李沟矿充填减沉工程实施技术研究

郭高川

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001）

李沟矿充填减沉工程实施技术研究

郭高川1，2

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001）

针对李沟矿的开采实际情况，进行了特殊开采方案设计，并对方案的充填方法、材料等设计参数进行了选择，最后确定了具体的充填方案。

开采工作面；全部垮落法；充填开采；采空区

1 工程背景

李沟矿首采工作面开采过程中，采用全部垮落法管理顶板，首采工作面开采后的地表移动变形不能确保对建筑物的影响要求。为了解决目前所遇难题，进行了特殊开采设计方案，通过在井下采空区采取有效的充填措施，减少了地表下沉及变形，达到了保护地面建筑物的目的。

2 采空区充填方法及材料选择

1）工作面井下采空区充填方法的选择：采空区充填方法有：水沙充填、高水材料充填、人工充填等。本矿目前的条件因素无法实现前两种方法，只有选用井下人工充填的方法。

2）采空区充填材料的选择：采空区充填材料有：钢筋混凝土和料石，混凝土预制块；在井下砌筑条带型支撑结构，可达到减缓地面下沉的目的。根据煤矿支护质量要求，料石的抗压强度不低于30M P a，混凝土预制块不低于150号（15M P a），钢筋混凝土可按设计要求构筑，现浇混凝土标号不低于100号（10M P a）。综合考虑上述情况认为：井下施工应选用料石依据李沟矿实际情况，可选择石灰岩或砂岩类料石。

3 井下采空区砌筑条带范围（尺寸）的分析

确定采空区砌筑条带的范围时，需要考虑3方面：保证在工作面推进过地面目标物之前，就要有一定的防护距离（L1）；开采工作面采过地面目标物后，还需有一定的防护距离（L2）；考虑工作面长度方向倾斜移动盆地的影响，也必须存在一定距离的砌筑防护带（L3），开采工作面保护充填范围的确定示意图，见图1。

图1 开采工作面保护充填范围的确定示意图

3.1 地面建筑物前、后方保护距离（L1、L2）的确定

在开采工作面地质采矿条件下，前方采动影响距离（或影响半径）为183.89m；原留设煤柱边界线与运输巷道交点位置，沿工作面推进方向距地面第一栋建筑物的距离为63.61m，而第一栋建筑物和最突出建筑物角点的距离为101.86m，故此值应为165.47m；为此综合考虑确定前方需要进行条带施工的超前距离；此为地面最靠近采空区（即突出部分）目标物的推进距离。

工作面开采过最突出建筑物的角点后，原煤柱留设边界线和运输巷道角点的距离（沿工作面推进方向）为98.47m；为此需要设置的保护范围(充填条带距离)即取为L2=100m；该距离参数为地表目标物最靠近工作面采空区的突出点位置与最后停止砌筑充填条带的距离。

总之，在工作面推进方向上，砌筑料石充填条带的初始位置，从距WJ X目标最突出角点的距离为165m，停止砌筑的位置为过此点后的100m以外。其总共施工距离为265m。

3.2 地面建筑物侧向保护距离（L3）的确定

结合工作面前方地表贯通性裂缝的实测分布情况，一般在工作面前方45.8m，而侧向为28m。据此，初步确定砌筑条带范围在倾斜方向的长度为50m；如果考虑倾斜方向的移动盆地的地表变形影响，在砌筑条带长度（50m）再加上10m煤柱的情况下，其总范围为60m；这样地表移动的控制参数为：倾斜：i=±4.062m m/m>3m m/m；曲率：k=±6.299×10-5/m＜＜±0.2×10-3/m； 水 平 变 形 ：ε=±2.8903m m/m>2m m/m。

这些变形数值与临界数值差别不大，基本符合保护地表目标物的要求，无大的损坏发生。若把采高控制在2-2.5m范围内，地面的建筑物就不会受到开采影响，为此可选砌筑条带的长度为50m。

4 砌筑充填带的形式以及技术参数设计

4.1 砌筑条带的形式及配合充填模式

从砌筑方便和安全角度考虑，拟构建平行于工作面煤壁方向的矩形条带，并在条带与条带间留有一定宽度的施工和维护通道，当两条通道施工完成后，使用铲车或翻斗车，运送矸石充填通道，以增加充填条带的稳定性；还需在通道内架设一定间距的木垛支护顶板，以提高施工期间和开采后的顶板稳定性。

4.2 砌筑充填条带的尺寸参数

1）设计的原则：料石带宽度，应以砌筑的条带宽度足以长期有效地支撑住8号上煤层的顶板，不发生条带宽度的失稳破坏为总体原则，同时考虑前期条带施工和后期矸石充填的方便性等因素。条带间的宽度，一般应满足小于采深的1/3，应保证不使地表出现明显的波浪状下沉盆地；顶板坚硬、厚度大、不易冒顶时，条带按照单向受力状态设计；若顶板能冒落充填满采空区，则按三向应力状态设计；设计的条带宽度不宜太窄，以保证稳定性，宽高比应大于2。

2）充填(料石)条带宽度的计算：对于李沟矿8号上煤层顶板条件，依据施工期间顶板支护及铲车充填方便的原则，可先定条带间宽度B1为6.0m，则完全支撑住覆岩顶板，按照单向受力状态计算，需要的充填带厚度为

从中解出B后，考虑安全系数n=2，需要的砌筑条带宽度B为

再将B1=6.0m，H=136.32m，γ=0.026M N/m3，[σ]石=20M P a，带入上式可得条带宽度为B≥2.49m。

按照一般的砌筑条带设计，在采高为2.5m-3.0m的情形下，2.49m的条带宽度是不能确保充填带长期稳定的，应使其宽高比大于2，为此可取砌筑充填条带的宽度为B=6m。因条带之间的间隔宽度B1=6m，其B

从采空区顶板垮落稳定性及通道维护、施工方便的角度综合考察，建议使用采高2m，条带宽度4m，间隔宽度4m的条带施工技术参数。

5 结束语

上述确定的充填开采方案，地表目标建筑物会更安全，不会发生移动所引起的变形破坏。

参考资料：

[1]何国清，等.矿山开采沉陷学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1991：298.

[2]国家煤炭局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[S].2000:111-112.

[3]邢福康，等.煤矿支护手册[M].北京：煤炭工业出版社，1993.

Study on Filling Engineering to Reduce Surface Subsidence oFLigou Mine

GUO Gao-chuan1，2
(1.Taiyuan University of Technology, Taiyuan Shanxi 030024;2.Taiyuan Design Research Institute for Coal Industry, Taiyuan Shanxi 030001)

On the ground of mining practice in Ligou Mine, a specific mining design was adopted.Filling methods, materials and other parameters were selected and the final filling scheme was determined.

mining face; full collapsing method; filling mining; mined-out area

TD 853.34

A

1672-5050（2011）10-0048-03

2011-06-14

郭高川（1978—），男，山西临汾人，在读工程硕士研究生，工程师，从事特殊采煤设计、岩层控制、矿山建设监理工作。

刘新光