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1、三下压煤矸石充填工艺研究与应用 王同吉（新汶矿业集团公司，山东新泰 271219）摘要：文章介绍了通过对矸石充填工艺研究应用，实现了矿井“以矸换煤”绿色开采，既消除了矸石对地面的污染，又提高了矿井的经济效益。关键词：以矸换煤；充填工艺新汶矿业集团公司鄂庄矿三下压煤较大，通过实行以矸换煤进行三下压煤开采，不仅可以提高矿井产量、延长矿井服务年限，而且能够解决矿井矸石的排放，达到“以矸换煤”的目的。研究、实施了“以矸换煤”工艺，在鄂庄矿2202工作面进行了有益的探索，充填技术也在不断成熟和完善。1工作面概况鄂庄煤矿2202东工作面位于矿井-300水平二采区轨道上山以东第二区段，走向长度390m，倾斜
2、长度130m，工作面标高-255.00m-277.70m，煤层平均倾角10，平均厚度2.0 m，储量14万吨。工作面地面投影位置为任家庄新村楼房社区、高庄镇政府街道办事处、高庄镇中心中学、高庄镇中心小学、高庄镇中心幼儿园等建筑物。地面标高+183m。基本顶为灰白色中粒砂岩，厚约20m，钙质胶结,致密坚硬。直接顶为浅灰色粉细砂岩互层，厚约04.0m，钙质胶结,较坚硬。直接底为浅灰色泥岩，厚1.0m。2 开采方案选择2202东工作面因位于矿井浅部，地面建筑物密集，如何进行科学、安全、经济开采，成了一直研究探讨的重要课题。之前由科研院校提出条带式开采的方案，每推采50米，留设50米保护煤柱，工作面放
3、面也是按这一方案实施的，上、下两巷均按常规断面设计施工。结合新汶矿业集团公司 “以矸换煤、绿色开采”比较成熟的经验，及2202东面实际开采条件，决定采用矸石充填法进行开采。3 系统改造及优化为形成工作面运矸、充矸系统，在工作面原有条件的基础上，对2202东面整个生产系统进行了改造和优化。3.1经分析和实测，202轨道上山下部车场的通过能力不能满足充矸运输能力，成为制约充矸能力的“瓶颈”，因此扩修延长202轨道上山下部车场，加长了下部车场的长度，存车量由原来的7辆提高到现在的20辆，提高了矸石运输能力。3.2在原有巷道布置的基础上，补掘2202东轨道巷片口车场、翻矸硐室和平巷矸石仓，完善了矸石运
4、输系统。3.3将202轨道上山的原25Kw绞车更换为40Kw绞车，每钩提升量由两个矿车提高到4个，每12分钟一钩，连车时间6分钟，每班提升时间按7小时计算，每班提升量为92车。3.4根据工作面走向长度较短的实际情况，因地制宜，工作面轨道巷设计使用“U”型车运输矸石，每钩提2个“U”型车，时间12分钟，充填5小时，每班充填量为96车。系统简单，安全可靠。4 采、充工艺4.1采煤工艺工作面采用走向长壁后退式采煤法，矸石充填处理采空区，采煤机落煤。工作面支护采用单体液压支柱配1.0m金属铰接顶梁，排距1.0 m，柱距0.9 m，循环进度为1.0m。4.2充填方式采用“见六充三、边采边充”方式，当工作
5、面推采控顶距达到6排支护时，自第6排至第3排三个空档内开始充填，推采与充填平行作业，但最大控顶距不得超过8排支护。充填完一个循环后铺设运矸溜子继续下一个循环充填，依次进行循环劳动组织生产，实现不间断推采和充填。4.3设备配置工作面下巷运煤，上巷运矸。工作面安装一部DY-150W采煤机、一部SGW-150运煤溜子、一部SGW-40B充填溜子、一部抛矸皮带机；下巷安装一部SD-80皮带机、一部SGW-40T溜子；上巷安装一部前倾式翻车机、一部P-60B扒装机、一部SGW-40T溜子，两部JD-25Kw对拉绞车。2202东工作面设备布置示意图1-2、KBSGZY-500移动变电站 3、SD-80皮带
6、机 4、SGW-40B刮板输送机 5、SGW-150刮板输送机 6、SGW-40T刮板输送机 7、JD-25KW调度绞车 8、RB80/200乳化液泵站 9、DY-150采煤机 10、自制翻车机 11、PB-60扒装机 12、抛矸皮带机4.4运矸系统全岩掘进工作面水平大巷202轨道上山2202东面运矸道平巷矸石仓2202东矸石运输系统抛矸皮带机采空区。5工艺改革及创新5.1支护方式改革2202东工作面投产初期基本支护柱距为0.6m,通过工作面“三量”观测,在保证工作面支护强度的前提下，将基本支护柱距更改为0.9 m。取得了良好的经济和安全效益，具体体现在以下几个方面：1、减少单体支柱、顶梁、铁
