论文部分内容阅读
摘要:煤矿绿色开采的發展要求和待充填区的支护工艺提升的迫切性，提出了膏体充填待充填区支护工艺采煤技术。通过研制专用膏体充填胶结料和选择廉价的充填材料，大幅度降低了膏体充填成本，提出了满足煤矿开采适用的膏体材料的合理配比，提出了适合煤矿应用的膏体充填方法。笔者结合自己的工作实践,采用膏体充填技术,通过对待充填区的支护方式的分析和选择，分析待充填区的内支护强度验算研究结果表明,在煤矿的待填充区使用膏体充填开采是可行的，并且是环保和科学的填充开采技术。
关键词:膏体充填待充填区 充填工艺
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
膏体充填开采作为一门新兴的绿色开采技术，对 “三下”压煤处理、尾矿煤柱开采等疑难问题，有着其无法比拟的先进性和优越性。所谓待充填区就是采煤工作面支架拉移之后，支架尾梁、两顺槽煤帮与后部充填体形成的一个有规则区域。为更好地进行隔离作业，待充填区的支护工艺优劣就显得异常重要。
一、膏体填充开采的特点
固体废物膏体充填开采是把矸石等固体废物的利用，与控制采煤工作面顶地板岩层破坏，减少开采沉陷，保护地面建/构筑物结合起来，具有提高资源开采率、增强矿井安全保障度、保护矿区生态环境的鲜明特性的绿色开采核心技术，是我国煤炭工业科技发展的主要方向。膏体填充开采解放”三下”压煤的煤矿膏体充填开采主要特点是：
1、充填与采煤同在一个工作面，充填体构筑方法不同于金属矿山，煤矿需要发展专门膏体充填隔离支架。
2、充填材料强度性能要求不同，煤矿充填以后数小时后就要求充填体承载，否则，影响采煤面产量。
3、煤矿膏充填原料主要是煤矸石、坑口电厂低质粉煤灰等，材料品质差，质量波动大。
二、膏体填充开采的优势
膏体填充开采作为煤矿开采的新兴绿色技术，有着自身强大的优势的：
1、减少矸石排放和水资源的破坏，减少环境污染，提升开采的环境质量。
2、膏体填充是将固体废物如煤矸石等进行填充，这样可以变废为宝，提高资源采出率，提升资源的利用率。
3、膏体填充开采是对矸石综合利用，提升了资源的开采范围。
4、膏体填充开采可以减轻地表沦陷。
三、待充填区支护方式
膏体充填工作面沿支架前梁端采取打设锚索压锚索梁的方式支护顶板，相邻锚索间排距1600×1000mm。锚索采用φ17.8mm左旋预应力钢绞线截制，长度不小于5.3m，每条锚索用3支MSZ2350型树脂锚固剂固定，锚固长度不小于1.5m，锚索预紧力不小于100kN。锚索梁平行于工作面布置，每条锚索梁使用两条锚索线，锚索梁采用矿用10#槽钢加工制作而成，梁长2000mm，两锚索孔间距为1600mm。工作面推进过程中重复以上步骤锚索对顶板进行支护。如果顶板严重破碎，必须根据现场条件变化采取缩小锚索排距、间距的方式加密打设锚索对顶板进行有效支护。
待充填区进行隔离前，每3个支架打设1架棚，从溜尾至溜头方向依次支设，棚腿采用2棵DWB35-30/100型单体液压支柱，棚顶采用Φ120mm×3000mm的半圆木（半圆木垂直于支架尾梁支设），单体液压支柱与支架的距离为950mm。
若待充填区内顶板破碎时采取以下措施控制顶板
（1）必须及时缩小充填步距为2m。
（2）顶板破碎处必须打设锚杆托钢带加强顶板支护。
（3）待充填区隔离施工前，在顶板破碎处采用支设“一梁二柱”抬棚加强支护，棚顶为直径不小于120mm的半圆木，棚腿为小头直径不小于120mm的木楔足好顶膏体充填工作面待充填区支护示意图
四、待充填区内支护强度验算
由于膏体充填工作面采空区由充填体支撑顶板，顶板的变形很小，压力不明显。且工作面顶板采取全面打设锚索方式支护，因此在待充填区内的支护只需要支护围岩的重量。根据《淄矿集团葛亭煤矿矿压与围岩松动圈探测研究报告》可知，围岩圈的厚度在1～1.1m之间，按围岩厚度为1.1m计算支护强度。
Pt=gHγ
=1.1×9.8×2.4
=25.872kN/m2
式中：Pt－支护强度
H－围岩圈松动厚度 ， 取H=1.1m
γ－岩石容重， 取γ=2.4t/m3
g－重力加速度，取g=9.8m/s2
膏体充填工作面待充填区宽2.4～3.5m，待充填区内使用直径不小于120mm的半圆木柱配合DWB35-30/100型单体液压支柱对顶板进行支护。DWB35-30/100型单体液压支柱和直径不小于120mm的半圆木的性能参数如下表。
