連采連充綠色開采技術對地面變形影響的研究與應用

文/劉樂平

（作者單位：山東能源新礦集團孫村煤礦）

（責任編輯：龐永厚）

為實踐綠色礦山發展理念，探尋井上下矸石山處理方法，最大限度降低井工煤礦開采對環境的破壞，山東能源新礦集團孫村煤礦在礦井淺部-210水平適當區域進行采空區矸石充填開采技術試驗，即為連采連充開采技術。

通過對孫村煤礦-210水平4層煤采用連采連充技術開采后對地表移動影響進行研究，分析了連采連充開采技術對地表移動變形影響的規律，提出了對策和建議，為今后新汶老礦區推廣連采連充技術提供有益的借鑒和指導作用。

一、技術簡介

連采連充開采技術為巷道開采，開采完一條巷道后進行矸石充填，然后再開采相鄰的巷道。各巷道開采順序如表1所示，先開采第②個采巷，然后開采第④個采巷，在開采第④個采巷時，第②采巷進行充填作業，第②采巷的充填和第④個采巷的開采同步進行和完成，這樣回風切眼和第②個采巷間就有4.5m寬的煤柱起臨時支撐作用，第②采巷和第④個采巷間也有4.5m寬的煤柱起臨時支撐作用；第②采巷充填完畢、充填體能夠起到支撐作用時，再開采第①個采巷，此時第④個采巷進行充填作業，開采、充填同步進行和完成；后續開采、充填可按表1順序繼續進行。

開采巷和充填巷之間始終保持一個采巷以上的間隔，也就是開采巷和充填巷之間始終保持4.5m以上的煤柱來支撐頂板。在首采面試驗期間，按照采4.5m、留4.5m的方式開采，首采面結束，根據充滿率、頂底板移進量、煤柱應力、地表下沉和變形等觀測數據，調整采留寬度。

二、地表移動觀測分析

1. 對應地面位置巖移觀測站設計

（1）井下觀測站位置

在-210米水平大巷內設立觀測點21個，觀測點設在工作面的上方及其西側，屬于固定點，便于保存。觀測長度750米，距工作面垂直距離為上巷15米，下巷28米。

表1 充填試驗區開采與充填順序

（2）地面觀測站位置

地表對應位置觀測站設在大洛溝村內，觀測點設置在洛溝大橋向東北方延伸，走向基本為順公路方向，傾向沿著村莊內公路布置。地表位置相對復雜，主要為村莊內建筑物，大多為平房，中間也有數量不少的二層樓房。

2. 觀測工作內容

移動觀測站的觀測內容可分為：觀測站聯測、全面觀測、單獨進行的水準測量。工作面采動之前，為了確定觀測點與井下開采地點的位置關系，首先將觀測站基本控制點與礦區控制網連測，然后再由它們測定其余控制點和測點的位置。

連采連充工作面巖移觀測站的觀測精度，控制點按不低于定向基點的精度進行，用中間插點的方法，也可用導線的方法。工作測點的精度按2″導線測量的要求進行。標高聯測的精度按不低于三等水準測量的要求。

在觀測站設點后10～15天，點位固結以后，進行觀測站聯測，聯測獨立進行兩次。然后，在觀測站被充填之前觀測兩次，兩次觀測的時間間隔不應超過5天。如果兩次測量結果，同一點的高程不大于10毫米，同一邊長不大于4毫米時，取兩次的平均值，作為觀測站觀測點的原始位置，即觀測站的第一次觀測數據。

矸石充填面布置點巷道開始移動后，應進行長期的觀測。移動活躍期間，至少要每月觀測一次。水準測量必須在一天內觀測完畢。在觀測點設立完成及進行第一次觀測后，將觀測數據進行總結，然后每一個月進行一次以上的觀測；在開采并充填后沉陷活躍期，要進行加密測量。

3. 數據處理

觀測成果整理工作包括計算和繪圖兩部分。觀測記錄要有專門的測量記錄簿。每一次觀測結束后，應對觀測記錄簿進行檢查，然后進行各種改正數計算和平差計算。水準測量最后要算出各測點的高程。長度測量加入傾斜、溫度、支距等改正數之后，算出測點之間在觀測線方向上的水平距離。根據各測點之間的水平距離，計算各測點至該觀測線控制點的水平距離。

觀測數據整理之后，就可計算觀測線各測點間的移動和變形量。井下巖移觀測站沉降數據如表2所示。

地面巖移觀測站沉降數據如表3所示。

通過數據分析可以得出適宜新汶煤田區域采用連采連充開采技術的地表變形計算參數。連采連充綠色開采技術對地面環境影響規律和主要地表移動參數如下：

下沉系數q=0.03

主要影響角正切tgβ=2.3

開采影響傳播角θ°=90-0.6α

水平移動系數b=0.35

拐點移動距S=0

三、對地表移動變形影響規律的分析

通過井下巖移觀測數據分析，連采連充開采技術采動后對附近巷道產生部分影響，表現為巷道頂板下沉，巷道底板鼓起，其原因是充填不實引起煤層頂板離層，從而引起上方巷道移動變形。

連采連充開采技術對地面以及地面建筑的影響很小，地面巖移觀測站最大下沉值為30mm，基本實現對地面零影響，實現了煤礦安全、綠色開采。

四、應用與建議

孫村煤礦通過實施連采連充開采技術試驗，取得一定成績和觀測數據，下一步可以在新汶煤田礦區進行推廣應用，開采對地面移動變形的研究可以采用以上研究數據和參數，并提出以下建議。

1.采用連采連充開采技術，核心是對回采空間進行充填，充填率要達到90%以上，這樣充填效果好，可以有效控制頂板下沉。

2.因地區地質條件不同，以及煤層埋深和巖層變化的影響，連采連充開采時應及時設置地表移動巖移觀測站，并進行長期觀測，以上研究數據只作為前期地表沉降預計使用。

3.在進行開采設計時，要充分考慮采動對地面的影響，特別是設計“三下”開采時，推薦使用連采連充開采技術，以確保將地面破壞程度降到最低，地面損害降到最小。

4.進行地表采動影響規律分析時，應考慮重復采動的影響，多煤層進行連采連充開采時，應考慮重復采動系數，確保地表采動影響規律的準確度和嚴謹性。

表2 附近井下巷道移動變形最大值

表3 試采工作面開采后地表移動變形最大值