晋平煤业条带充填开采方案比选分析

2022-04-22 07:42
山东煤炭科技 2022年3期
关键词:煤业采区煤层

张 元

(长治市煤矿技术服务中心,山西 长治 046000)

充填开采是提高矿井资源回收率,延长矿井服务年限的重要技术方式,可以解决矿井矸石排放,有助于保护地表生态环境,实现矿井绿色开采[1-2]。

1 工程概况

晋平煤业批准开采3~15-3号煤层,设计生产能力2.40 Mt/a,采用斜、立井混合开拓。矿井井田范围内3号煤层平均厚为5.72 m,煤层赋存稳定。煤层直接顶为砂质泥岩、粉砂岩和细砂岩,基本顶为细粒砂岩,底板为泥岩、砂质泥岩和粉砂岩。全井田3号煤层共划分105、106、107三个采区,目前105采区大部分已开采,仅剩余“三下”压煤及边角块段;106采区大部分已采空,仅剩余少量工作面;107采区部分开采。井田内3号煤层可采储量主要分布在井田边界附近或被地面建(构)筑物所压覆的非连续块段。由于矿井尚不能实现对地面所有建(构)筑物的搬迁开采,严重影响了矿井的开拓布置与生产接续,也给矿井生产效益带来不利影响。同时煤矸石外排破坏生态环境,在解决厂矿煤矸石处理的同时,将井下留设的部分煤柱、呆滞煤炭资源开采出来是一个经济、有效的方式,加快充填开采对晋平煤业具有重要现实意义[1-2]。

晋平煤业充填开采试验区域位于105采区,105开拓巷北侧,井田中央位置,对应地表为庙凹村,无特别重要建筑。初步规划的充填区域约28万m2,煤层均厚约5.72 m,煤层埋深约360 m,储量约160万t,如图1。

图1 充填首采区井下位置示意图

2 地表建筑物变形分析及充填开采工艺

2.1 地表建筑物及变形情况分析

拟采区域开采将影响庙凹和冯家庄村庄部分建(构)筑物,村庄范围内的建筑物主要为砖混结构平房,还分布有10余户二层楼房。参照三下开采规程,结合地表建筑物情况,设计区域地表建筑物属于Ⅱ级或Ⅲ级保护要求。为充分保护建筑安全,设计区域压煤开采时,普通建筑物按照Ⅰ级损坏等级设定变形指标,即地表变形值中水平变形小于2.0 mm/m,曲率小于0.2×10-3/m,倾斜小于3.0 mm/m。

2.2 充填开采技术选择

目前,主要的充填开采技术有膏体充填开采技术、高水充填开采技术和矸石充填开采技术三种。地表移动变形控制效果最好的为膏体充填(充填充实率可以达到100%,膏体强度可调),高水充填次之(因充填体终凝强度低、充实率较低、压缩率高),矸石充填最差(充填充实率可以达到85%,松散矸石达到终极压力时压缩率达到30%)。晋平煤业充填开采主要回收地表建筑保护煤柱,为保证地表建筑物安全,选择采用巷式条带充填开采技术[3-5]。

3 充填方案比选分析

3.1 充填开采方案设计

根据晋平煤业地质赋存条件及首采区位置,结合巷式条带充填工艺技术特点,根据回采技术要求,工作面按5 m条带宽度考虑,将拟开采区域分成块段1、块段2、块段3,提出以下两种开采方案。

(1)方案一:块段1、块段2同时回采,最后回采块段3。首先利用原来10513运输顺槽,改造该巷道为顶板巷道,作为充填工作面进风巷,原10513-2回风顺槽和原10511回风顺槽作为充填工作面回风顺槽,从原来10513运输顺槽分别向原10513-2回风顺槽和原10511回风顺槽掘进支巷,进行回采,支巷宽5 m,与原来10513运输顺槽夹角70°,西翼支巷长度约196 m,东翼支巷长度约160 m。充填施工为两回风顺槽向运输顺槽充填,充填开采平行作业互不影响,如图2。

图2 方案一充填工作面区域布置示意图(m)

(2)方案二:三个块段依次开采。开采块段1时,首先利用原来105采区回风巷,改造该巷道为顶板巷道,作为充填工作面进风巷,巷道尺寸宽为5.8 m,高为4 m,原10513-2回风顺槽和原10513运输顺槽作为充填工作面回风顺槽,为保障通风,把原来10512运输顺槽和原10512回风顺槽充填完毕。从原来105采区回风巷分别向原10512运输顺槽和原10513运输顺槽掘进支巷,进行回采,支巷宽5 m,与原来105采区回风巷夹角70°,西翼支巷长度约113 m,东翼支巷长度约76 m。充填施工为两回风顺槽向运输顺槽充填,充填开采平行作业互不影响。此种方式需要重新掘进两条运输顺槽,从而形成三个全风压通风系统,巷道布置如图3。

图3 方案二充填工作面区域布置示意图(m)

3.2 方案对比

分析以上两个充填开采方案,从多个角度进行对比分析,见表1。

通过表1分析对比,两个方案在回采率方面相当,方案一在前期准备工期方面优于方案二,但是在目前巷式条带充填以及政策符合度上方案二优于方案一,且方案一在通风管理方面存在安全隐患,方案二工作面生产安全更容易把控。因此,综合以上因素,晋平煤业充填开采选择方案二,即将充填区域划分为三个块段,依次顺序进行充填开采。

表1 方案分析对比表

4 结语

通过分析晋平煤业资源现状,结合晋平煤业充填试验区域地质情况、地表建筑情况等,确定采用巷式条带充填开采技术。结合巷式充填开采技术要求,将试验区域划分为三个块段,设计两种充填开采方案,并从前期准备、支巷长度、回采率、充填工序、安全生产、地表建筑情况、规范要求、技术可行性和充填体接顶难度等多方面进行对比,最终确定试验区域采用三个块段依次顺序进行充填的技术方案。

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