根据《木材学教程》第六章木材力学性质中按国家标准“木材物理力学实验方法”（GB1927-1943-91）规定对木材顺纹抗压强度的测定得知：木材顺压强度平均值为45MPa(木材气干状态，含水率为12%时的强度)。
DWB35-30/100型单体液压支柱性能参数表
性能参数 DWB35-30/100 单位
最大高度 3500 mm
工作行程 820 mm
额定工作阻力 30 kN
额定工作液压 3.8 MPa
初撑力 30 kN
液压缸内径 φ100 mm
安全阀额定工作液压 3.8 MPa
压力介质 乳化液，静压水
待充填区单位面积支护强度为：
ρ=F/S
=P·π·r2/S
=（45×106×3.14×0.062）/5.25
=96891N/m2=96.891kN/m2
式中：ρ－单位面积支护强度
P－木材顺压强度平均值 取P=45MPa
r－木材的直径 取r=0.06m
S－待充填区面积 取S=5.25m2（长×宽为1.5m×3.5m）
ρ=96.891kN/m2远远大于Pt=25.872kN/m2，即待充填区（按宽3.5m）使用一排圆木柱支护顶板完全满足要求。
三、结论
若充填工作面直接顶为厚度大于2m的砂质泥岩，则充填开采在采煤工作面面前沿支架前梁端采取打设锚索压锚索梁的方式支护顶板，支架拉移完成充填循环步距后，对待充填区进行支设玻璃钢单体支柱棚处理，可满足支护要求。
当下我国煤炭开采已经由量的追求转化为绿化环保的理念追求，膏体填充开采技术作为当下绿色环保型的采矿技术，不但可以解决“三下一上”的开采问题，也能够有效的改变待充填区的支护方式。物膏体充填不仅能够帮助煤矿多采出煤炭资源，促进安全生产，，
还减少了煤炭开采对当地土地和地下水，资源的破坏，也利用固体废物，变废为宝，是一项利矿、利民、利国的新技术。将膏体填充与待填充区的支护技术有效的结合，不仅有效的解决了现实的煤炭开采的问题，也实现了煤炭开采的经济绿色环保的目标,从而促进我国的煤炭开采向更加环保经济的方向发展。
参考文献
[1]刘同有,蔡嗣经;国内外膏体充填技术的应用与研究现状[J];中国矿业;1998年05期
[2]赵才智;周华强;柏建彪;强辉;膏体充填材料强度影响因素分析[J];辽宁工程技术大学学报;2006年06期
[3]高均海;白国良;高飞杰;杨少辉;似膏体充填开采岩体破坏规律研究[A];2010全国“三下”采煤与土地复垦学术会议论文集[C];2010年
[4]瞿群迪，周华强，侯朝炯，关明亮.中国矿业大学能源科学与工程学院，煤矿膏体充填开采工艺的探讨.
关键词:膏体充填待充填区 充填工艺
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
膏体充填开采作为一门新兴的绿色开采技术，对 “三下”压煤处理、尾矿煤柱开采等疑难问题，有着其无法比拟的先进性和优越性。所谓待充填区就是采煤工作面支架拉移之后，支架尾梁、两顺槽煤帮与后部充填体形成的一个有规则区域。为更好地进行隔离作业，待充填区的支护工艺优劣就显得异常重要。
一、膏体填充开采的特点
固体废物膏体充填开采是把矸石等固体废物的利用，与控制采煤工作面顶地板岩层破坏，减少开采沉陷，保护地面建/构筑物结合起来，具有提高资源开采率、增强矿井安全保障度、保护矿区生态环境的鲜明特性的绿色开采核心技术，是我国煤炭工业科技发展的主要方向。膏体填充开采解放”三下”压煤的煤矿膏体充填开采主要特点是：
1、充填与采煤同在一个工作面，充填体构筑方法不同于金属矿山，煤矿需要发展专门膏体充填隔离支架。
2、充填材料强度性能要求不同，煤矿充填以后数小时后就要求充填体承载，否则，影响采煤面产量。
3、煤矿膏充填原料主要是煤矸石、坑口电厂低质粉煤灰等，材料品质差，质量波动大。
二、膏体填充开采的优势
膏体填充开采作为煤矿开采的新兴绿色技术，有着自身强大的优势的：
1、减少矸石排放和水资源的破坏，减少环境污染，提升开采的环境质量。
2、膏体填充是将固体废物如煤矸石等进行填充，这样可以变废为宝，提高资源采出率，提升资源的利用率。
3、膏体填充开采是对矸石综合利用，提升了资源的开采范围。
4、膏体填充开采可以减轻地表沦陷。
三、待充填区支护方式