7、鞋各380棵，年节约租赁费、人工费等35万元。2、减少了支、回柱数量，减轻了工人劳动强度，缩短了支、回柱影响生产时间，提高了生产效率。3、增大了工作空间，改善了工作环境，方便施工人员支回柱、运料、行走，回柱时退路畅通，保证了安全生产。5.2充填方式改革经合理充填方式的摸索与改进，历经了两个阶段，一是由“见七充四”改为“见八充五”；二是在“见八充五”成熟经验的基础上改为目前的“见六充三、边采边充”，工作面采充效率、生产能力也逐步提高，月产由最初的4400吨提高到现在的10000吨。2202东工作面“见八充五”示意图2202东工作面“见六充三、边采边充”示意图三量第一排第二排第三排第四排第五排第六
8、排第七排第八排支柱载荷（MPa）1720222426272930顶底板移进量（mm）2.334.335.336.337.3311.310.678.73活柱缩量（mm）1.672.333.334.676.3310.679.339.21矿压“三量”观测数据通过工作面“三量”观测，工作面现有的支护结构完全能达到控制顶板的能力，保障工作面安全生产。5.3抛矸皮带机改造矸石充填的核心设备是抛矸皮带机，由于没有现成的成品设备，属于自制设备，我们在使用中做了如下改造：1、抛矸机机头机尾安装了液压升降油缸，使皮带机机头高度可随着工作面条件的变化相应调整，调整高度为400mm800mm，机尾调整高度10mm30
9、mm，提高了抛矸机对生产条件的适应性。2、通过改变主导轮直径，使抛矸皮带机速度由原来的5米/秒提高到现在的8米/秒，抛矸距离由3米延长到5米，原先一次只能缩短2节溜槽，现在一次可缩短3节溜槽。每个充填循环可减少缩溜子和抛矸机调头9次，每次缩溜子用时40分钟，抛矸机调头用时20分钟，每个充填循环可节约时间540分钟。3、抛矸机改造取得的显著效果：提高了生产效率，降低了工人的劳动强度。抛矸机粒度由原来的10公分增加到现在的30公分，掘进矸石稍加破碎即可充填，节约了一套破碎机。由于抛矸皮带机的高速冲击，增加了矸石充填密度，保证了充填质量。利用移溜器左右调向，油缸上下调高，使抛矸皮带机机头操作更加灵活
10、，充填速度明显加快。5.4自制简易翻车机在2202东轨道巷平巷矸石仓上部安装一部自制简易翻车机，并进行创新改造：1、增加了手闸控制装置，防止矿车在惯性作用下自行翻车损坏翻车机及危及人身安全。2、将翻车机内两侧护板宽度缩小，使翻车机内部空间最大化，从而使变形矿车能自由进出翻车机，避免了卡车现象，减轻了工人劳动强度，提高了工作效率。5.5利用油缸移型钢梁充填区域使用型钢梁支护顶板，随充填接顶随交替向煤壁侧前移，充填完一区段后，及时回撤型钢并支设在上段充填空间处。由于顶板与充填矸石对型钢的夹制作用，移型钢原采用倒链往外拉，费时费力。利用油缸的伸缩性能，在油缸的两端用溜子链条分别与型钢梁头的小孔和贴帮
11、支柱连接起来，通过双向阀控制油缸的伸缩来移动型钢，减轻了工人劳动强度，节省了时间，实现了安全操作。6地面岩移观测2202东工作面进行矸石充填开采后，地面设岩移观测站，在2202东工作面地面相对应位置沿煤层走向和倾斜方向布点观测，自07年5月份开始观测，到目前共进行了四次观测，最大下沉值为24mm，地表建筑物未见斑裂情况。7结论及建议通过鄂庄煤矿2202东工作面机采充填技术的创新与研究，实现了工作面边生产边充填，使机采充填技术向前迈进了一大步，工作面采、充能力得到了极大的提升，月产突破10000吨，为矿井最终实现“掘进矸石不升井、地面矸石不上山、取消矸石山”，实现绿色开采奠定了坚实的技术基础。工作面采用充填工艺，能够实现建筑物下安全采煤。根据工作面的具体条件设计充填方式，可采用“见八充五”、“见六充三、边采边充”，要根据实际不断进行工艺研究，才能不断提高工作面的采充效率、生产能力。该种充填方式的实施，为矿井实现矸石不升井的目标提供了经验，具有广泛的推广应用价值。参考文献：1钱鸣高 石平五，矿山压力与岩层控制，2003 2徐永圻，采矿学，2003 作者简介：王同吉 男 高级工程师。1991年毕业于山东科技大学采矿系，现在新汶矿业集团公司生产技术处从事技术管理工作，先后在国内刊物上发表论文多篇。电话：0538-78728471
