胡海江 李永元 費(fèi)思國(guó)

（1.冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)，河北省邯鄲市，056000；2.冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶一煤礦，河北省邯鄲市，056000；3.兗州煤業(yè)菏澤能化有限公司，山東省菏澤市，274000）

煤礦超高水材料開放式充填開采礦壓顯現(xiàn)研究

胡海江1李永元2費(fèi)思國(guó)3

（1.冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)，河北省邯鄲市，056000；2.冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶一煤礦，河北省邯鄲市，056000；3.兗州煤業(yè)菏澤能化有限公司，山東省菏澤市，274000）

陶一煤礦面臨著“三下”壓煤?jiǎn)栴}。陶一煤礦利用超高水材料進(jìn)行采空區(qū)充填，以開采“三下”呆滯煤炭資源。超高水材料漿體水的體積達(dá)到95%～97%，因此其灌注特性較好。超高水材料開放式充填能夠達(dá)到較高的充填率。通過開掘觀測(cè)巷道、鉆孔等手段進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)，表明該工藝可以緩解礦壓顯現(xiàn)程度，漿體能夠灌注到老空區(qū)裂隙及矸石周圍，膠結(jié)效果較好。

綜采工作面 開放式充填開采 超高水材料充填 礦壓顯現(xiàn)

超高水材料開放式充填在邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶一煤礦首次進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，并進(jìn)行了3個(gè)工作面生產(chǎn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，超高水材料開放式充填開采系統(tǒng)簡(jiǎn)單，采充效率高，充填效果好，取得了良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

1 試驗(yàn)工作面概況

1.1 地質(zhì)概況

陶一礦充填試驗(yàn)工作面開采2＃煤層，位于七采區(qū)南翼、停駟頭村保護(hù)煤柱范圍內(nèi)。對(duì)應(yīng)地面位置為停駟頭村東部，型煤場(chǎng)西部，地表有民房建筑、沖溝和梯田。

試驗(yàn)工作面埋深為315.1～365.9m，煤層為單一傾斜構(gòu)造，屬二迭系下統(tǒng)山西組，煤層厚度3.5～4.3m，平均厚3.97m；煤層直接頂為粗粉砂巖，灰黑色，以石英為主，含黃鐵礦結(jié)核，層厚5.63m左右；底板為閃長(zhǎng)巖，灰白色，厚4.1m左右。試驗(yàn)面區(qū)域?yàn)閱蝺A構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造以斷層為主，部分煤層有火成巖侵入。

1.2 工作面回采工藝及裝備

工作面開采方式為綜采一次采全高，主要配套設(shè)備為ZY6000／21／42型液壓支架、MG300／200－WD型電牽引采煤機(jī)和SGZ764／400型刮板輸送機(jī)。

2 充填工藝

超高水材料開放式充填開采工藝就是在仰斜開采條件下，隨著工作面的推進(jìn)，超高水材料漿體沿煤層傾角灌注至老空區(qū)，膠結(jié)垮落的矸石，以支撐上覆頂板，減少巖層移動(dòng)的一種充填工藝，如圖1所示。

圖1 開放式充填開采示意圖

為了檢驗(yàn)采煤與充填銜接效果，得出最佳的采充循環(huán)距離，將充填開采分為4個(gè)階段。第一階段頂板完全垮落不充填，當(dāng)推進(jìn)到45m后，進(jìn)行充填；第二階段工作面每推進(jìn)9m充填一次，共65 m；第三階段工作面每推進(jìn)6m充填一次，共70 m；第四階段工作面每推進(jìn)3m，充填一次，共70 m，充填試驗(yàn)各階段的充填率見表1。

表1 充填試驗(yàn)階段的充填率

3 工作面礦壓觀測(cè)及顯現(xiàn)規(guī)律

為了驗(yàn)證在各個(gè)充填階段工作面礦壓顯現(xiàn)程度，對(duì)工作面支架的工作阻力進(jìn)行了在線監(jiān)測(cè)。采用KBJ－1綜采支架工作阻力連續(xù)記錄儀監(jiān)測(cè)支架工作狀況。

將支架在線觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出工作阻力變化曲線，見圖2。從曲線可以看出：第一階段開始時(shí)，處在切眼范圍，支架工作阻力較為平穩(wěn)；第一階段至第二階段支架壓力變化顯著，有明顯的來壓現(xiàn)象；第三階段到第四階段支架的阻力整體降低，沒有明顯的來壓。

圖2 工作面液壓支架支護(hù)阻力變化曲線

根據(jù)工作阻力的變化進(jìn)行擬合，得出擬合曲線：

根據(jù)式（1）可知4個(gè)階段支架工作阻力較為平穩(wěn)，并整體隨著充填率的提高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。由此可見，開放式充填能夠減緩礦壓顯現(xiàn)，并且隨著充填率的提高，礦壓顯現(xiàn)程度逐漸降低。

4 充填效果驗(yàn)證

開放式充填能夠充填采動(dòng)產(chǎn)生的各種裂隙及矸石之間的縫隙并膠結(jié)，減少上覆巖層的進(jìn)一步下沉、破斷，以達(dá)到控制地表變形的目的。其中的關(guān)鍵是材料的灌縫效果和膠結(jié)能力，因此采用在工作面上方開掘觀測(cè)巷道、打鉆方式進(jìn)行觀測(cè)。

4.1 觀測(cè)巷道及探孔分布

為了檢驗(yàn)充填效果，并對(duì)充填開采時(shí)的覆巖破斷情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在推采之前，在工作面中上部20m處開掘一條觀測(cè)巷道，并在觀測(cè)巷道內(nèi)開掘兩條探巷，如圖3所示。在觀測(cè)巷道內(nèi)設(shè)置10個(gè)頂板下沉量的觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)量其頂板下沉量。在探巷內(nèi)向老空區(qū)方向進(jìn)行鉆探，以探明老空區(qū)內(nèi)的充填體充滿情況。

