常村煤矿井下充填开采方案分析选定

刘 浡

(山西焦煤股份公司 生产部，山西 太原 030021)

1 项目背景

常村煤矿N3采区位于N翼大巷的西侧、N3-12工作面采空区的南侧、太长高速公路保安煤柱的东侧、S228省道的北侧。N3采区对应地表有长治市澳瑞特新型建材有限公司、太行路桥六分公司等建构筑物。由于这些建构筑物的存在，压覆了大量的煤炭资源，降低了煤炭的回收率。

为实现煤炭资源开发与生态环境保护协调发展，提高煤炭资源采出率，避免和减少对矿区生态环境造成破坏和污染，贯彻“污染防治与生态环境保护并重，生态环境保护与生态环境建设并举，以及预防为主、防治结合、过程控制、综合治理”的指导方针，推行循环经济“污染物减量、资源再利用和循环利用”的技术原则，常村煤矿计划采用充填开采方式对建构筑物的压煤进行解放，以实现矿区生态环境无损或受损最小。

2 充填开采的常规种类

自2013年1月国家能源局、财政部、国土资源部、环境保护部联合下发《煤矿充填开采工作指导意见》(国能煤炭[2013]19号)以来，为加快充填开采的研发和推广，国家和地方不断出台利好政策。国家主管部门利用财政杠杆，对采用充填开采的企业进行资源税减征。2016年5月，财政部、国家税务总局下发《关于全面推进资源税改革的通知》(财税〔2016〕53号)、《关于资源税改革具体政策问题的通知》(财税〔2016〕54号)，通知提出对符合条件的采用充填开采方式采出的矿产资源，资源税减征50%。

无论是从现阶段该区域的压煤对矿井可持续发展的影响，还是从国家和地方不断出台的利好政策来看，对该区域的压煤进行充填开采都非常必要。

根据常村煤矿N3采区地质条件，结合矿井开采技术条件和各系统设备布置情况，设计选定CTN301工作面为充填试采工作面，并提出了两种可行的充填开采方案。

2.1 条带式充填开采方案

条带式充填开采指在工作面布置时，先布置一条胶带巷，再沿着区域边界布置回风巷，并与现有采区大巷沟通，形成工作面完善的煤炭运输、辅助运输系统，以及全负压通风系统。若区域较大，应分为若干个小型的条带工作面，由里向外逐步充填开采。

2.1.1 充填开采采充循环划分

条带式充填开采工作面采充循环如图1所示，由里向外进行充填开采，分为四个阶段。第一阶段：先依次采充第4、8、12条巷，先掘进第4条巷，再掘进第8、12条巷，在掘进第8条巷时充填第4条巷，在掘进第12条巷时充填第8条巷，依次采充循环，直至下一阶段；第二阶段：依次采充第2、6、10条巷，在掘进第2条巷时充填上一阶段的第12条巷，在掘进第6条巷时充填第2条巷，依次采充循环，直至下一阶段；第三阶段：依次采充第1、5、9条巷；第四阶段：依次采充第3、7、11条巷，直至12条巷全部采充结束，进入下一个12条巷组。

图1 条带工作面采充循环(四个阶段)

2.1.2 充填装备与充填材料

充填材料主要用粉煤灰和水泥，两种粉料均采用钢板筒仓储存，满足环保要求，仓底设有螺旋给料机，可实现密闭式向粉料称量斗中给料，循环实现配料，配料完成后投入搅拌机内。

主要采用装备为GZG1253振动给料机、GTS1545滚筒筛、DKX7.0搅拌机、HGBSW310.21.1420型充填工业泵等。

2.2 支架后方采空区充填开采方案

工作面支架后方采空区充填开采，就是利用充填支架提供采煤和充填的空间，在正规工作面开采的同时，对后方的采空区实施充填。充填液压支架与常规综采支架不同，充填支架除支护顶板外，还得提供充填作业空间，是用于充填法采煤工作面的特种液压支架。充填支架可以是新设置的特种液压支架，也可以利用现有支架加工改造成具有后支撑的液压支架。

2.2.1 支架后方采空区充填开采采充循环

支架后方采空区充填开采采充循环如图2所示，待工作面上一循环充填浆液凝固且达到设计强度后,见图2(a)，开始正常割煤；随工作面推进，直至达到充填步距，下循环准备完毕，见图2(b)；之后升起升降侧护板，在尾梁上挂袋，形成待充填空间，安装完毕后，开始正常充填，见图2(c)；本步距采空区注满后，拔出充填注浆管，注入筒实现自封闭，有效隔离采空区与液压支架，充填结束，等待凝固，见图2(d)，直至完成一个采充循环。充填浆液凝固且达到设计强度后，降下液压支架顶梁，拉架，继续正常割煤。

图2 工作面支架后方采充循环

2.2.2 充填装备和充填材料

充填材料主要用粉煤灰和水泥，两种粉料均采用钢板筒仓储存，满足环保要求，仓底设有螺旋给料机，可实现密闭式向粉料称量斗中给料，循环实现配料，配料完成后投入搅拌机内。

主要采用装备为GZG1253振动给料机、GTS1545滚筒筛、DKX7.0搅拌机、HGBSW310.21.1420型充填工业泵等。

3 两种充填开采方案技术分析比较

3.1 生产能力

方案一需新布置顺槽巷道，根据国内条带式充填开采情况，受掘进和充填效率的影响，其单巷单机条带充填生产能力一般为15～45万t/a，其能力偏小。方案二在工作面支架后方采空区进行充填，随采随充，其生产能力大小与工作面能力一致，相对较大，但充填对工作面的生产能力有一定的影响。

3.2 资源回收率

方案一受顶板强度和稳定性影响，在条带布置时若顶板有构造或其他特殊地质条件以及矿压显现严重时，须及时合理留设煤柱。若用在正规区域，其资源回收率相对较低，但可用于非正规区域煤炭资源的回收，能提高矿井整体的资源回收率。方案二只能用于正规区域工作面，充填不影响正规工作面的资源回收率。

3.3 开采技术难度

方案一受通风、采掘布置、顶板稳定程度等影响，开采技术难度相对较大。方案二，支架后方采空区充填后，充填体能支撑顶板，防止顶板大面积垮塌，周期来压延迟或取消，开采技术难度较低。

3.4 设备投资

方案一除充填设备设施外，只需采用掘进机、通风机、单体柱等设备，初期投资相对较低。方案二需增加采煤机、液压支架等采掘设备，投资较高。

综上所述，由于CTN301工作面邻近公路压煤区，且地面布置有建(构)筑物，不宜布置正规长臂工作面开采，因此推荐采用方案一。