充填开采与煤矿安全的关系

1、充填开采与煤矿安全的关系摘要近年来采用充填开采工艺的煤矿越来越多。充填开采不仅解放了大量资源，改变了传统采煤工艺；还对煤矿安全管理带来全新的概念。本文就充填开采对煤矿安全生产的影响进行了综合分析。关键词充填开采安全生产冲击地压水害一通三防中图分类号 TD8237 文献标识码 A由于我省已探明的煤炭资源分割殆尽，部分老矿资源枯竭，中年矿井面临着采掘接续紧张，新矿经受“三下 ”压煤制约，造成煤矿安全生产的问题越来越突出。为解决这一问题，全省采用充填开采的煤矿越来越多，方式多样。充填开采改变了全部垮落法管理顶板的矿压显现规律，为煤矿安全生产提供了很多有利条件，充填开采对煤矿安全生产的影响究竟有多大，

2、此前没有系统的论述。本文就全部充填工艺给煤矿安全生产带来的具体影响进行了分析。充填开采工艺应用概况充填开采工艺直观来说就是用体积换体积的置换工艺。该工艺经历了三个发展阶段： (1)以废矸石为充填物的干式部分充填阶段，其目的主要是处理矸石和沿空留巷； (2)以水砂充填为代表的阶段，曾作为减少地表沉陷、在建 (构)筑物下的主要采煤方法； (3)目前的新工艺全部充填开采阶段，主要有两种方式：一是以高浓度膏体为充填物的全部充填工艺，二是以矸石、粉煤灰等固体为充填物的全部充填的工艺。这也是目前煤矿经过试验证实比较适宜的两种充填工艺。另外，山东省部分煤矿还探索了其他的充填工艺。如：采用抛矸机向采空区抛矸的

3、充填工艺；采用风动充填方式进行充填的充填工艺，矸石由破碎机破碎成充填成料，经充填机压风动力作用，通过充填管路充填至工作面采空区。这些办法虽然可以解决矸石不升井的问题，但其充填密实度与目前第三阶段采用的全部充填工艺相比有较大差距，其控制顶板下沉的效果不甚理想。充填开采对安全生产的影响分析无论是采用全部充填工艺还是采用部分充填工?收稿日期： 2010-0125作者简介：李建民 (1963 一)，男，汉族， 1984 年 7 月毕业于河北煤炭建筑工程学院学士学位，教授级高工，山东煤矿安全监察局总工程师。“艺，其采煤生产工艺、矿压显现规律、安全管理方式都与全部垮落法管理顶板回采工艺有较大差别。一般来说

4、，全部充填工艺可以有效提高安全开采程度，解决目前我省煤矿生产过程中存在的部分隐患。具体体现在以下三个方面：(1)全部充填工艺可以有效缓解采煤引起的矿山压力显现，有利于回采巷道和工作面的支护，有效防止顶板和冲击地压事故的发生。达到 “应力分散，地压不冲”的目的。冲击地压的产生主要受两方面的因素影响，即煤岩体特性和煤岩体应力。而煤岩体的特性通常是不可改变的。因此，预防冲击地压的发生，主要通过消除或减小煤岩体应力这一途径来实现。而影响煤岩体应力的主要因素包括： 开采深度和地质构造等地质因素； 采掘巷道布置、煤柱留设、采空区范围等开采技术因素。全部充填工艺可以有效改变煤体、围岩的受力状态，将其所受的采

5、动压力由四周煤岩体承担改为充填物和四周煤岩体共同承担，有效分散采动影响压力，减少应力集中。同时，充填体将承受和转移顶板的大部分压力，有效抑制顶板下沉和底板隆起。一般情况下，采用全部充填工艺的采煤工作面，其初次来压和周期来压都不明显，有的几乎观测不到，工作面和回采巷道的矿山压力显著减小，对于减小回采区域的煤岩体应力和采煤工作面、回采巷道的顶板维护非常有利。而在某一区域连续采用全部充填工艺，可以使该区域不留孤岛煤柱，可以有效消除回采区域的应力集中，预防冲击地压的发生。(2)全部充填工艺可以减少采动影响造成的顶板导水裂隙高度和底板的破坏深度；同时采空区已基本全部充实，不存在老空积水威胁。达到 “无空

