充填開采與煤礦安全的關(guān)系

1、充填開采與煤礦安全的關(guān)系摘要近年來采用充填開采工藝的煤礦越來越多。充填開采不僅解放了大量資源，改變了傳統(tǒng)采煤工藝；還對煤礦安全管理帶來全新的概念。本文就充填開采對煤礦安全生產(chǎn)的影響進(jìn)行了綜合分析。關(guān)鍵詞充填開采安全生產(chǎn)沖擊地壓水害一通三防中圖分類號 TD8237 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A由于我省已探明的煤炭資源分割殆盡，部分老礦資源枯竭，中年礦井面臨著采掘接續(xù)緊張，新礦經(jīng)受“三下 ”壓煤制約，造成煤礦安全生產(chǎn)的問題越來越突出。為解決這一問題，全省采用充填開采的煤礦越來越多，方式多樣。充填開采改變了全部垮落法管理頂板的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為煤礦安全生產(chǎn)提供了很多有利條件，充填開采對煤礦安全生產(chǎn)的影響究竟有多大，

2、此前沒有系統(tǒng)的論述。本文就全部充填工藝給煤礦安全生產(chǎn)帶來的具體影響進(jìn)行了分析。充填開采工藝應(yīng)用概況充填開采工藝直觀來說就是用體積換體積的置換工藝。該工藝經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段： (1)以廢矸石為充填物的干式部分充填階段，其目的主要是處理矸石和沿空留巷； (2)以水砂充填為代表的階段，曾作為減少地表沉陷、在建 (構(gòu))筑物下的主要采煤方法； (3)目前的新工藝全部充填開采階段，主要有兩種方式：一是以高濃度膏體為充填物的全部充填工藝，二是以矸石、粉煤灰等固體為充填物的全部充填的工藝。這也是目前煤礦經(jīng)過試驗(yàn)證實(shí)比較適宜的兩種充填工藝。另外，山東省部分煤礦還探索了其他的充填工藝。如：采用拋矸機(jī)向采空區(qū)拋矸的

3、充填工藝；采用風(fēng)動充填方式進(jìn)行充填的充填工藝，矸石由破碎機(jī)破碎成充填成料，經(jīng)充填機(jī)壓風(fēng)動力作用，通過充填管路充填至工作面采空區(qū)。這些辦法雖然可以解決矸石不升井的問題，但其充填密實(shí)度與目前第三階段采用的全部充填工藝相比有較大差距，其控制頂板下沉的效果不甚理想。充填開采對安全生產(chǎn)的影響分析無論是采用全部充填工藝還是采用部分充填工?收稿日期： 2010-0125作者簡介：李建民 (1963 一)，男，漢族， 1984 年 7 月畢業(yè)于河北煤炭建筑工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位，教授級高工，山東煤礦安全監(jiān)察局總工程師?！八?，其采煤生產(chǎn)工藝、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、安全管理方式都與全部垮落法管理頂板回采工藝有較大差別。一般來說

4、，全部充填工藝可以有效提高安全開采程度，解決目前我省煤礦生產(chǎn)過程中存在的部分隱患。具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：(1)全部充填工藝可以有效緩解采煤引起的礦山壓力顯現(xiàn)，有利于回采巷道和工作面的支護(hù)，有效防止頂板和沖擊地壓事故的發(fā)生。達(dá)到 “應(yīng)力分散，地壓不沖”的目的。沖擊地壓的產(chǎn)生主要受兩方面的因素影響，即煤巖體特性和煤巖體應(yīng)力。而煤巖體的特性通常是不可改變的。因此，預(yù)防沖擊地壓的發(fā)生，主要通過消除或減小煤巖體應(yīng)力這一途徑來實(shí)現(xiàn)。而影響煤巖體應(yīng)力的主要因素包括： 開采深度和地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)因素； 采掘巷道布置、煤柱留設(shè)、采空區(qū)范圍等開采技術(shù)因素。全部充填工藝可以有效改變煤體、圍巖的受力狀態(tài)，將其所受的采

5、動壓力由四周煤巖體承擔(dān)改為充填物和四周煤巖體共同承擔(dān)，有效分散采動影響壓力，減少應(yīng)力集中。同時(shí)，充填體將承受和轉(zhuǎn)移頂板的大部分壓力，有效抑制頂板下沉和底板隆起。一般情況下，采用全部充填工藝的采煤工作面，其初次來壓和周期來壓都不明顯，有的幾乎觀測不到，工作面和回采巷道的礦山壓力顯著減小，對于減小回采區(qū)域的煤巖體應(yīng)力和采煤工作面、回采巷道的頂板維護(hù)非常有利。而在某一區(qū)域連續(xù)采用全部充填工藝，可以使該區(qū)域不留孤島煤柱，可以有效消除回采區(qū)域的應(yīng)力集中，預(yù)防沖擊地壓的發(fā)生。(2)全部充填工藝可以減少采動影響造成的頂板導(dǎo)水裂隙高度和底板的破壞深度；同時(shí)采空區(qū)已基本全部充實(shí)，不存在老空積水威脅。達(dá)到 “無空

