曹野

摘要：丁家渠煤矿为一证照齐全生产矿井.丁家渠煤矿现开4-2号薄煤层，井下生产期间回采工作面将产生大量的煤矸石，井下生产的矸石直接运往临时排矸场，多年堆积的矸石目前已无地方存放，且近年来随着国家环保约束的加大，地面不允许新征用土地建设矸石山且外排矸石需缴纳排污费，丁家渠煤矿所排矸石急需处理。

关键词：丁家渠;煤矿充填开采;方案

引言

根据国家能源局财政部国土资源部环境保护部关于印发《煤矿充填开采工作指导意见》的通知（国能煤炭〔2013〕19号）文件提出的实施要求：充分利用煤矸石。既有煤矿已经排放的煤矸石等固体废弃物不得在地面长时间堆存，要积极开展综合利用，重点用于保安煤柱、边角残煤置换开采和建筑材料生产。丁家渠煤矿拟提出利用矿井生产的矸石对4-2煤工业场地及包府公路压煤进行充填开采。

1地表建（构）筑物抗变形能力分析

地下开采对地表房屋等建（构）筑物损害主要由采动在垂直方向移动变形（下沉、倾斜、曲率、扭曲）和水平方向移动变形（水平移动、拉伸与压缩变形）造成，不同性质的地表移动变形对地表建（构）筑物的影响是不同的，一般砖木、砖混结构平房或变形缝区段长度小于20m的两层楼房、村庄砖瓦民房属于Ⅲ级保护等级。《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（2017年版）给出了长度或变形缝区段内长度小于20m的砖混结构建筑物受地表移动变形影响的损坏等级，如果地表变形值中水平变形小于2.0mm/m、曲率小于0.2×10-3/m、倾斜小于3.0mm/m，则长度小于20m的砖混结构建筑物的损坏等级为I级，建筑物的损坏程度为轻微损坏，墙体上的采动裂缝宽度1～2mm，最大不超过4mm，累计裂缝宽度不超过10mm，此时不需要对建筑物进行结构处理或者进行简单维修即可满足建筑物安全使用要求。

2充填区域地表建（构）筑物设防指标确定

2.1地表建筑物损坏指标确定

方案拟进行充填开采的区域均位于主水平，均开采4-2号煤层。井田范围内4-2号煤层上覆岩层从老至新由侏罗系中下统延安组（J1-2y）的砂质泥岩、细粒砂岩互层及第四系组成。4-2号煤层位于侏罗系中下统延安组（J1-2y）的第三岩段的中部，发育于井田内毕鲁图沟西部，其余部分在井田内因遭受剥蚀而缺失，少部分因煤层自燃而形成火烧区。第四系厚度约占地层总厚度的20%;基岩厚度约占地层总厚度的80%。第四系主要由黄土、风积沙和冲洪积物组成，为软弱岩层;基岩主要由各粒度细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及中粒砂岩互层组成，其中砂质泥岩含粉砂质，半坚硬状，易风化;细粒砂岩呈厚层状，层理不发育，较软;中粒砂岩无层理，呈厚层状，半坚硬;粉砂岩分选好，磨圆度中等，半坚硬。总体评价上覆岩层为中硬偏软的岩性结构。建筑物受开采影响的损坏程度取决于地表变形值的大小和建筑物本身抵抗采动变形的能力，最终结合《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》规定。按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》建筑物等级划分及保护要求，丁家渠煤矿工业广场保护煤柱对应地表建（构）筑物属于Ⅰ、Ⅱ级保护要求，当采动影响在Ⅰ级（水平变形值小于2mm/m）左右时，部分建（构）将产生裂缝，预计裂缝宽度多在1～4mm，多条裂缝之和小于10cm，故将工业广场建（构）筑物水平变形不大于2mm/m作为丁家渠煤矿工业广场地表建（构）筑物临界设防指标。

2.2公路损害指标确定

公路是国民经济的基础设施，是交通体系的重要组成部分。地下开采将对公路造成一定的影响，使公路路面损坏、坡度改变等等，必须采取相应的保护措施。高等级公路是国民经济的动脉，属于延伸长度大的线性构筑物，由于车辆的运行速度高、密度大、运量大，对开采沉陷损害极为敏感，如地表沉陷会导致路面低洼而积水，倾斜将导致行驶车辆重心偏移对高速行驶车辆造成危害，水平变形和曲率增大使路面因拉伸而开裂，或因压缩而隆起，导致路面波浪状起伏等。依据高等级公路的技术指标和开采损坏特点，分析高等级公路在开采影响下的破坏机理，提出高等级公路的设防指标和相应的防护措施。

2.3表移動变形预计方法

采动沉陷的计算方法可以选用典型曲线法、负指数函数法、概率积分法等，其中概率积分法是最常用的方法。概率积分法是把地下开采引起的岩层移动过程看作是一个随机过程，用概率论的方法建立由地下开采单元引起的地表下沉盆地表达式并假定岩层移动过程符合迭加原理从而利用积分方法建立地表移动下沉盆地的计算公式。我国自20世纪90年代在地表移动计算领域引入概率积分法预计地表采动影响以来，在我国的大多数矿区获得广泛应用，概率积分法是纳入《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的地表移动计算方法。

2.4矸石充填工艺过程

矸石充填工艺是在采煤机割煤完成后进行，工艺过程如下：（1）每班按照正规循环割煤，然后停止割煤，迁移矸石充填机的机头与机尾，检查充填系统的完好情况，准备充填工作。（2）首先起动工作面自压式矸石充填机，然后依次起动回风顺槽巷内、井下输矸巷内矸石输送胶带机进行采空区矸石充填。（3）充填时采用矸石充填机机头向机尾方向依次充填，即先打开自压式矸石充填机机头的第一个插板进行“自由落体”充填阶段、“自充捣实”阶段，待此段矸石输送机升至离支架尾梁200mm时，关闭第一个插板，打开第二个插板，重复上述工作，待插板全部完成上述两个阶段后，再同时打开全部插板，进行“充分捣实”阶段的工作。

3结语

煤矿充填开采技术在实践的过程中，需要注意的是对技术进行合理分析和应用。该技术形式符合经济生产的原则，在实施中可提升煤矿企业的整体效益，在应用过程中从煤矿生产全过程的生态矿山建设、建立完善的煤矿充填开采技术体系、“采选充留”一体化精准充填开采技术等入手，进行对应的更新和落实，进而促进其进步，保证区域采矿行业的进一步发展。

参考文献：

[1]刘宇轩，何团.煤矿工作面固体充填开采技术应用的思考[J].产业与科技论坛，2020，19（05）：48-49.

[2]郑宏旭.辛置煤矿10-425带压工作面膏体充填开采技术应用研究[J].山东煤炭科技，2020（01）：84-86.

（作者单位：内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司）