胡乃鳳

摘 要：充填法開采地表移動具有其特殊規(guī)律性。本文得到充填開采條件下的地表移動角量參數(shù)、動態(tài)變形參數(shù)和預計參數(shù)等、驗證井下充填開采的實際效果以及小變形對地面建筑物的影響特征等，為評價未來充填開采地表塌陷程度及建筑物損壞等級提供技術參數(shù)，為煤礦的安全生產、完善充填開采方法、土地復墾與建筑物維護提供科學依據(jù)。

關鍵詞：充填開采法;地表移動角量參數(shù);觀測線;動態(tài)變形參數(shù);地表沉陷

一 ?礦井概況

五溝煤礦位于安徽省濉溪縣五溝鎮(zhèn)境內，井田面積為15km2，地質儲量1.25億噸。五溝煤礦揭露的地層有奧陶、石炭、二疊、第三和第四系，其中含煤地層為石炭和二疊系，石炭系煤層薄而不穩(wěn)定，且煤質量較差;二疊系含煤地層總厚度為970m，煤厚度約為15.27m，主采煤層72、81、82、102總厚10.69m，占可采煤層的70%。五溝礦地下水含水層段可劃分為第三、四系松散層孔隙含水層、二疊系煤系砂巖裂隙含水層和煤系下伏灰?guī)r巖溶裂隙含水層，并且各個含水層內對應有相應的隔水層組。在各個含水層中，煤層底板灰?guī)r水對礦井存在潛在危險最大，由于隔水層厚度較大，在正常情況下下覆灰?guī)r水不會發(fā)生突水，但遇到斷層以及煤田陷落柱導水時，發(fā)生灰?guī)r水進入礦坑造成突水的危險性極大。本次研究對象CT103工作面作為充填開采第二個工作面，位于南一采區(qū)東翼。工作面南起集中運輸巷上段，西鄰CT101工作面，向東靠近1011-3鉆孔，北鄰DF102斷層。工作面機回采長度387m，傾向長度68m。該工作面10煤層厚度在1.33～3.0m之間，平均2.6m。機、風兩巷10煤層傾角為4°～12°，平均傾角α=5°。采用走向長壁充填采煤法，綜合機械化采煤。工作面掘進水文地質條件較復雜，本區(qū)有“四含”水，其中四含巖性復雜，泥質含量高，滲透性差，補給條件較差，直接覆蓋在煤系地層之上，而與上覆一、二、三含水層無直接水力聯(lián)系10煤下約30.47m為11煤層位，10煤層下距太原組一灰間距為48.6～51.2m，平均間距49.8m。

二 ?地表移動觀測站設置

根據(jù)觀測站設計原則，在CT103工作面上方地表布置兩條觀測線和廟前村莊網(wǎng)狀監(jiān)測站。包括： 走向觀測線、傾向觀測線和廟前村網(wǎng)狀監(jiān)測站。走向觀測線長1200 m，工作點47個，點間距為25m;傾向觀測線長775 m，工作點31個，點間距為25m。廟前村莊監(jiān)測站：不顧及走向和傾向觀測線上的觀測點，在廟前村地表另布設了37個監(jiān)測點。由所收集淮北礦區(qū)地表移動規(guī)律資料

其中 ? ?——松散層移動角;γ、βγ 、β ——上、下山移動角;δ——走向移動角;α——煤層傾角;m——煤層平均厚度;h——松散層厚度;H0——回采工作面平均開采深度。調整Δβ、Δγ、Δδ 取20°。以剖面法求得走向和傾向觀測線長度分別為1200m和775m，共計1975m。觀測時間見表1。

三 ?CT103工作面地表移動觀測站參數(shù)

地表移動參數(shù)指的是主斷面上的參數(shù)。這些參數(shù)大都是根據(jù)走向和傾向主斷面上觀測線的實測資料求得。對于位于主斷面上的觀測線，可以按照傳統(tǒng)的幾何作圖法來求出這些參數(shù)。但由于受地質采礦條件及地形地物的影響，很多觀測線不能布設在主斷面上，并且觀測線也可能與主斷面不平行。五溝煤礦CT103工作面的走向和傾向觀測線均未布設在主斷面上。

3.1 動態(tài)參數(shù)

起動距指地下開采的影響到達地表后，當?shù)乇硐鲁吝_到10mm時的工作面的推進距離，根據(jù)實測資料得到起動距等于36m。

3.2 角量參數(shù)

由于CT103工作面地表觀測站測點丟失、破壞較嚴重，角量參數(shù)無法求得。

3.3 預計參數(shù)

1）等價采高

對于固體密實充填開采概率積分法預計模型，采高的選取是否適當，直接決定地表沉陷預計結果是否穩(wěn)健。固體充填的采高計算主要基于等價采高原理，即把固體充填開采的覆巖有效移動空間等價成薄層開采。

等價采高影響因素如下：

（1）頂?shù)装逡平?/p>

在固體充填實踐中，采空區(qū)的充填相對于長壁工作面的回采總具有一定的滯后性，因此充填前，在大結構的作用下，液壓支架總會產生一定的壓縮量，進而頂?shù)装逍纬梢欢ǖ囊平?，減小了固體充填的空間?？迓溟_采由于支架的工作阻力不足，頂?shù)装宓囊平窟_到了500mm以上。對于固體充填開采而言，由于綜采支架增加了后頂梁，提高了支架工作阻力，支架由被動支撐改為主動支撐，控頂內頂板的移近量得到的有效控制，根據(jù)目前的實測資料表明充填前頂?shù)装逡平考s為100mm?？紤]到實際使用效果，取頂?shù)装逡平繛?00mm。

（2）采空區(qū)充實率

采空區(qū)固體的充實率直接影響覆巖的有效移動空間，充實率越大巖層移動的空間越小，相應的覆巖破壞高度越低，地表沉陷控制效果好，反之則效果越差。

固體充填體為散體具有一定的流動性，早期的采空區(qū)固體充填總存在較大的欠接頂距，充實率較低，沉陷控制效果差，下沉系數(shù)一般在04～0.5左右。由于綜采支架安裝了夯實機構，在考慮頂?shù)装逡平康那闆r下，采空區(qū)的固體充實率可以達到100%。

（3）充填體初始壓實率

對于固體密實充填來講，覆巖的有效移動空間主要取決于固體的壓實率，初始壓實率越大，巖層移動變形和地表沉陷控制效果越好。

目前的六柱式自夯實第四代充填液壓支架，在充填過程中的夯實壓力可以達到2Mpa，根據(jù)實驗室矸石體的壓縮實驗結果，采空區(qū)充填體矸石的初始壓實率可達到85%～90%，大大縮減了覆巖的有效移動空間。

（4）機械設備、人工因素

2）下沉系數(shù)

下沉系數(shù)為充分采動條件下地表最大下沉值與煤層采高的比值，即：