李志平

摘要：我國建筑物下的采煤研究技術(shù)從上世紀60年代就已經(jīng)開始，先后在本溪、撫順、鶴壁等煤礦區(qū)進行了試驗，并且取得了成功的經(jīng)驗，但是隨著煤礦的進一步開采，地上建筑物受到了安全威脅。本文分析了建筑物下采煤的現(xiàn)狀，以及充填采空區(qū)方法的分類研究。

關(guān)鍵詞：建筑物；壓煤采空區(qū)；充填方法；研究

目前，隨著生產(chǎn)技術(shù)不斷進步以及社會的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，煤炭作為主要能源，正大量的從地下開采，煤炭從地下開采出來以后上方的建筑物就失去了支撐，巖體原有的支撐力被抽離，使平衡狀態(tài)受到了破壞，引起采礦區(qū)的周圍建筑物變形、位移甚至遭到破壞，采空區(qū)達到一定的范圍以后就會導(dǎo)致建筑物變形倒塌。

一、建筑物下采煤現(xiàn)狀

國外發(fā)達國家的壓煤開采比較早，采煤的技術(shù)也比較先進，主要采用的方法是：地上加固維修、井下充填、條帶式和房柱開采等方式，目前建筑物下開采技術(shù)最先進的是波蘭。我國從上世紀五十年代開始研究建筑物下開采煤礦，并且使建筑物不搬遷的技術(shù)，前期主要是學(xué)習(xí)和引進外國的先進技術(shù)以及經(jīng)驗，從六十年代我國開始逐漸的自己研究壓煤開采的技術(shù)，目前主要運用的技術(shù)有以下幾種：條帶開采、留設(shè)保護煤柱、房柱式開采、離層注漿開采、跳采[1]。

二、采空區(qū)充填方式分類研究

（一）膏體充填方式

膏體充填的方式就是把煤礦區(qū)附近的粉煤灰、煤矸石、風(fēng)積沙、河沙、劣質(zhì)土以及工業(yè)爐渣等，在地上進行加工制作成不需要脫水的膏狀物體，使用重力加壓或者充填泵，將管道輸送到地下，適當?shù)膶Σ煽諈^(qū)進行充填。

與金屬礦山的膏體采空區(qū)充填相比，膏體充填方式的特點有以下方面：采煤與充填在一個工作面上，充填體的構(gòu)造方式和金屬礦山的構(gòu)造方式不同，煤礦填充需要使用專門膏體隔離支架；對采空區(qū)進行充填的材料要求強度不同，煤礦充填以后很短的時間內(nèi)就要求充填體進行承載重量；由于煤礦膏狀填充方式的材料主要是劣質(zhì)土、低質(zhì)量的粉煤灰等低級材料，導(dǎo)致充填材料差，質(zhì)量波動較大。

比較常用的膏體充填系統(tǒng)主要有以下幾個方面：泵送系統(tǒng)，配料制漿系統(tǒng)、工作面充填系統(tǒng)。泵送系統(tǒng)就是采用充填泵把填充材料通過充填的管道運送到井下進行填充工作；配料制漿系統(tǒng)就是粉煤灰、煤矸石、膠結(jié)料、水和工業(yè)爐渣等混合在一起制作成膏體填充液漿；工作面充填系統(tǒng)是將膏體材料填充到采空區(qū)。

膏體充填的優(yōu)勢主要有：密實度高、漿料流動性強、充填體的輕度高等優(yōu)點，所以對建筑物破壞以及地表塌陷的控制性好，但是膏體充填的成本較高。

（二）矸石充填方式

矸石的充填方式是利用重力、機械、風(fēng)力等動力將充填的材料輸入或者拋入采空區(qū)的充填采煤方式，根據(jù)充填料充填采空區(qū)的動力進行劃分，矸石充填的方法包括自溜充填、人工充填、機械充填以及風(fēng)力充填等[2]。充填系統(tǒng)的充填料是以矸石和沙子為主要填充物，一般情況下不需要加入其它的添加劑。人工矸石的填充因為生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)能力小、勞動強度大，所以在填充時很少使用這種填充方法，矸石充填方式的自溜充填方式只有在緊急情況下才會使用。

普通機械化的矸石充填方式的特點是經(jīng)常采用專門的機器將矸石拋向采空區(qū)進行填充。2006年我國新汶礦業(yè)開始試驗和使用這種充填方法，這種充填方法是利用井下礦石填充采空區(qū)，填充的系統(tǒng)簡單，裝備投資較少，經(jīng)常在煤層薄的礦區(qū)使用。

綜合的矸石充填方式是指在綜合的機械化采煤作業(yè)上面同時實現(xiàn)綜合機械化矸石填充方式。矸石填充方式的實現(xiàn)主要技術(shù)難點就是解決實施充填空間、充填的通道以及充填的動力問題。這種技術(shù)可以實現(xiàn)在同一個液壓支架上掩護采煤與填充作業(yè)，并且采煤運煤的布置方式與傳統(tǒng)的綜合采煤完全相同，為了實現(xiàn)矸石從地面上運轉(zhuǎn)到充填工作面的連續(xù)高效填充，布置一個充填運輸系統(tǒng)即可。

