晋平煤业条带充填开采方案比选分析

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。