6、無水，頂?shù)撞煌?”的目的全部垮落法管理頂板的采煤方式，其上覆巖層遭到破壞程度隨采厚的增加而增加。據(jù)礦壓觀測資料統(tǒng)計(jì)，我省煤炭主采區(qū)的濟(jì)寧礦區(qū)采用綜放工藝開采時(shí)，其 3 煤的垮落帶高度一般為 1230m，導(dǎo)水裂隙帶高度一般為 4088m。實(shí)驗(yàn)表明，充填開采的采空區(qū)在充填及時(shí)、足量的情況下可以做到不形成垮落帶，導(dǎo)水裂隙帶的高度也大大減小。采用全部充填工藝時(shí)，其導(dǎo)水裂隙帶高度不足全部垮落法的 15，甚至有時(shí)導(dǎo)水裂隙帶不明顯。因此，充填開采可以減少因采動引起的煤層上覆巖層破壞造成的裂隙導(dǎo)水。同樣，全部充填工藝對于煤層底板的破壞程度也大大減輕，其 “下三帶 ”破壞程度比全部垮落法輕很多。這對于受承壓水威

7、脅煤層安全開采，在輔以其他安全措施的情況下，安全程度大大提高。煤礦的水害事故多數(shù)是透老空水事故。山東省從2000 年至今發(fā)生的 10 起重大透水事故中，透老空水事故 7 起，占事故總數(shù)的 70。而采用全部充填開采時(shí)，由于工作面采后不能形成采空區(qū)，不會產(chǎn)生采空區(qū)積水，可以從根本上消除采空區(qū)透水威脅。(3)全部充填工藝有利于 “一通三防 ”管理，全部充填開采由于基本消滅了采空區(qū)，可以達(dá)到“風(fēng)走正道，火點(diǎn)不著，瓦斯沒了”的目的采空區(qū)管理已經(jīng)成為煤礦“一通三防 ”安全工作的重點(diǎn)。多數(shù)煤礦為此投入了大量的人力、物力。對于完全封閉的采空區(qū)，不僅要防止密閉墻體的漏風(fēng)，還要預(yù)防新鮮風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)造成有害氣體溢出

8、；更要預(yù)防懸頂較大的采空區(qū)突然垮落形成的沖擊。有的要對采空區(qū)氣體采取強(qiáng)制抽放措施；有的要采用注氮或注漿等防火措施。采用全部充填法的采煤工作面采空區(qū)非常密實(shí)，沒有明顯的空間，不能形成有效的通風(fēng)通道和集聚氣體的空間，可以有效消除采用全部垮落法采煤造成的采空區(qū)漏風(fēng)，對于通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠非常有利。全部充填工藝對防止煤層自然發(fā)火的效果非常明顯。煤層自然發(fā)火必須同時(shí)具備 3 個(gè)條件： 煤層本身必須具有自燃傾向性； 有連續(xù)適宜的漏風(fēng)供氧條件； 熱量易于積聚。采用全部充填法的采煤工作面采空區(qū)都是由不燃物質(zhì)填實(shí)，不具備自然發(fā)火的漏風(fēng)供氧條件和熱量易于積聚的必備條件，完全可以有效預(yù)防煤層自然發(fā)火。目前采用全部充

9、填法的工作面，生產(chǎn)過程中，沒有一處發(fā)生自然發(fā)火，也充分證實(shí)了這一點(diǎn)。采空區(qū)有浮煤和多種有害氣體，煤炭氧化的早期還能釋放大量的熱和瓦斯。工作面回采過程中，其瓦斯來源主要是本煤層和采空區(qū)。正是由于采空區(qū)的瓦斯積聚，有時(shí)可能造成采煤工作面支架間、回風(fēng)隅角處瓦斯?jié)舛容^高，甚至局部達(dá) 100。當(dāng)采空區(qū)頂板大面積垮落，這些有害氣體就會突然涌到工作面風(fēng)流中，造成事故。 2001 年 3 月 20 日某礦采煤工作面采空區(qū)瓦斯爆炸連續(xù)達(dá) 20 幾次。結(jié)論開采煤炭必然產(chǎn)生采空區(qū)，極易形成采空區(qū)的沉陷、氣體大量逸出或爆炸，其災(zāi)害嚴(yán)重性與開采規(guī)模成正比。我國是世界上產(chǎn)煤最多、采空區(qū)面積最大的國家之一，由采空區(qū)導(dǎo)致地面塌陷、地上建筑坍塌、滑坡及地表水流失等，已成為地域性礦山生態(tài)環(huán)境問題。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，僅山西省各類采空區(qū)面積就有2 萬kin2，占全省總面積的 17；大同市曾因采空區(qū)塌陷造成 38 級地震，一年內(nèi)最多發(fā)生采空區(qū)塌陷 37 起，并造成人員傷亡。目前，煤礦采空區(qū)治理雖然已經(jīng)引起了國家和各有關(guān)部門的重視，但由于采空區(qū)的治理在國際上也屬于難題，采空區(qū)的治理效果還不很理想，采空區(qū)的有效治理仍任重而道遠(yuǎn)。采用全部充填工藝時(shí)一般不會形成的采空區(qū)，因此推廣應(yīng)用該工藝，可以有效減輕采空區(qū)的治理壓力。