（三）超高水材料充填方式

超高水材料是一種膠凝材料，它的全稱是高水速凝固結(jié)材料，組成方式主要是由A、B兩種材料混合而成，A主要是指鋁土礦、石膏等獨立煉制而成的主料、復(fù)合超緩凝的分散劑結(jié)合而成，B料是指由石灰、石膏混合磨制成的主料加上小量復(fù)合速凝劑組成，這兩種材料以1：1的混合使用，有95%—97%的水體積，用水量高，初次凝結(jié)的時間是30分鐘到90分鐘，最終凝結(jié)強度為0.5—1.0MPa，并且生成的固體不會收縮，也不會遭到壓縮，是一種理想的填充采空區(qū)材料[3]。

與其它的填充技術(shù)相比較，超高水材料的充填方式有以下幾種優(yōu)點：由于用水量較高，所以需要的固體材料很少，一方面克服了填充采礦區(qū)缺乏固體材料的問題，另一方面又簡化了其他的填充技術(shù)所需要的龐大填充系統(tǒng)；由于不需要太多的固體材料，基本上不會影響礦井運輸；填充時所需要花費的資金少，充填漿料的流動性好，不容易堵塞，工作巖石面不漏水滲水[4]。超高水填充方式的缺點是抗風(fēng)化性能差、抗高溫的性能低、充填材料不利于長期的穩(wěn)定。

超高水的填充法主要包括以下幾種方式：開放式填充法、袋式填充法、混合式填充法。開放式的填充法是指在仰斜的開采條件下，不對采空區(qū)做任何調(diào)控，利用超高水的材料漿液將采空區(qū)充滿，凝固后的充填體與周圍的巖層來控制地上建筑物的安全；開放式的填充優(yōu)點是開采與充填互不影響，產(chǎn)量不受填充影響，工藝簡單，不需要改工作面的支架，充填的速度快，對充填人員的需求小，勞動量低，方便組織和管理。袋式的填充法是指將超高水材料的漿液通過管路預(yù)先在采空區(qū)設(shè)置充填袋內(nèi)，使用凝固以后的填充體控制采空區(qū)的巖體活動?；旌鲜降某涮罘ㄊ侵笇㈤_放式的填充和袋式填充相融合，采空區(qū)部分采用袋式填充，只需要保證頂板在短期內(nèi)不斷就可以，工作面推進一定的距離以后用填充袋將采空區(qū)沒有填滿的部分封閉，然后向里面置入超高水漿液，這種混合充填法也是適合在兩巷沿空留巷[5]。

三、建筑物下開采發(fā)展趨勢

當前在國內(nèi)采取的主要方式是使原地重建抗打擊抗變形的建筑物，在村莊下部分開采，實施預(yù)先墊置矸石等措施，在建筑物下開采時普遍運用，異地搬遷與就地重建相比，就地重建減輕了因村莊集體搬遷給征地的煤礦企業(yè)帶來的經(jīng)濟壓力，對解決建設(shè)用地和耕地用地的積極利用土地有現(xiàn)實的意義[6]。同時，采用抗變壓型的樓房技術(shù)處理可以給建筑物拆遷、搬遷、重新規(guī)劃等建設(shè)帶來新方向引導(dǎo)，有效的改善居民居住條件，提高居民的生活水平。

結(jié)語：

目前因為我國開采煤礦的環(huán)境問題越來越嚴峻，建議規(guī)定地面磚混結(jié)構(gòu)來保護建筑物與地表變形指標的體系，作為充填開采地面建筑物變形的控制指標，綜合考慮地質(zhì)的采礦條件以及地表的移動規(guī)律，避免過度的充填，會造成浪費充填材料并且增加生產(chǎn)成本，確保建筑物下安全開采。

參考文獻：

[1]馮光明，王成真，李鳳凱，韓曉東，周振，連小林.超高水材料開放式充填開采研究[J].采礦與安全工程學(xué)報，2010，04：453-457.

[2]周振，馮光明，張明，夏文營，王成真.超高水材料分段阻隔式充填開采研究[J].中州煤炭，2011，02：10-12.

[3]周振，馮光明，王成真，夏文營.近水平淺埋煤層超高水材料充填工藝與方法[J].山西焦煤科技，2011，02：21-24.

[4]周華強，侯朝炯，孫?？?，瞿群迪，陳德俊.固體廢物膏體充填不遷村采煤[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，02：30-34+53.

[5]許家林，朱衛(wèi)兵，李興尚，賴文奇.控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術(shù)研究[J].采礦與安全工程學(xué)報，2010，01：6-11.

[6]張弛，范德強，陳昱，陳善剛，付煜.香爐山鎢礦高大采空區(qū)充填回采方法優(yōu)化研究[J].有色金屬工程，2014，03：59-61.