圖3 充填觀測(cè)巷道及探孔的分布

4.2 觀測(cè)巷道頂板下沉

隨著充填工作面的不斷推進(jìn)，觀測(cè)巷頂板觀測(cè)點(diǎn)的最大下沉量是逐步減小。其中觀測(cè)點(diǎn)1至觀測(cè)點(diǎn)10的最大下沉量分別為2.90m、2.62m、2.10m、1.64m、1.36m、0.87m、0.62m、0.53m、0.63m和0.57m。說明隨著充填率的提高，觀測(cè)巷道的觀測(cè)點(diǎn)的下沉量逐漸下降，因此提高充填率可以減小上覆頂板的下沉。

圖4 巷道頂板觀測(cè)點(diǎn)1～10的下沉量

隨著測(cè)點(diǎn)距工作面的距離變化，觀測(cè)巷道的觀測(cè)點(diǎn)的下沉量的大小如圖4所示（橫坐標(biāo)中＋表示在工作面前方，—表示在工作面后方），第一階段內(nèi)的觀測(cè)點(diǎn)在工作面后方4m左右開始顯著下沉，第二階段觀測(cè)點(diǎn)在工作面后方6m左右開始顯著下沉，第三階段和第四階段觀測(cè)點(diǎn)在工作面后方8 m左右開始顯著下沉。各點(diǎn)在工作面后10～20m處左右，處于變化活躍期；距工作面煤幫40m時(shí)，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

充填工作面于2009年1月3日回采結(jié)束，通過觀測(cè)巷測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)，充填試驗(yàn)面回采結(jié)束一個(gè)月后，各測(cè)點(diǎn)沒有出現(xiàn)明顯的變化下沉。

5 漿體擴(kuò)散范圍

在探巷內(nèi)向老采空區(qū)打設(shè)垂直鉆孔（見圖3），并采用鉆孔攝像機(jī)對(duì)老采空區(qū)內(nèi)的漿體灌注情況進(jìn)行觀測(cè)。第一探巷共施工3個(gè)探孔，孔深分別為24.60m、25.35m和19.0m，距煤層頂板的距離分別為27.0m、22.11m和20.37m；第二探巷共施工3個(gè)探孔，孔深分別為24.60m、25.35m和24.1m，距煤層頂板的距離分別為19.061m、22.11m和20.66m。

探孔1－1孔深至9.8m時(shí)，有超高水材料固結(jié)體，充填于上下兩巖層之間，至孔深11.39～12.28m左右，有一縱向裂隙，超高水材料固結(jié)體充填于縱向裂縫中，充填密實(shí)，至13.38～15m之間，有很多的固結(jié)體存在與縱向裂隙與破碎的巖石之間，至16.38～20.4m之間，可以明顯地看到有大量的固結(jié)體充填于巖層離層裂隙之間，同時(shí)還有小塊的矸石被漿體膠結(jié)包裹，至20.68～21m處，有大量固結(jié)體充填于矸石及其與巖層的裂縫之間。其它探孔與第一探孔的揭露情況基本一致。

鉆孔取出的超高水充填材料固結(jié)體芯明顯顯示，充填密實(shí)，與圍巖固結(jié)情況良好。

6 結(jié)論

（1）超高水材料開放式充填是一種采充效率較高的充填方式，充填不影響采煤進(jìn)度，是煤礦充填常規(guī)化開采的手段之一。

（2）通過對(duì)工作面的礦壓觀測(cè)來看，超高水材料開放式充填能夠較好地控制工作面礦壓顯現(xiàn)程度，較好地控制上覆巖層的移動(dòng)、斷裂和破斷。

（3）通過對(duì)充填工作面老空區(qū)進(jìn)行觀測(cè)可以得知，超高水材料漿體的灌注性能優(yōu)越，大小裂隙都能得到較好地填充，能夠保證足夠的充填率，得以控制地表下沉程度。

［1］ 楊富禹.煤礦綠色開采技術(shù)實(shí)踐［J］.中國(guó)煤炭，2009（12）

［2］ 錢鳴高，許家林等.綠色開采的理念與框架［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2007（7）

［3］ 錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術(shù)［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（4）

［4］ 馮光明，丁玉.超高水充填材料基本性能試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（7）

On strata behavior during open filling mining with ultra－h(huán)igh－water material

Hu Haijiang1，Li Yongyuan2，F(xiàn)ei Siguo3
（1.Jizhong Energy Handan MIG，Handan，Hebei 056000，China；2.Taoyi Coal Mine，Jizhong Energy Handan MIG，Handan，Hebei 056000，China；3.Heze Energy and Chemical Co.，Ltd.，Yangzhou Coal Mining Co.，Ltd.，Heze，Shangdong 274000，China）

In Taoyi Mine，there exists a problem of"three unders"mining.In order to explore the dead"three unders"coal resources，Taoyi Mine adopts ultra－h(huán)igh－water material to fill the goaf.The slurry water volume of ultra－h(huán)igh－water material reaches 95%～97%，so it has good perfusion characteristics.The open filling with ultra－h(huán)igh－water material can reach higher filling rate.The results of strata control observation by excavating roadway，drilling and other means for observing the filling effect show that this technique can alleviate the strata behavior degree，and the slurry can be grouted in fissures in old goaf and around gangue，and it has a good cementation effect.

fully mechanized mining face，open filling mining，ultra－h(huán)igh－water material filling，strata behavior

TD823.7

A

胡海江（1956－），河北武安人，冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)副總工程師、工程碩士、高級(jí)工程師，從事煤礦充填開采、生態(tài)礦山建設(shè)工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）