6、无水，顶底不突 ”的目的全部垮落法管理顶板的采煤方式，其上覆岩层遭到破坏程度随采厚的增加而增加。据矿压观测资料统计，我省煤炭主采区的济宁矿区采用综放工艺开采时，其 3 煤的垮落带高度一般为 1230m，导水裂隙带高度一般为 4088m。实验表明，充填开采的采空区在充填及时、足量的情况下可以做到不形成垮落带，导水裂隙带的高度也大大减小。采用全部充填工艺时，其导水裂隙带高度不足全部垮落法的 15，甚至有时导水裂隙带不明显。因此，充填开采可以减少因采动引起的煤层上覆岩层破坏造成的裂隙导水。同样，全部充填工艺对于煤层底板的破坏程度也大大减轻，其 “下三带 ”破坏程度比全部垮落法轻很多。这对于受承压水威

7、胁煤层安全开采，在辅以其他安全措施的情况下，安全程度大大提高。煤矿的水害事故多数是透老空水事故。山东省从2000 年至今发生的 10 起重大透水事故中，透老空水事故 7 起，占事故总数的 70。而采用全部充填开采时，由于工作面采后不能形成采空区，不会产生采空区积水，可以从根本上消除采空区透水威胁。(3)全部充填工艺有利于 “一通三防 ”管理，全部充填开采由于基本消灭了采空区，可以达到“风走正道，火点不着，瓦斯没了”的目的采空区管理已经成为煤矿“一通三防 ”安全工作的重点。多数煤矿为此投入了大量的人力、物力。对于完全封闭的采空区，不仅要防止密闭墙体的漏风，还要预防新鲜风进入采空区造成有害气体溢出

8、；更要预防悬顶较大的采空区突然垮落形成的冲击。有的要对采空区气体采取强制抽放措施；有的要采用注氮或注浆等防火措施。采用全部充填法的采煤工作面采空区非常密实，没有明显的空间，不能形成有效的通风通道和集聚气体的空间，可以有效消除采用全部垮落法采煤造成的采空区漏风，对于通风系统的稳定可靠非常有利。全部充填工艺对防止煤层自然发火的效果非常明显。煤层自然发火必须同时具备 3 个条件： 煤层本身必须具有自燃倾向性； 有连续适宜的漏风供氧条件； 热量易于积聚。采用全部充填法的采煤工作面采空区都是由不燃物质填实，不具备自然发火的漏风供氧条件和热量易于积聚的必备条件，完全可以有效预防煤层自然发火。目前采用全部充

9、填法的工作面，生产过程中，没有一处发生自然发火，也充分证实了这一点。采空区有浮煤和多种有害气体，煤炭氧化的早期还能释放大量的热和瓦斯。工作面回采过程中，其瓦斯来源主要是本煤层和采空区。正是由于采空区的瓦斯积聚，有时可能造成采煤工作面支架间、回风隅角处瓦斯浓度较高，甚至局部达 100。当采空区顶板大面积垮落，这些有害气体就会突然涌到工作面风流中，造成事故。 2001 年 3 月 20 日某矿采煤工作面采空区瓦斯爆炸连续达 20 几次。结论开采煤炭必然产生采空区，极易形成采空区的沉陷、气体大量逸出或爆炸，其灾害严重性与开采规模成正比。我国是世界上产煤最多、采空区面积最大的国家之一，由采空区导致地面塌陷、地上建筑坍塌、滑坡及地表水流失等，已成为地域性矿山生态环境问题。据相关部门统计，仅山西省各类采空区面积就有2 万kin2，占全省总面积的 17；大同市曾因采空区塌陷造成 38 级地震，一年内最多发生采空区塌陷 37 起，并造成人员伤亡。目前，煤矿采空区治理虽然已经引起了国家和各有关部门的重视，但由于采空区的治理在国际上也属于难题，采空区的治理效果还不很理想，采空区的有效治理仍任重而道远。采用全部充填工艺时一般不会形成的采空区，因此推广应用该工艺，可以有效减轻采空区的治理压力。