李溝礦充填減沉工程實施技術(shù)研究

郭高川

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院，山西 太原 030001）

李溝礦充填減沉工程實施技術(shù)研究

郭高川1，2

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院，山西 太原 030001）

針對李溝礦的開采實際情況，進(jìn)行了特殊開采方案設(shè)計，并對方案的充填方法、材料等設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了選擇，最后確定了具體的充填方案。

開采工作面；全部垮落法；充填開采；采空區(qū)

1 工程背景

李溝礦首采工作面開采過程中，采用全部垮落法管理頂板，首采工作面開采后的地表移動變形不能確保對建筑物的影響要求。為了解決目前所遇難題，進(jìn)行了特殊開采設(shè)計方案，通過在井下采空區(qū)采取有效的充填措施，減少了地表下沉及變形，達(dá)到了保護(hù)地面建筑物的目的。

2 采空區(qū)充填方法及材料選擇

1）工作面井下采空區(qū)充填方法的選擇：采空區(qū)充填方法有：水沙充填、高水材料充填、人工充填等。本礦目前的條件因素?zé)o法實現(xiàn)前兩種方法，只有選用井下人工充填的方法。

2）采空區(qū)充填材料的選擇：采空區(qū)充填材料有：鋼筋混凝土和料石，混凝土預(yù)制塊；在井下砌筑條帶型支撐結(jié)構(gòu)，可達(dá)到減緩地面下沉的目的。根據(jù)煤礦支護(hù)質(zhì)量要求，料石的抗壓強(qiáng)度不低于30M P a，混凝土預(yù)制塊不低于150號（15M P a），鋼筋混凝土可按設(shè)計要求構(gòu)筑，現(xiàn)澆混凝土標(biāo)號不低于100號（10M P a）。綜合考慮上述情況認(rèn)為：井下施工應(yīng)選用料石依據(jù)李溝礦實際情況，可選擇石灰?guī)r或砂巖類料石。

3 井下采空區(qū)砌筑條帶范圍（尺寸）的分析

確定采空區(qū)砌筑條帶的范圍時，需要考慮3方面：保證在工作面推進(jìn)過地面目標(biāo)物之前，就要有一定的防護(hù)距離（L1）；開采工作面采過地面目標(biāo)物后，還需有一定的防護(hù)距離（L2）；考慮工作面長度方向傾斜移動盆地的影響，也必須存在一定距離的砌筑防護(hù)帶（L3），開采工作面保護(hù)充填范圍的確定示意圖，見圖1。

圖1 開采工作面保護(hù)充填范圍的確定示意圖

3.1 地面建筑物前、后方保護(hù)距離（L1、L2）的確定

在開采工作面地質(zhì)采礦條件下，前方采動影響距離（或影響半徑）為183.89m；原留設(shè)煤柱邊界線與運(yùn)輸巷道交點(diǎn)位置，沿工作面推進(jìn)方向距地面第一棟建筑物的距離為63.61m，而第一棟建筑物和最突出建筑物角點(diǎn)的距離為101.86m，故此值應(yīng)為165.47m；為此綜合考慮確定前方需要進(jìn)行條帶施工的超前距離；此為地面最靠近采空區(qū)（即突出部分）目標(biāo)物的推進(jìn)距離。

工作面開采過最突出建筑物的角點(diǎn)后，原煤柱留設(shè)邊界線和運(yùn)輸巷道角點(diǎn)的距離（沿工作面推進(jìn)方向）為98.47m；為此需要設(shè)置的保護(hù)范圍(充填條帶距離)即取為L2=100m；該距離參數(shù)為地表目標(biāo)物最靠近工作面采空區(qū)的突出點(diǎn)位置與最后停止砌筑充填條帶的距離。

總之，在工作面推進(jìn)方向上，砌筑料石充填條帶的初始位置，從距WJ X目標(biāo)最突出角點(diǎn)的距離為165m，停止砌筑的位置為過此點(diǎn)后的100m以外。其總共施工距離為265m。

3.2 地面建筑物側(cè)向保護(hù)距離（L3）的確定

結(jié)合工作面前方地表貫通性裂縫的實測分布情況，一般在工作面前方45.8m，而側(cè)向為28m。據(jù)此，初步確定砌筑條帶范圍在傾斜方向的長度為50m；如果考慮傾斜方向的移動盆地的地表變形影響，在砌筑條帶長度（50m）再加上10m煤柱的情況下，其總范圍為60m；這樣地表移動的控制參數(shù)為：傾斜：i=±4.062m m/m>3m m/m；曲率：k=±6.299×10-5/m＜＜±0.2×10-3/m； 水 平 變 形 ：ε=±2.8903m m/m>2m m/m。

