高水材料充填处治采空区技术★

2015-05-23王东

山西建筑 2015年19期

王东

(四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川成都 610041)

1 采空区对高速公路的危害

采空区对高速公路主要的危害包含以下几个方面:采空区引起路基沉降，造成路基路面开裂，导致道路等级降低，或造成路面低洼积水，路面浸渍破坏;采空区失稳冒落，使地表产生裂缝、陷坑和台阶等;地表倾斜致使路面坡度发生变化，导致高速行驶车辆的重心产生偏移，弯道处侧翻事故频发;地表的水平变形和曲率使路面因受拉而开裂或因压缩而隆起，导致路面发生波浪起伏以及路面与路基间发生离层;此外，采空区对桥梁、隧道工程的危害同样非常严峻。

2 采空区传统充填技术

传统充填技术主要有以下几种［1］。

2.1 干式充填

通过天井用矿车或人工将充填材料送到采场进行充填。干式充填系统的作业环节多，充填能力较弱，且粉尘大，充填体不能完全充满采空区;但该方法投资少。目前有些矿山用铲运机等机械化生产方式［2］。

2.2 水力输送充填

水砂充填的材料主要是脱泥尾砂或天然砂，与水混合成浓度均匀的砂浆(一般充填料浆的固体质量浓度低于70%)，利用自然压头或泵压，通过管边或与管边相接的钻孔，把充填料输送到需要充填的回采工作面。水力充填分为水力胶结充填和水力非胶结充填两种。

2.3 条带开采

条带开采因采出率低、巷道掘进率高，且对地面的减沉效果不佳，因而应用的范围有限。

2.4 膏体充填

膏体充填充填材料是使用全尾砂或全尾砂与碎石的混合料。可以减少井下充填带来的污染及排水费用，同时，充填体强度高且水泥消耗量小，一定程度上降低了充填成本;充填体易于接顶，有利于采场围岩的稳定和采矿作业安全性［3］。膏体充填工艺系统构建相对复杂，初期投入大，充填管道易于堵塞，固体集料需求量大。

3 高水材料充填采空区技术

在地面建立充填站，将超高水材料(A料和B料)在地面配制成两种以水为主要成分的具有高流动性的浆体(水含量95%以上)，通过管路输送到井下，在即将进入充填区之前进行混合，并添加少量特制材料(A+料、B+料)，倒入充填袋来进行充填，使其达到充填效果。

下面以河北省邢东煤矿1126工作面为例，介绍高水充填材料处治采空区的原理及效果。

3.1 充填工艺

做法:将开采工作面用隔板支架分成多个区域，沿平行工作面方向布置多个充填包，包与包间空一个支架，具体情况如图1所示。

图1 高水材料袋式充填工作面布置示意图

3.2 临界充填厚度计算

在充填开采中，直接顶厚度计算公式为:

其中，d为充填体厚度，m;SA为基本顶不断裂情况下最大允许沉降值，一般采场为0.15 m～0.25 m;∑h为直接顶厚度，此处依地层情况为5.57 m;M为采高，此处为4.5 m。

式(1)变形得到:

通过计算，求得临界充填厚度为3.0 m。

3.3 顶板岩层移动规律

运用FLAC3D对不同推进距离时直接顶岩层和老顶岩层的破断规律进行了计算，文中仅列出推进120 m和240 m两种工况。

1)直接顶岩层—推进120 m时见图2。

2)老顶岩层—推进240 m时见图3。

采用充填方法处理采空区，直接顶岩层在推进距离达到120 m左右时才开始出现大量的破坏和屈服区域，此后随推进距离的增加，破坏范围和程度进一步增大;老顶岩层在推进240 m左右时才开始出现大面积的破坏和屈服，主要集中在煤体与两巷交界处，老顶的最大下沉量在6 cm～8 cm左右，标志老顶未发生明显破断或者垮落。