急倾斜煤层使用充填式开采技术

鄂托克旗乌仁都西煤焦有限责任公司 内蒙古 鄂尔多斯 017000

急倾斜煤层综合机械化采煤工艺及装备目前在我国急倾斜煤层中逐步得到推广和应用，是较为成熟和可靠的工艺。但在实际应用中，与本地区的地质条件、煤层顶底板的稳定性等密切相关，本地区周边矿井尚无急倾斜煤层综采开采经验，实际应用中在生产和管理上存在一定的风险。

“连采连充”的开采和充填工艺要有一定基础经验，在近水平和缓倾斜煤层中要应用良好。在急倾斜煤层中，只要人为创造出缓倾斜煤层的开采条件，即可实现充填开采。因此，充填开采在急倾斜煤层中的应用是创新性的开采工艺，为急倾斜煤层的开采探索一条新路。

一、采区巷道布置

1.开采顺序。采用“连采连充”的充填工艺，就是利用综掘机掘进顺槽巷道、支巷及采巷，先掘后充。

2.采区巷道布置。煤层开采时分区段进行，每个区段标高为90m，根据不同的地质条件自行确定区段标高，区段间需布置穿层石门，分别为运输石门、轨道石门、回风石门。

运输石门通过转载巷与主斜井连接，轨道石门通过井底车场与副斜井连接，回风石门直接与回风立井连接。

3.回采巷道布置。煤层开采时分区段进行，同时开采2层煤层，每层煤在石门两翼各布置1个充填工作面，充填工作面采用单巷布置方式，每个工作面分别沿最低部区段标高布置运输顺槽，沿上一区段标高布置轨道顺槽，其中运输顺槽铺设运煤胶带输送机和轨道，兼进风；轨道顺槽铺设轨道和充填管路。兼回风。

运输顺槽最低部区段标高运输石门和最低部区段标高轨道石门连接，通过回风联络巷与最低部区段标高回风石门连接；轨道顺槽与上一区段标高运输石门和上一区段标高轨道石门连接，通过回风联络巷与上一区段标高回风石门连接。

二、充填工作面巷道布置方式

急倾斜煤层采用充填开采，其关键就是人为创造出缓倾斜煤层的开采条件，满足掘进机掘进巷道的坡度要求，满足巷道的充填要求，同时满足充填工作面的运煤、运料和进、回风要求，使系统尽可能简单、通畅。

经实践证明，充填开采时，采巷倾角控制在7°～10°时，既有利于掘进，又能有效保证充填体自流，保证充填效率和充填效果。

设计从最低部区段标高石门巷道向两翼沿最低部区段标高布置充填工作面运输顺槽，从上一区段标高石门巷道向两翼沿上一区段标高布置充填工作面轨道顺槽。支巷倾角12°，采巷倾度7°。每采一个采巷后，可立即进行充填，在充填体凝固密实后，即可沿充填体在其上开采下一个采巷，如此循环，直至开采至轨道顺槽，这个支巷开采结束。然后掘进下一个支巷。工作面内支巷的开采顺序为后退式。

充填工作面采巷长度根据充填膏体凝固时间确定，充填膏体凝固达到3MPa时需要7天，采巷长度控制在200m以内。由于充填膏体的凝固时间较长，在此期间工作面停产，为了提高掘进效率，在每一个充填工作面布置两个作业点，每个作业点布置1台综掘机，基本上做到掘进时间与凝固时间相当，保证两个采巷交替掘进和交替充填。

在同一个支巷内按上、下分为两个作业点，下部为01面，上部为02面，01面和02面内两个采面交替开采和交替充填，基本保持同步，一个支巷开采结束后，同时开采下一个支巷。充填工作面的运输顺槽和轨道顺槽同时服务于01面和02面。

02面和01面分界点的下部支巷内设挡浆密闭，两个面的采巷在开采后均直接充填。

三、采煤工艺

井下采用长壁伪斜条带连采连充采煤工艺，采煤工艺由采煤系统及充填系统构成，采煤系统和充填系统分别为两套独立的系统，采煤系统包括回采支巷及煤炭运输，充填系统包括回采完毕后支巷的充填及充填物料的运输，两套系统分工明确、互不影响，同时平行作业，提高采煤及充填工作效率，实现“以充保采”、“以充促采”的目的。

1.采巷的开采、支护及充填工序。充填工作面每个支巷内采巷的开采顺序为由下至上进行开采，采巷倾角为7°，充填时有利于充填体自流，提高充填效率。每个采巷高度为6m，分两层开采，第一分层采高2.2m，第二分层采高3.8m，待两个分层回采结束后进行膏体充填，形成一个开采工序循环。为了保证充填效果，使采巷上口易于封闭，在采巷与支巷的开口处局部设留三角煤。

开采第一分层时，需对采巷的顶及两帮采用锚杆挂网加锚索支护，顶部煤体因充填后继续开采，采用塑料网片加玻璃钢锚杆支护；上帮为煤层顶板，采用金属网片加锚杆、锚索支护；下帮为煤层底板采用金属网片加锚杆支护。开采第二分层时，上帮采用金属网片加锚杆、锚索支护；下帮根据煤层底板情况，底板稳定可不支护。

2.工作面通风。整个工作面以运输顺槽和回风顺槽形成整个工作面的全负压通风，采用上行风。支巷回采时利用局部通风机供风，支巷充填时不通风。

工作面始终保留一条支巷，以确保工作面的全负压通风。

3.采巷充填。每条采巷开采完毕后，即可进行充填，采巷倾角为7度，膏体从采巷口可自流至采巷底部，待膏体逐渐充填至采巷口时，对采巷口进行封闭，使充填体与支巷底板找平。

4.工作面顶板管理方式。采巷顶板采用锚网索支护，待整个工作面内全部采巷充填完毕后，形成充填体完全代替煤层，即工作面顶板管理方式为不垮落法。

四、结束语

传统的煤炭开采将形成大面积的沉陷区，容易诱发山体滑坡等地质灾害，造成地面建筑物、基础设施等损毁，严重影响水土资源、生态环境和安全生产，已成为制约煤炭行业绿色发展的突出问题。针对存在的问题，国家煤矿安全局局长黄玉治在2019年3月10日全国政协会议上提出：绿色开采是煤炭行业持续健康发展必然之路。制定出台强制标准，明确“三下”开采、坚硬顶板、水害严重且具备条件的煤矿，必须采用充填开采，减少采煤沉陷危害，提高安全保障能力；煤矿建设项目设计采取充填开采方式的，优先进行项目核准，支持绿色开采。加大对充填开采的财税支持力度和范围，如，适当提高资源补偿费，提供贴息贷款，将充填开采设备纳入环保专用设备所得税优惠目录中，对充填开采置换出的煤炭在资源税、所得税、增值税等方面加大税收优惠力度，降低充填开采投资成本。