丁家渠煤礦充填開采方案

曹野

摘要：丁家渠煤礦為一證照齊全生產礦井.丁家渠煤礦現開4-2號薄煤層，井下生產期間回采工作面將產生大量的煤矸石，井下生產的矸石直接運往臨時排矸場，多年堆積的矸石目前已無地方存放，且近年來隨著國家環保約束的加大，地面不允許新征用土地建設矸石山且外排矸石需繳納排污費，丁家渠煤礦所排矸石急需處理。

關鍵詞：丁家渠;煤礦充填開采;方案

引言

根據國家能源局財政部國土資源部環境保護部關于印發《煤礦充填開采工作指導意見》的通知（國能煤炭〔2013〕19號）文件提出的實施要求：充分利用煤矸石。既有煤礦已經排放的煤矸石等固體廢棄物不得在地面長時間堆存，要積極開展綜合利用，重點用于保安煤柱、邊角殘煤置換開采和建筑材料生產。丁家渠煤礦擬提出利用礦井生產的矸石對4-2煤工業場地及包府公路壓煤進行充填開采。

1地表建（構）筑物抗變形能力分析

地下開采對地表房屋等建（構）筑物損害主要由采動在垂直方向移動變形（下沉、傾斜、曲率、扭曲）和水平方向移動變形（水平移動、拉伸與壓縮變形）造成，不同性質的地表移動變形對地表建（構）筑物的影響是不同的，一般磚木、磚混結構平房或變形縫區段長度小于20m的兩層樓房、村莊磚瓦民房屬于Ⅲ級保護等級?！督ㄖ?、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》（2017年版）給出了長度或變形縫區段內長度小于20m的磚混結構建筑物受地表移動變形影響的損壞等級，如果地表變形值中水平變形小于2.0mm/m、曲率小于0.2×10-3/m、傾斜小于3.0mm/m，則長度小于20m的磚混結構建筑物的損壞等級為I級，建筑物的損壞程度為輕微損壞，墻體上的采動裂縫寬度1～2mm，最大不超過4mm，累計裂縫寬度不超過10mm，此時不需要對建筑物進行結構處理或者進行簡單維修即可滿足建筑物安全使用要求。

2充填區域地表建（構）筑物設防指標確定

2.1地表建筑物損壞指標確定

方案擬進行充填開采的區域均位于主水平，均開采4-2號煤層。井田范圍內4-2號煤層上覆巖層從老至新由侏羅系中下統延安組（J1-2y）的砂質泥巖、細粒砂巖互層及第四系組成。4-2號煤層位于侏羅系中下統延安組（J1-2y）的第三巖段的中部，發育于井田內畢魯圖溝西部，其余部分在井田內因遭受剝蝕而缺失，少部分因煤層自燃而形成火燒區。第四系厚度約占地層總厚度的20%;基巖厚度約占地層總厚度的80%。第四系主要由黃土、風積沙和沖洪積物組成，為軟弱巖層;基巖主要由各粒度細粒砂巖、粉砂巖、砂質泥巖及中粒砂巖互層組成，其中砂質泥巖含粉砂質，半堅硬狀，易風化;細粒砂巖呈厚層狀，層理不發育，較軟;中粒砂巖無層理，呈厚層狀，半堅硬;粉砂巖分選好，磨圓度中等，半堅硬。總體評價上覆巖層為中硬偏軟的巖性結構。建筑物受開采影響的損壞程度取決于地表變形值的大小和建筑物本身抵抗采動變形的能力，最終結合《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》規定。按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》建筑物等級劃分及保護要求，丁家渠煤礦工業廣場保護煤柱對應地表建（構）筑物屬于Ⅰ、Ⅱ級保護要求，當采動影響在Ⅰ級（水平變形值小于2mm/m）左右時，部分建（構）將產生裂縫，預計裂縫寬度多在1～4mm，多條裂縫之和小于10cm，故將工業廣場建（構）筑物水平變形不大于2mm/m作為丁家渠煤礦工業廣場地表建（構）筑物臨界設防指標。

2.2公路損害指標確定

公路是國民經濟的基礎設施，是交通體系的重要組成部分。地下開采將對公路造成一定的影響，使公路路面損壞、坡度改變等等，必須采取相應的保護措施。高等級公路是國民經濟的動脈，屬于延伸長度大的線性構筑物，由于車輛的運行速度高、密度大、運量大，對開采沉陷損害極為敏感，如地表沉陷會導致路面低洼而積水，傾斜將導致行駛車輛重心偏移對高速行駛車輛造成危害，水平變形和曲率增大使路面因拉伸而開裂，或因壓縮而隆起，導致路面波浪狀起伏等。依據高等級公路的技術指標和開采損壞特點，分析高等級公路在開采影響下的破壞機理，提出高等級公路的設防指標和相應的防護措施。

2.3表移動變形預計方法

采動沉陷的計算方法可以選用典型曲線法、負指數函數法、概率積分法等，其中概率積分法是最常用的方法。概率積分法是把地下開采引起的巖層移動過程看作是一個隨機過程，用概率論的方法建立由地下開采單元引起的地表下沉盆地表達式并假定巖層移動過程符合迭加原理從而利用積分方法建立地表移動下沉盆地的計算公式。我國自20世紀90年代在地表移動計算領域引入概率積分法預計地表采動影響以來，在我國的大多數礦區獲得廣泛應用，概率積分法是納入《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》的地表移動計算方法。

2.4矸石充填工藝過程

矸石充填工藝是在采煤機割煤完成后進行，工藝過程如下：（1）每班按照正規循環割煤，然后停止割煤，遷移矸石充填機的機頭與機尾，檢查充填系統的完好情況，準備充填工作。（2）首先起動工作面自壓式矸石充填機，然后依次起動回風順槽巷內、井下輸矸巷內矸石輸送膠帶機進行采空區矸石充填。（3）充填時采用矸石充填機機頭向機尾方向依次充填，即先打開自壓式矸石充填機機頭的第一個插板進行“自由落體”充填階段、“自充搗實”階段，待此段矸石輸送機升至離支架尾梁200mm時，關閉第一個插板，打開第二個插板，重復上述工作，待插板全部完成上述兩個階段后，再同時打開全部插板，進行“充分搗實”階段的工作。

3結語

煤礦充填開采技術在實踐的過程中，需要注意的是對技術進行合理分析和應用。該技術形式符合經濟生產的原則，在實施中可提升煤礦企業的整體效益，在應用過程中從煤礦生產全過程的生態礦山建設、建立完善的煤礦充填開采技術體系、“采選充留”一體化精準充填開采技術等入手，進行對應的更新和落實，進而促進其進步，保證區域采礦行業的進一步發展。

參考文獻：

[1]劉宇軒，何團.煤礦工作面固體充填開采技術應用的思考[J].產業與科技論壇，2020，19（05）：48-49.

[2]鄭宏旭.辛置煤礦10-425帶壓工作面膏體充填開采技術應用研究[J].山東煤炭科技，2020（01）：84-86.

（作者單位：內蒙古煤礦設計研究院有限責任公司）