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1、1高水充填置换开采在埠村煤矿的应用高水充填置换开采在埠村煤矿的应用(Replacement of high water filled the application of coal mining in bucun)刘献勇刘献勇 (Liuxianyong)(Liuxianyong)（山东淄矿集团有限责任公司埠村煤矿）( (Shandong Zibo Mining Group Co., Ltd. bucun mine)摘要 本项技术针对我国东部地区普遍存在的村庄建筑物下、水体下、铁路下压煤开采（简称三下开采），承压水上开采难题，结合埠村煤矿 9 煤层直接顶是四灰，顶板坚硬完整不易冒落的特点，自主研
2、发了高水材料，采用开放式自流充填，对已条带采采区 911 进行了复采，成功复采煤炭 31.5 万吨，解决了三下压煤、承压水上开采的世界性难题，为我国乃至世界开采“三下”压煤、承压水上开采开辟了一条新的途径，具有重要的现实意义和深远的历史意义。Abstract ：This technology prevalent in our country villages in the eastern region under the building, water, railway under the Coal Mining (mining referred three times), confined
3、water mining problems, combined with bucun coal mine immediate roof is a four-9 ash, hard roof the characteristics of a complete falling hard, independent research and development of high water, materials, use of open-gravity filling, have been strip mining district 911 were re-mining, mining of coa
4、l 315,000 tons a successful recovery, under pressure to solve the three coal pressure Water mining worldwide problem for the exploitation of China and the world, “three under“ pressure coal mining above aquifer opened up a new way, has important practical significance and far-reaching historical sig
5、nificance.关键词 高水充填、 “三下”压煤开采不牵村、高回收率、高承压水上安全回采Keywords：High water filling, “three under“ Village Coal Mining does not pull, high recovery, high pressure water safety mining1.1.前言前言埠村煤矿位于济东煤田（章丘煤田）中南部，行政区划属山东省济南市章丘市管辖。地理坐标为东经 11724271173103、北纬 363454364223。井田范围东以文祖断层（F13）为界，西以亭山断层（F1）为界，南部以各煤层露头，北（深部
6、）以采矿许可证批准的范围为界，中部以 F29 断层为界划分为一、三两个井田。矿区面积为 59.69km2，其中一井田 9.13km2、三井2田 50.56km2。一号井 1965 年 3 月正式投产，设计生产能力 30 万 t/年，由于资源枯竭，已于 2003 年 12 月 31 日闭坑。三号井 1958 年 10 月开始建设（期间 19601966 年停建） ，1970 年 7 月简易投产，设计生产能力 45万 t/年。1987 年1994 年对三井进行改扩建后，分为东、西两区生产，设计生产能力提高到 90 万 t/年。2007 年核定生产能力 120 万 t/年，2009 年实际产量 10
7、6.3 万吨。矿井开拓方式为立井、斜井多水平开拓，暗斜井延深、上下山采区布置。矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式。采煤方法为走向长壁后退式，全部陷落法管理顶板。采煤工艺为综采、机采。埠村煤矿西区现有 1 个生产水平，既-390m 水平，现有 6 个采区，其中生产采区有 4 个，即 312 采区、921 采区、315 采区、313 采区，准备采区有 2 个，即 101 采区、103 采区。1.11.1 高水材料充填的经过及问题的提出高水材料充填的经过及问题的提出目前，埠村煤矿西区正在开采 1、3 煤和 9-1 煤，截至 2007 年底，矿井储量（111b）176.2 万吨，可采储量（11
8、1）72.5 万吨，全部为1、3 煤，资源量（331、332、333）3535.6 万吨，其中 9 煤 702.6 万吨，10-1 煤 2244.9 万吨。9、10 煤资源量占矿井资源量的 80%，突水系数大于 0.1MPa/m，受水威胁严重。如何安全有效的开采受水威胁的9、10 煤，是决定埠村煤矿生死存亡的一大技术难题，因此，埠村煤矿决策层领导和有关工程技术人员在集团公司有关领导的大力支持帮3助下，通过几次外出学习考察，对兄弟单位的高水充填、超高水充填置换开采技术，有了深刻的认识，外出考察学习人员普遍认为，高水充填置换开采技术，技术上可行、经济上合理、安全上可靠，适合埠村煤矿的水文地质条件，
9、借鉴其成功的高水充填置换开采经验，可从根本上解决建下、承压水上开采问题，实现无污染绿色开采，解放受徐奥灰承压水威胁的 9、10 煤，提高矿井煤炭资源回收率、延长矿井服务年限，实现企业的可持续发展，鉴于此，埠村煤矿在矿长张友明的带领下，迅速成立了高水充填领导小组，落实了任务、时间，决定借鉴兄弟单位高水充填的先进技术，主要依托本矿城隆建材公司粉煤灰加气混凝土砌块的技术，走自主研发的道路，首先研制出高水充填所需的配方，再对充填材料的流动性和膨胀性进行实验，试验成功后，首先在已回采结束（条带采）的 911 采区进行充填复采试验，待取的成功经验后，推广至其它采区。1.21.2 高水材料充填的目的意义高水
10、材料充填的目的意义通过对采空区进行充填，可有效的防治煤层上覆岩层的下沉及底板突水，从根本上解决建下、承压水上开采问题，消除矿井水灾、火灾、瓦斯等各方面不利因素，实现无污染绿色开采，解放受徐奥灰承压水威胁的 9、10 煤，提高矿井煤炭资源回收率、延长矿井服务年限，实现企业的可持续发展。1.31.3 高水充填的特点高水充填的特点三下采煤和承压水上采煤一直是困扰我国煤矿生产正常接续和持续4发展的重大问题，特别是我国东部地区、人口多村庄密度大，村庄压煤尤为严重，长期以来我国煤矿村庄压煤，主要采用迁村或条带开采的方法进行开采，然而迁村法存在搬迁成本高、侵占土地、选址困难以及开采后破坏环境等问题，承压水上
11、开采主要采用底板预注浆加固、矸石充填置换开采、水沙充填置换开采、条带开采等，底板预注浆加固、矸石充填、水沙充填置换开采成本高、费工费时而且效果很差，条带开采，采出率很低，而且万吨掘进率很高，所以以上方法基本被煤矿企业所抛弃，而高水充填可以从根本上解决三下压煤和承压水上开采的问题，所谓高水充填就是把煤矿附近的矸石、粉煤灰、工业炉渣、建筑垃圾等在地面加工制作成浆体，采用充填泵或重力加压，通过管道输送到井下，利用浆体流动性好的特点适时充填采空区，形成以高水充填体为主的支撑体系，有效控制地表沉陷甚至没有沉陷，有效控制受承压水威胁的底板变形甚至不发生变形，实现村庄不搬迁和承压水上安全开采。2.9112.
