量保障体系和评估机制，结合泵送矸石充填特点，研究充填管理质量保证体系，积极探索建立充填考核评价机制。 4.3结合王河煤矿“三下”滞留煤量的特点，探索出了一整套安全、高效、经济、简易的充填采煤方法。 4.4泵送矸石充填骨料主要为破碎的岩巷掘进矸石，大部分为硬度较大的铝土岩、灰岩、细砂岩。破碎后的矸石形状不规则，粒径变化也较大。现场统计表明，管道磨损速度与矸石粒径、硬度及不规则度成正比。通过实践，摸索出了泵送矸石充填管道磨损与堵塞成因及对策研究。 4.4.1矸石颗粒不大于25mm,小于5mm的颗粒占40%左右，最有利与料浆输送能够减小管道磨损和管道堵塞； 4.4.2料浆质量浓度78%～88%，充填料浆在管道中形成柱塞流，能够有效减小管道摩擦阻力； 4.4.3最适合泵送矸石充填的管道直径为159mm，管道流速为1.0～1.5m/s。 4.4.4减少了王河煤矿开采一1煤层由于顶板冒落或底板扰动而突水的概率，大大降低了排水费用，并消除了由于突水而带来的安全隐患。 4.4.5实现原生矸石充填与开采同时作业，协调推进；实现充填速度50m3/h，垂直输送300m，水平输送1200m。 4.4.6提高了充填机械化程度，充填工艺简单、易操作，充填成本低，劳动强度低，避免矸石上井，大幅度减少岗位人员，减少了安全隐患。 4.4.7对充填体强度及充填料浆坍落度、泵送料浆流动阻力与相关因素之间的关系进行了理论分析和试验研究。在泵送料浆试验中，通过掺加粉煤灰，可以提高充填体的坍落度，从而降低泵压损失，可以延长充填体的泵送距离。 5“矸石井下充填”应用的效益5.1经济效益?一是解放建筑物及水体下的煤炭资源、提高资源回收率；二是消耗了大量的固体废弃物----煤矸石，减少矸石的运输、提升费用，避免了矸石地面堆积占用耕地产生的费用；三是充填工作面上、下顺槽采用沿空留巷，节约了巷道掘进费用；四是工作面实施该项技术，显著减少了工作面的涌水量，节约了排水费。计算时间自2011年12月至2012年9月，共10个月。 5.1.1该技术实施现场为鹤煤公司王河煤矿10903工作面，工作面煤炭资源为村庄下压煤，通过充填开采，采出煤炭共计6万吨，原煤市场价格平均为680元/吨，充填成本平均为66.72元/吨，产值总额为：6万吨×（680-66.72）元/吨=3679.68万元。 5.1.2采空区采取全部充填，矸石充填体与煤等体积置换，消耗矸石5.25万吨，折合为5.25万矿车（1吨矿车），每矿车矸石的运输、提升环节产生的总费用平均为10.5元，节约的费用为：5.25万车×10.5元/车=55.125万元。 5.1.3充填工作面走向长550m，工作面顺槽采用沿空留巷，巷道掘进工程费用，根据有关规定计算出巷道掘进单价为7350元/米，共计节约巷道掘进费用为550m×2×0.735万元/米=808.5万元。 5.1.4该项技术的应用，不但降低了工作面突水危险，而且显著减少了工作面的涌水量，节约了排水费用，取得了较好经济效益和安全效益。 5.2技术效益分析 5.2.1充填速度快，实现了采充平行作业，每月可采煤约0.8万吨，保证了矸石的消耗量和换煤量。 5.2.2采用泵送矸石充填工艺开采，充填密实度高，粉碎后的矸石在泵送作用下，接实顶板对顶板有一定的支撑作用，大大减少了顶底板的移进量和破坏深度。地表移动变形值未超过I级破坏范围，保证了安全开采，减少了赔偿，具有明显的社会和经济效益。
5.2.3泵送管道充填矸石向充填地点采用管道运送，可实现运输过程中的封闭管理，减少了粉尘的产生，安全性较高，污染少，保证了员工的健康。 5.2.4泵送矸石充填回填利用了矸石山的煤矸石，解决了矸石堆积地面占用土地的问题，也可恢复开发利用原矸石山的土地。 5.2.5消除了因矸石堆放造成的自燃及酸雨危害，同时解决了因矸石山自燃爆炸造成的滑坡事故等安全问题，改善了矿区生态环境。 5.2.6泵送矸石充填开采技术工艺简单，机械化程度高，易操作，劳动强度低，费用低，减少了矸石上井的提升运输环节及岗位人员，消除了安全隐患。 6、结语 资源是企业发展之基。面临资源枯竭的矿井，为了延长矿井开采服务年限，走可持续发展之路，利用泵送矸石充填技术，直接充填到采空区，支撑采空区顶板，从而置换开采出呆滞煤柱、“三下”压煤。应用这项技术，既可以保护环境、保护生态、节约土地、提高资源利用率，又能够减小顶板下沉和地表沉陷，防止地表塌陷、解决承压水煤层开采、用于工作面防灭火管理，不失为建设资源节约型、环境友好型、和谐矿区的极好路径，是一种具有广泛推广应用前景的充填开采技术。
