丁家渠煤礦充填開采方案

曹野

摘要：丁家渠煤礦為一證照齊全生產(chǎn)礦井.丁家渠煤礦現(xiàn)開4-2號薄煤層，井下生產(chǎn)期間回采工作面將產(chǎn)生大量的煤矸石，井下生產(chǎn)的矸石直接運(yùn)往臨時排矸場，多年堆積的矸石目前已無地方存放，且近年來隨著國家環(huán)保約束的加大，地面不允許新征用土地建設(shè)矸石山且外排矸石需繳納排污費(fèi)，丁家渠煤礦所排矸石急需處理。

關(guān)鍵詞：丁家渠;煤礦充填開采;方案

引言

根據(jù)國家能源局財政部國土資源部環(huán)境保護(hù)部關(guān)于印發(fā)《煤礦充填開采工作指導(dǎo)意見》的通知（國能煤炭〔2013〕19號）文件提出的實(shí)施要求：充分利用煤矸石。既有煤礦已經(jīng)排放的煤矸石等固體廢棄物不得在地面長時間堆存，要積極開展綜合利用，重點(diǎn)用于保安煤柱、邊角殘煤置換開采和建筑材料生產(chǎn)。丁家渠煤礦擬提出利用礦井生產(chǎn)的矸石對4-2煤工業(yè)場地及包府公路壓煤進(jìn)行充填開采。

1地表建（構(gòu)）筑物抗變形能力分析

地下開采對地表房屋等建（構(gòu)）筑物損害主要由采動在垂直方向移動變形（下沉、傾斜、曲率、扭曲）和水平方向移動變形（水平移動、拉伸與壓縮變形）造成，不同性質(zhì)的地表移動變形對地表建（構(gòu)）筑物的影響是不同的，一般磚木、磚混結(jié)構(gòu)平房或變形縫區(qū)段長度小于20m的兩層樓房、村莊磚瓦民房屬于Ⅲ級保護(hù)等級。《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》（2017年版）給出了長度或變形縫區(qū)段內(nèi)長度小于20m的磚混結(jié)構(gòu)建筑物受地表移動變形影響的損壞等級，如果地表變形值中水平變形小于2.0mm/m、曲率小于0.2×10-3/m、傾斜小于3.0mm/m，則長度小于20m的磚混結(jié)構(gòu)建筑物的損壞等級為I級，建筑物的損壞程度為輕微損壞，墻體上的采動裂縫寬度1～2mm，最大不超過4mm，累計裂縫寬度不超過10mm，此時不需要對建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理或者進(jìn)行簡單維修即可滿足建筑物安全使用要求。

2充填區(qū)域地表建（構(gòu)）筑物設(shè)防指標(biāo)確定

2.1地表建筑物損壞指標(biāo)確定

方案擬進(jìn)行充填開采的區(qū)域均位于主水平，均開采4-2號煤層。井田范圍內(nèi)4-2號煤層上覆巖層從老至新由侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）的砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖互層及第四系組成。4-2號煤層位于侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）的第三巖段的中部，發(fā)育于井田內(nèi)畢魯圖溝西部，其余部分在井田內(nèi)因遭受剝蝕而缺失，少部分因煤層自燃而形成火燒區(qū)。第四系厚度約占地層總厚度的20%;基巖厚度約占地層總厚度的80%。第四系主要由黃土、風(fēng)積沙和沖洪積物組成，為軟弱巖層;基巖主要由各粒度細(xì)粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及中粒砂巖互層組成，其中砂質(zhì)泥巖含粉砂質(zhì)，半堅硬狀，易風(fēng)化;細(xì)粒砂巖呈厚層狀，層理不發(fā)育，較軟;中粒砂巖無層理，呈厚層狀，半堅硬;粉砂巖分選好，磨圓度中等，半堅硬。總體評價上覆巖層為中硬偏軟的巖性結(jié)構(gòu)。建筑物受開采影響的損壞程度取決于地表變形值的大小和建筑物本身抵抗采動變形的能力，最終結(jié)合《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》規(guī)定。按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》建筑物等級劃分及保護(hù)要求，丁家渠煤礦工業(yè)廣場保護(hù)煤柱對應(yīng)地表建（構(gòu)）筑物屬于Ⅰ、Ⅱ級保護(hù)要求，當(dāng)采動影響在Ⅰ級（水平變形值小于2mm/m）左右時，部分建（構(gòu)）將產(chǎn)生裂縫，預(yù)計裂縫寬度多在1～4mm，多條裂縫之和小于10cm，故將工業(yè)廣場建（構(gòu)）筑物水平變形不大于2mm/m作為丁家渠煤礦工業(yè)廣場地表建（構(gòu)）筑物臨界設(shè)防指標(biāo)。