12、911 采区开采情况及分析采区开采情况及分析2.12.1 911911 采区开采条件采区开采条件1.煤层赋存及顶底板情况根据 911 采区实际开采情况，采区浅部煤层变薄至不可采、西部边界煤层与页岩成互层状失去开采价值、开采范围内煤层赋存较稳定，煤层厚度 1.01.4m 之间。911 采区 9-1 煤顶、底板情况详见下表。911 采区 9-1 煤顶、底板情况表类别岩石名称厚度（m）主要岩石特性5老顶砂质页岩6.64灰黑色，含砂少，垂直节理发育。顶板直接顶五灰2.50灰色致密，含海百合茎化石。直接底细砂岩6.07灰灰黑色，含粘土质长石石英砂岩，含黑云母片。底板 老底砂质页岩3.00黑灰色、细致，层
13、理不发育。煤层顶底板在采区内变化较小2.开采情况911 采区是埠村煤矿西区 9-1 煤首采区。地面位于山后寨以南、危山北麓，对应的地表建筑主要为圣井广场、圣井镇政府、山后寨村、309 国道横穿而过。地势南高北低，地面标高 97.1114.72m；井下位置，东至煤层可采边界，西至 F17 断层防水煤柱，南至 F13 断层防水煤柱及圣井一号煤矿矿界煤柱，北至九十行大巷保护煤柱。采区上限标高-286.6m，下限标高-380.7m。采区走向长 2601430m、倾斜宽400780m，煤层厚度 1.01.5m、平均 1.3m，煤层倾角 514、平均 9.5，开采面积 733299m2，资源量为 143.
14、2 万吨，为防止底板徐奥灰突水，采用倾向小条带开采的方法，已安全采出 49.0 万吨（其中东翼 5 个回采工作面共采出 23.9 万吨、西翼 3 个回采工作面共采出25.1 万吨） ，剩余资源量为 94.17 万吨（包括采区轨道及皮带上山保护煤柱、断层煤柱、条带煤柱） ，采用高水材料对采空区充填后，按照原工作面采留比，对原条带煤柱进行回采，尚有 31.5 万 t 煤柱储量可以采出（其中东翼可采出 13.0 万吨、西翼 3 个回采工作面共采出18.6 万吨） 。911 采区东翼共布置 5 个回采工作面，其中 9110 工作面为保护地6面建筑物，于 2004 年 8 月 15 日采用走向条带开采(
15、采宽 40m)进行试采，2004 年 7 月 15 日上条带采至 32m 处时，老顶初次来压垮落，随后发生底板突水，初期涌水量 150m3/h，最大涌水量 351.6m3/h，稳定涌水量331.2m3/h。根据水质化验和工作面周围观测资料分析出水水源为底板徐灰水。出水后立即停止工作面回采，研究治水方案，确定采取井上下相结合的方法进行堵水工程。工程设计井下 5 道水闸墙隔离突水工作面，为注浆创造静水条件，地面注浆孔 1 个，终孔层位徐灰底板粘土页岩。工程自 2004 年 8 月 25 日开始施工，至 2005 年 3 月 29 日注浆结束竣工。2005 年 4 月 5 日对隔离工作面进行放水，检
16、验注浆效果，至 2005 年 4月 6 日积水放出，稳定涌水量 24m3/h，堵水效果良好，堵水率达 92%。堵水成功后经研究，为有效防止底板突水，同时保护地面建筑，工作面回采方式改为倾斜条带开采，工作面里段徐上砂岩富水区内，采用采宽6m，留宽 10m；在徐上砂岩富水区以外，采用采宽 15m、留宽 25m 实现安全回采；9112 工作面借鉴 9110 面安全回采经验，工作面回采方式采用倾斜条带开采，工作面里段徐上砂岩富水区内，采用采宽 6m，留宽10m；在徐上砂岩富水区以外，采用采宽 15m、留宽 25m；9114 及 9116工作面在徐上砂岩富水区以外，采用倾斜条带开采，采宽 15m、留宽20m；9118 工作面位于采区的最浅部，采用倾斜条带开采，采宽 20m、留宽 20m，均实现安全开采。911 采区西翼共布置 3 个回采工作面，其中 9111 及 9113 工作面为有效防止底板突水，同时保护地面建筑，采用倾斜条带开采，采宽715m、留宽 20m；9115 工作面，采用倾斜条带开采，采宽 15m、留宽20m，部分条