這些變形數(shù)值與臨界數(shù)值差別不大，基本符合保護(hù)地表目標(biāo)物的要求，無大的損壞發(fā)生。若把采高控制在2-2.5m范圍內(nèi)，地面的建筑物就不會受到開采影響，為此可選砌筑條帶的長度為50m。

4 砌筑充填帶的形式以及技術(shù)參數(shù)設(shè)計

4.1 砌筑條帶的形式及配合充填模式

從砌筑方便和安全角度考慮，擬構(gòu)建平行于工作面煤壁方向的矩形條帶，并在條帶與條帶間留有一定寬度的施工和維護(hù)通道，當(dāng)兩條通道施工完成后，使用鏟車或翻斗車，運(yùn)送矸石充填通道，以增加充填條帶的穩(wěn)定性；還需在通道內(nèi)架設(shè)一定間距的木垛支護(hù)頂板，以提高施工期間和開采后的頂板穩(wěn)定性。

4.2 砌筑充填條帶的尺寸參數(shù)

1）設(shè)計的原則：料石帶寬度，應(yīng)以砌筑的條帶寬度足以長期有效地支撐住8號上煤層的頂板，不發(fā)生條帶寬度的失穩(wěn)破壞為總體原則，同時考慮前期條帶施工和后期矸石充填的方便性等因素。條帶間的寬度，一般應(yīng)滿足小于采深的1/3，應(yīng)保證不使地表出現(xiàn)明顯的波浪狀下沉盆地；頂板堅硬、厚度大、不易冒頂時，條帶按照單向受力狀態(tài)設(shè)計；若頂板能冒落充填滿采空區(qū)，則按三向應(yīng)力狀態(tài)設(shè)計；設(shè)計的條帶寬度不宜太窄，以保證穩(wěn)定性，寬高比應(yīng)大于2。

2）充填(料石)條帶寬度的計算：對于李溝礦8號上煤層頂板條件，依據(jù)施工期間頂板支護(hù)及鏟車充填方便的原則，可先定條帶間寬度B1為6.0m，則完全支撐住覆巖頂板，按照單向受力狀態(tài)計算，需要的充填帶厚度為

從中解出B后，考慮安全系數(shù)n=2，需要的砌筑條帶寬度B為

再將B1=6.0m，H=136.32m，γ=0.026M N/m3，[σ]石=20M P a，帶入上式可得條帶寬度為B≥2.49m。

按照一般的砌筑條帶設(shè)計，在采高為2.5m-3.0m的情形下，2.49m的條帶寬度是不能確保充填帶長期穩(wěn)定的，應(yīng)使其寬高比大于2，為此可取砌筑充填條帶的寬度為B=6m。因條帶之間的間隔寬度B1=6m，其B

從采空區(qū)頂板垮落穩(wěn)定性及通道維護(hù)、施工方便的角度綜合考察，建議使用采高2m，條帶寬度4m，間隔寬度4m的條帶施工技術(shù)參數(shù)。

5 結(jié)束語

上述確定的充填開采方案，地表目標(biāo)建筑物會更安全，不會發(fā)生移動所引起的變形破壞。

參考資料：

[1]何國清，等.礦山開采沉陷學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1991：298.

[2]國家煤炭局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程[S].2000:111-112.

[3]邢福康，等.煤礦支護(hù)手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1993.

Study on Filling Engineering to Reduce Surface Subsidence oFLigou Mine

GUO Gao-chuan1，2
(1.Taiyuan University of Technology, Taiyuan Shanxi 030024;2.Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry, Taiyuan Shanxi 030001)

On the ground of mining practice in Ligou Mine, a specific mining design was adopted.Filling methods, materials and other parameters were selected and the final filling scheme was determined.

mining face; full collapsing method; filling mining; mined-out area

TD 853.34

A

1672-5050（2011）10-0048-03

2011-06-14

郭高川（1978—），男，山西臨汾人，在讀工程碩士研究生，工程師，從事特殊采煤設(shè)計、巖層控制、礦山建設(shè)監(jiān)理工作。

劉新光