2.2公路損害指標(biāo)確定

公路是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施，是交通體系的重要組成部分。地下開采將對公路造成一定的影響，使公路路面損壞、坡度改變等等，必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。高等級公路是國民經(jīng)濟(jì)的動脈，屬于延伸長度大的線性構(gòu)筑物，由于車輛的運(yùn)行速度高、密度大、運(yùn)量大，對開采沉陷損害極為敏感，如地表沉陷會導(dǎo)致路面低洼而積水，傾斜將導(dǎo)致行駛車輛重心偏移對高速行駛車輛造成危害，水平變形和曲率增大使路面因拉伸而開裂，或因壓縮而隆起，導(dǎo)致路面波浪狀起伏等。依據(jù)高等級公路的技術(shù)指標(biāo)和開采損壞特點(diǎn)，分析高等級公路在開采影響下的破壞機(jī)理，提出高等級公路的設(shè)防指標(biāo)和相應(yīng)的防護(hù)措施。

2.3表移動變形預(yù)計方法

采動沉陷的計算方法可以選用典型曲線法、負(fù)指數(shù)函數(shù)法、概率積分法等，其中概率積分法是最常用的方法。概率積分法是把地下開采引起的巖層移動過程看作是一個隨機(jī)過程，用概率論的方法建立由地下開采單元引起的地表下沉盆地表達(dá)式并假定巖層移動過程符合迭加原理從而利用積分方法建立地表移動下沉盆地的計算公式。我國自20世紀(jì)90年代在地表移動計算領(lǐng)域引入概率積分法預(yù)計地表采動影響以來，在我國的大多數(shù)礦區(qū)獲得廣泛應(yīng)用，概率積分法是納入《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的地表移動計算方法。

2.4矸石充填工藝過程

矸石充填工藝是在采煤機(jī)割煤完成后進(jìn)行，工藝過程如下：（1）每班按照正規(guī)循環(huán)割煤，然后停止割煤，遷移矸石充填機(jī)的機(jī)頭與機(jī)尾，檢查充填系統(tǒng)的完好情況，準(zhǔn)備充填工作。（2）首先起動工作面自壓式矸石充填機(jī)，然后依次起動回風(fēng)順槽巷內(nèi)、井下輸矸巷內(nèi)矸石輸送膠帶機(jī)進(jìn)行采空區(qū)矸石充填。（3）充填時采用矸石充填機(jī)機(jī)頭向機(jī)尾方向依次充填，即先打開自壓式矸石充填機(jī)機(jī)頭的第一個插板進(jìn)行“自由落體”充填階段、“自充搗實(shí)”階段，待此段矸石輸送機(jī)升至離支架尾梁200mm時，關(guān)閉第一個插板，打開第二個插板，重復(fù)上述工作，待插板全部完成上述兩個階段后，再同時打開全部插板，進(jìn)行“充分搗實(shí)”階段的工作。

3結(jié)語

煤礦充填開采技術(shù)在實(shí)踐的過程中，需要注意的是對技術(shù)進(jìn)行合理分析和應(yīng)用。該技術(shù)形式符合經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的原則，在實(shí)施中可提升煤礦企業(yè)的整體效益，在應(yīng)用過程中從煤礦生產(chǎn)全過程的生態(tài)礦山建設(shè)、建立完善的煤礦充填開采技術(shù)體系、“采選充留”一體化精準(zhǔn)充填開采技術(shù)等入手，進(jìn)行對應(yīng)的更新和落實(shí)，進(jìn)而促進(jìn)其進(jìn)步，保證區(qū)域采礦行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計研究院有限責(zé)任公司）