王軍平

(山西省陽泉煤業(yè)集團創(chuàng)日泊里煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032700)

0 引言

預掘兩巷前進式固體充填采煤技術主要是根據(jù)目前我國生態(tài)環(huán)境被嚴重破壞而研發(fā)出的一種新興技術，該技術主要是把地面或者井下的矸石等多種固體廢棄物，利用相關設備充填進采空區(qū)，以此實現(xiàn)煤炭的置換，還可以控制上覆巖層的移動和地表的變形。目前該技術已經(jīng)在我國的多個煤礦進行了成功的應用。因此，對于預掘兩巷前進式固體充填采煤技術研究是很有必要的。

預掘兩巷前進式固體充填采煤技術是指施工單位在開采煤炭資源時，將傳統(tǒng)的預掘巷道看做是作業(yè)面，并在該作業(yè)面采取背向采煤面上山的方式，進行煤炭資源的開采。在作業(yè)面推進的同時，開采人員需要在事先預留好的空間內(nèi)，實現(xiàn)固體廢棄物和煤炭資源的相互置換。這樣可以保障煤炭資源在全部開采完成之后，立即使用固體廢棄物實施回填，在很大程度上避免了坍塌現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而確保生態(tài)環(huán)境不會由于坍塌而造成損壞。具體的工作原理如圖1所示。

圖1 預掘兩巷前進式固體充填采煤技術工作原理示意圖

將該技術和其余采煤技術進行比較，該技術能夠同時進行填充與開采工作。固體填充物能夠將沿空巷道填充完全。需要注意的是，沿空巷道需要留有一定的空間進行通風，確保開采工作面的瓦斯等有害氣體可以及時地排出去，從而降低開采工作的風險系數(shù)，保障開采人員的生命安全[1]。

1 技術應用難點

1.1 控制巖層的移動

在實際的煤炭資源開采工作中，該技術的應用目的在于，合理控制開采區(qū)域巖層的移動狀況以及開采作業(yè)面附近地形的變動。如果開采單位仍舊采用傳統(tǒng)的技術，很容易導致巖層出現(xiàn)移動，而且地質結構的變形得不到很好的控制，還會影響到煤炭資源開采的工作效率。由此可以看出，在應用該技術時，開采單位需要有效控制巖層的移動，這樣才能保障煤炭開采的效率。

1.2 沿空巷道內(nèi)部應力的平衡

在實際的煤炭資源開采工作中，該技術的應用需要使采煤的作業(yè)面預留出一定的沿空巷道，這樣不僅可以為大型采煤設備的移動提供便利，還可以實現(xiàn)固體填充物與煤炭之間的高效置換。然而，在兩者置換的過程中，沿空巷道旁邊的支護體很容易在采動集中應力的作用下，受到側壓力的影響。觀察該技術的操作要求可知，填充工作面必須要和開采工作面保持一定的距離，從而導致開采工作面工段的沿空巷道受到固體填充物施加在支護體位置的側向壓力，因此，開采人員需要保障沿空巷道內(nèi)部應力的平衡，避免出現(xiàn)沿空巷道所受的集中應力過大而出現(xiàn)填充體坍塌。

1.3 采煤、充填和雙向沿空留巷相結合

在實際的煤炭資源開采工作中，該技術需要相鄰的兩個巷道共同實現(xiàn)置換。對于后退式的填充方式而言，開采人員需要在原綜采工作面的基礎上，再添加適量的充填設備，實現(xiàn)固體填充物的完全填充。但是應用該技術之后，加大了開采工作面的工作量，工作人員要在一個循環(huán)內(nèi)，完成采煤工作、填充工作和雙向沿空留巷這3個步驟，這3個步驟是相互制約的，如果有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，都會嚴重影響到開采工作面的工作效率以及安全性。

