艾友煤矿保护煤柱综合利用实践

艾友煤矿保护煤柱综合利用实践

一、高水充填采矿法长期以来，中国的煤矿村主要采用移动设备或条带开采方法。然而，移动设备法律存在迁至成本高、土地占用困难、开采后破坏环境等问题。主要采用土壤预埋浆加固、填石填充、水砂填充、条带状开采等。预埋浆加固、水砂填充、井渣填充、采矿成本高、工作量大、效果差。因此，上述方法基本上被煤矿公司放弃，但高水充充可以从根本上解决开采问题。所谓高水充装就是在矿附近的矿渣、粉煤灰和工业炉渣被加工成砂浆，用填充泵或重力加压，通过管道输送至井，并利用良好的浆体流动性，及时填充并填充到空区，形成以高水填充为主的支撑系统。通过对采空区进行充填,可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,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、村庄不搬迁开采,提高矿井煤炭资源回收率,实现企业的可持续发展。二、煤柱采储量少艾友煤矿截至2009年末,剩余地质储量7087.2万吨,其中保护煤柱占2377.6万吨,可采储量仅剩1414.7万吨,资源濒临枯竭。通过专家论证,决定在我矿工业广场煤柱区进行开采试验,工作面布置在4-1煤层中,采用综采倾斜长壁后退式,一次采全高充填的采煤方法。(一)灰色泥岩夹石铁路4-1煤层一般在3.0米左右,局部较厚,在-675标高以下逐渐变薄至井田边界为0.8米。煤层一般有一到三层夹石,单层最大厚度0.3米,多为灰色泥岩。5煤层0.8～1.6米,平均在1.3米,煤层结构较简单,一般在煤层下部有一层灰色泥岩夹石,厚度0～0.2米。6煤层由北西向南东夹石增多,铁路以南局部有少许夹石,铁路以北夹石增多、增厚,最多有三层夹石。上部和下部夹石一般在0.2米,局部较厚,为灰色泥岩,中部夹石一般为灰白色细砂岩,在-625标高以下变厚,厚度0.2～0.5米,局部最大0.65米。(二)煤层顶板岩1.两工作面中,合积相薄,合土石面4-1煤层直接顶为灰白色细砂岩粉砂岩,厚度0～5.0米,两工作面中间位置较薄,向四周逐渐变厚。老顶为灰色泥岩,该层段较厚在200米左右。2.基本内容底板以灰白色细砂岩和粉砂岩为主,厚度7～9米,中间夹有少许泥岩,老底以细砂岩、粉沙岩为主,夹有少许泥岩和薄煤层。(三)柱区4a的表面面积与相邻区域和地表之间的关系1.位置和范围2.东主要建筑物地表地势东北略高,西南较低,地表由西向东主要建筑物为艾友矿主副井工业广场和本矿的附属单位,向东有已经开采结束的艾友矿小露天,地表标高+127.6～+134.9米。3.矿区道路的整体配置如下柱区4A工作面布置2条回采巷道,既柱区4A运输顺槽、柱区4A回风顺槽。如图1所示。三、填充工艺(一)土壤填充站采用充填法管理顶板,充填主料为粉煤灰、水,辅料为各种添加剂,以自流的方式输送到工作面。(二)填充工艺充填工艺流程:充填准备→清管→充填→停料、洗管。(三)、准备和应用1.为工作场所的墙壁制作2.镇压现场挡墙制作完毕后,要把底板浮煤清净,顶板及充填区域内突出棱角部分处理,避免充填时刺破充填袋。3.护板、护坡袋挂将的充填袋的一侧吊挂在支架护板上方,另一侧吊挂支架的护板另一方上,用防倒绳吊挂牢固,充填袋要紧贴顶板及两侧支架挡墙上,袋子充填口端朝向工作面上口方向,其充填口和排气口朝向煤壁侧。4.地面指挥调度由井下充填现场指挥人员安排专人对充填主干管路及工作面管路详细检查:地面指挥员向伺泵人员发出打水命令,供水清管。见水清澈正常流出后通知地面清管完毕。5.充满填充材料充填管路冲洗完毕后,现场指挥人员向地面发出充填信号,地面人员开始启动充填系统进行充填。6.打水冲洗管路停料时用专用电话通知地面停止下料,待无料流出时通知井上打水冲洗管路,出浆口的水变清后通知地面停水。发现清水立即关闭工作面上出口的阀门,打开三通的另一个阀门,将灌浆立眼至工作面上主干管的清水排至工作面泄水道。四、充分性和成就(一)实时监测和报告效果从工作面采空区充填体取样检测看,充填体24小时后抗压强度为2.4kN/m³,72小时抗压强度为2.9kN/m³,达到设计要求。从井下和地面岩移监测阶段报告看,井下岩移依据报告结果,顶底板移进量达到30mm后趋于稳定,不再变化;地表经地面观测站观测,无下沉。达到了预期效果。由此证明艾友煤矿柱区4A面充填开采试验取得了成功。(二)采空区充填体1.我矿采用的高水膨胀充填开采工艺,充填体有效控制了采煤工作面的围岩移动,从而可以避免顶板的大面积垮落,周期压和超前压不明显。两顺无需巷修,且充填开采可轻易实现留巷,为接续面减少了准备工程量。将来有望实现无准备巷道前进式开采。2.充填体充实了采空区,减少了有害气体的积聚空间和隔绝了浮煤与氧气的接触,从而消除了采空区瓦斯灾害和煤层自燃灾害。3.消除地表沉降,保护煤矿矿区的生态环境。充填体保证了顶底板之间无明显移近,垮落法导致的冒落带、裂隙带和弯曲下沉带不会发生,从而保证采区范围内的地表不因采煤而发生明显沉降。4.充填体消耗大量粉煤灰,实现无污染绿色开采,同时解放大量土地。5.提高矿井煤炭资源回收率、延长矿井服务年限,稳定职工队伍,实现企业的可持续发展。6.充填开采打破了传统的采煤方式,形成了新的采煤工艺。五、