膏体充填工作面沿支架前梁端采取打设锚索压锚索梁的方式支护顶板，相邻锚索间排距1600×1000mm。锚索采用φ17.8mm左旋预应力钢绞线截制，长度不小于5.3m，每条锚索用3支MSZ2350型树脂锚固剂固定，锚固长度不小于1.5m，锚索预紧力不小于100kN。锚索梁平行于工作面布置，每条锚索梁使用两条锚索线，锚索梁采用矿用10#槽钢加工制作而成，梁长2000mm，两锚索孔间距为1600mm。工作面推进过程中重复以上步骤锚索对顶板进行支护。如果顶板严重破碎，必须根据现场条件变化采取缩小锚索排距、间距的方式加密打设锚索对顶板进行有效支护。
待充填区进行隔离前，每3个支架打设1架棚，从溜尾至溜头方向依次支设，棚腿采用2棵DWB35-30/100型单体液压支柱，棚顶采用Φ120mm×3000mm的半圆木（半圆木垂直于支架尾梁支设），单体液压支柱与支架的距离为950mm。
若待充填区内顶板破碎时采取以下措施控制顶板
（1）必须及时缩小充填步距为2m。
（2）顶板破碎处必须打设锚杆托钢带加强顶板支护。
（3）待充填区隔离施工前，在顶板破碎处采用支设“一梁二柱”抬棚加强支护，棚顶为直径不小于120mm的半圆木，棚腿为小头直径不小于120mm的木楔足好顶膏体充填工作面待充填区支护示意图
四、待充填区内支护强度验算
由于膏体充填工作面采空区由充填体支撑顶板，顶板的变形很小，压力不明显。且工作面顶板采取全面打设锚索方式支护，因此在待充填区内的支护只需要支护围岩的重量。根据《淄矿集团葛亭煤矿矿压与围岩松动圈探测研究报告》可知，围岩圈的厚度在1～1.1m之间，按围岩厚度为1.1m计算支护强度。
Pt=gHγ
=1.1×9.8×2.4
=25.872kN/m2
式中：Pt－支护强度
H－围岩圈松动厚度 ， 取H=1.1m
γ－岩石容重， 取γ=2.4t/m3
g－重力加速度，取g=9.8m/s2
膏体充填工作面待充填区宽2.4～3.5m，待充填区内使用直径不小于120mm的半圆木柱配合DWB35-30/100型单体液压支柱对顶板进行支护。DWB35-30/100型单体液压支柱和直径不小于120mm的半圆木的性能参数如下表。
根据《木材学教程》第六章木材力学性质中按国家标准“木材物理力学实验方法”（GB1927-1943-91）规定对木材顺纹抗压强度的测定得知：木材顺压强度平均值为45MPa(木材气干状态，含水率为12%时的强度)。
DWB35-30/100型单体液压支柱性能参数表
性能参数 DWB35-30/100 单位
最大高度 3500 mm
工作行程 820 mm
额定工作阻力 30 kN
额定工作液压 3.8 MPa
初撑力 30 kN
液压缸内径 φ100 mm
安全阀额定工作液压 3.8 MPa
压力介质 乳化液，静压水
待充填区单位面积支护强度为：
ρ=F/S
=P·π·r2/S
=（45×106×3.14×0.062）/5.25
=96891N/m2=96.891kN/m2
式中：ρ－单位面积支护强度
P－木材顺压强度平均值 取P=45MPa
r－木材的直径 取r=0.06m
S－待充填区面积 取S=5.25m2（长×宽为1.5m×3.5m）
ρ=96.891kN/m2远远大于Pt=25.872kN/m2，即待充填区（按宽3.5m）使用一排圆木柱支护顶板完全满足要求。
三、结论
若充填工作面直接顶为厚度大于2m的砂质泥岩，则充填开采在采煤工作面面前沿支架前梁端采取打设锚索压锚索梁的方式支护顶板，支架拉移完成充填循环步距后，对待充填区进行支设玻璃钢单体支柱棚处理，可满足支护要求。
当下我国煤炭开采已经由量的追求转化为绿化环保的理念追求，膏体填充开采技术作为当下绿色环保型的采矿技术，不但可以解决“三下一上”的开采问题，也能够有效的改变待充填区的支护方式。物膏体充填不仅能够帮助煤矿多采出煤炭资源，促进安全生产，，
还减少了煤炭开采对当地土地和地下水，资源的破坏，也利用固体废物，变废为宝，是一项利矿、利民、利国的新技术。将膏体填充与待填充区的支护技术有效的结合，不仅有效的解决了现实的煤炭开采的问题，也实现了煤炭开采的经济绿色环保的目标,从而促进我国的煤炭开采向更加环保经济的方向发展。
参考文献
[1]刘同有,蔡嗣经;国内外膏体充填技术的应用与研究现状[J];中国矿业;1998年05期
[2]赵才智;周华强;柏建彪;强辉;膏体充填材料强度影响因素分析[J];辽宁工程技术大学学报;2006年06期
[3]高均海;白国良;高飞杰;杨少辉;似膏体充填开采岩体破坏规律研究[A];2010全国“三下”采煤与土地复垦学术会议论文集[C];2010年
[4]瞿群迪，周华强，侯朝炯，关明亮.中国矿业大学能源科学与工程学院，煤矿膏体充填开采工艺的探讨.