2 采煤技術的實際應用

2.1 試驗煤礦簡介

選擇某礦業(yè)集團花園煤礦三采區(qū)的北部作為技術的試驗區(qū)域，該區(qū)域在三采區(qū)帶式輸送機下山的西方區(qū)域；井田邊界保護煤柱的東方區(qū)域；采取的北方區(qū)域屬于FD2斷層；南方區(qū)域屬于FD39斷層。開采的煤層屬于二疊系山西組三煤，該采區(qū)的煤層平均厚度大約為2.5 m，傾角在7°～19°之間。采區(qū)的地表大都是農(nóng)村的河流、房屋以及公路等建筑物或構筑物，住戶大約有二百余戶，人口約為一千人。

2.2 試驗準備工作

試驗的準備工作主要包括工作面的布置和關鍵設備的準備。由于試驗區(qū)域的地質狀況以及現(xiàn)有巷道的鋪設狀況，開采人員為了保障巖層移動以及地表變形的控制效果，在采區(qū)內(nèi)布置了1312以及1316等2個工作面，具體的布置方案和主要參數(shù)如圖2所示。

圖2 預掘兩巷前進式固體充填采煤系統(tǒng)的布置方案

本次試驗主要使用的設備有雙通道充填以及采煤一體化的液壓支架，該設備的型號是ZC9600/16/32，支架具備的中心距離為1.5 m，支撐的高度是1.6～3.2 m，初撐力是8 322 kN，工作阻力是9 600 kN，支護的強度參數(shù)為0.8 MPa；多孔底卸式輸送機，該設備的型號是SGBC764/250，電機功率的參數(shù)值為250 kW，工作電壓的參數(shù)值為1 140 V，卸料孔的尺寸是345 mm×460 mm；采煤機的型號是MG250/601-WD，該設備的采高范圍在1.85～3.5 m范圍內(nèi)，截深是0.63 m，電壓等級參數(shù)值為1 140 V；刮板輸送機的型號是SGZ764/160，電機功率的參數(shù)值為160 kW，輸送量是800 t/h，鏈速是1.1 m/s，刮板的鏈型式是雙中心鏈[2]。

2.3 試驗效果

試驗的效果主要包括工作面的填充效果、沿空留巷的變形情況以及地表變形的情況。

工作面的填充效果：本次試驗從2016年4月進行1312工作面的開采工作，到2017年6月，1312以及1316工作面的開采全部完成，使用該技術開采的煤炭量一共為13.6萬t，充填的矸石高達18萬t，沒有煤柱的沿空留巷長度大于2 000 m。為了全面了解該采空區(qū)的填充效果，開采人員在1316工作面的充填部位共配置了三排監(jiān)測儀器，這三排儀器和切眼的距離分別為15 m、45 m和95 m，根據(jù)三排監(jiān)測儀器測量的結果可知：最大頂板下沉量是236 mm，由此計算可得，1316工作面的充實率要超過90.6%，因此，預掘兩巷前進式固體充填采煤技術的填充效果很好。

沿空留巷的變形情況：巷道兩幫的移近量最大值是157 mm，頂?shù)装宓囊平孔畲笾凳?03 mm，巷道的斷面一直在原斷面的90%以上，所以使用預掘兩巷前進式固體充填采煤技術進行煤炭資源的開采時，沿空留巷基本不變形[3]。

地表變形的情況：為了深入了解地形變化的狀況，開采人員在采區(qū)內(nèi)配置了4條監(jiān)測線，在開采之前，4條監(jiān)測線就開始運行，一直到工作面全部開采結束之后，監(jiān)測線共獲得27組監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對監(jiān)測結果的分析可知：使用預掘兩巷前進式固體充填采煤技術進行開采之后，地面的最大下沉值是125 mm，水平變形是0.3 mm/m，傾斜變形是0.4 mm/m，地表的建筑物和構筑物均未出現(xiàn)破壞[4-6]。因此，預掘兩巷前進式固體充填采煤技術不會對地表造成變形。

3 結語

預掘兩巷前進式固體充填采煤技術具有良好的發(fā)展前景。通過對預掘兩巷前進式固體充填采煤技術研究可知，選用科學合理的設備和工藝，可以有效提高煤炭資源開采的工作效率，保障工作人員的生命安全。從而促進我國煤炭開采行業(yè)的發(fā)展，可以為相關人員研究預掘兩巷前進式固體充填采煤技術提供參考。