矿井部分充填开采技术

矿井部分充填开采技术
[摘要]部分充填开采技术，是一种绿色开采技术，它节能减排环保，是一种有利于可持续发展的技术，目前已在一些煤矿探索实验和应用并取得了一些成效。

本文主要阐述了矿井冒落区注桨充填开采技术、离层区注桨充填开采技术、覆岩离层分区隔离注浆充填开采技术等问题。

[关键词]矿井充填开采技术
中图分类号：td822 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）10-0207-01
部分充填开采技术，是一种绿色开采技术，它节能减排环保，是一种有利于可持续发展的技术，目前已在一些煤矿探索实验和应用并取得了一些成效。

1、矿井冒落区注桨充填开采技术
在覆岩存在典型关键层时，科学设计的采空区条带充填技术方案可取代条带开采方案，实施对开采沉陷的有效控制，提高煤炭采出率。

在覆岩没有特定关键层时，不适合采用此注浆充填开采技术，不然地表下沉变形值会明显增加。

科学布置充填工作面位置是条带开采冒落区注浆充填技术应用
的关键，它涉及采煤工作面的布置，决定着工作面的充填工艺。

常用的有两种充填工作面布置。

（1）随冒随充工艺技术
此工艺是把充填管道布置到采煤工作面冒落区底板，充填管随着
工作面的推进拖动前移，在顶板冒落矸石还没有压实前把非胶结性粉煤灰充填料浆压入矸石空隙，以减少覆岩和地表变形；此工艺还能在相邻工作面巷道布置钻孔，在工作面后方冒落区注浆。

此方案如图1所示。

在随冒随充的充填工作面应在支架靠采空区的一侧构筑能滤水的柔性模板，起隔离的作用，防止冒落区浆体流入采煤工作面。

这种工艺方案的优点是：充填工作面不用布置专用充填巷道和钻孔，施工量较少，工艺简单，冒落区充填容易，效果较佳。

这种工艺的缺点是：工作面采用仰采，充填与采煤干扰比较大，工作面脱水隔离设施复杂。

（2）条带开采冒落区封闭集中注浆充填工艺
冒落条带集中充填方案的实施过程和顺序为：从低向高开采，先采相对低的条带，再对较低条带实施封闭；利用较高的相邻条带机巷施工充填钻孔，向已开采条带冒落区充填粉煤灰等料浆，接着采出第二条带，利用第三条带机巷向第二条带冒落区充填粉煤灰等；再采出最上部的条带，要在上方煤柱内部打一条巷道向第一条带冒落区充填粉煤灰。

采用条带开采充填法的冒落区与长壁开采垮落法的冒落区被压实的情况，在冒落区内粉煤灰水力自流充填作业方便可行。

2、离层区注桨充填开采技术
采动覆岩移动时岩层层面出现分离，此离层在垮落带、裂缝带和弯曲带中出现，而垮落带、裂缝带中离层发育的时间较短而空隙逐
渐被压实闭合，弯曲带中通常离层范围较大、发育发展时间长。

离层注浆是：运用岩层移动过程中覆岩内导致的离层空隙，从地面布置钻孔将充填料浆液高压注入离层空间，使浆液与裂隙岩体黏结为整体，对离层空间的上覆岩层形成支撑，以减缓它的移动向地表传播。

向离层空隙中高压注入灰浆是利用较软岩层中的黏土质成分遇水崩解膨胀的特性，使岩层压裂充水后崩解，体积增加，充填离层空隙；还利用灰浆中的固结成分充填离层空隙限制或减少上覆岩层的弯曲，抑制地表的沉陷量、范围和速度。

离层带注浆减沉的主要作用机理，是支撑、是压实，减缓地表破坏程度。

3、覆岩离层分区隔离注浆充填开采技术
针对离层区注浆充填没有实现建筑物下采煤的问题，组合注浆充填与条带开采技术，覆岩离层分区隔离注浆充填开采技术。

按照关键层初次破断前允许的极限跨距确定工作面的合理长度，通过留设一定宽度自身稳定的分区隔离煤柱隔离各个工作面，使工作面上方的关键层保持稳定，使关键层下形成各个独立封闭的离层空间，确保充填材料注满离层区，充填体对关键层起到有效的支撑作用。

分区隔离煤柱与条带开采留设煤柱的不同在于，对分区隔离煤柱的宽度设计要求较低，只要能起到隔离离层空间作用并保持稳定。

离层区充填后的充填体可以起支撑作用，承载上覆岩层的部分载荷。

“离层区充填体、关键层、分区隔离煤柱”共同构成共同承载体，此技
术的适用条件是：在分区隔离工作面采长较大时，应确保关键层下的离层盆地实现充分采动，还可保证覆岩关键层不破断失稳。

4、某煤矿离层区注浆充填开采
（1）工作面条件
煤矿a工作面为该矿首采面。

沿走向布置工作面，俯斜开采；工作面长160m，推进总长580m，储量约为18万吨；煤层倾角10°～18°，平均采高2.7m，平均采深620m。

a工作面对应地表位置为一个中心村和矿区铁路，村庄人口约2000人，土木结构房屋约占60%。

迁村费用测算约为6800万元。

迁村会明显滞后影响矿井正常生产，还会带来社会问题，因此，决定首先在该矿a工作面进行离层区注浆充填不搬迁村。

（2）充填系统与工艺
离层区注浆充填系统如图2所示。

系统主要包括：物料运输，物料储存，给料，一级搅拌，二级搅拌和泵送等单元。

充填工艺流程为：把粉煤灰运送至地面注浆站储灰仓储存，用螺旋给料机送入一级搅拌桶配水搅拌，再通过二级搅拌池搅拌，之后由注浆泵通过注浆管路经钻孔注入覆岩内部的离层空间进行充填。

（3）充填效果
在工作面的上面布置两个注浆钻孔。

自注浆工程进行以来，系统运行稳定，在开采中，实现连续注浆。

到工作面开采结束，采煤效率较高。

工作面开采结束后实测地表沉量较小，取得理想的效果。

参考文献
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[5] 许家林等：条带充填控制开采沉陷的理论研究，煤炭学报，2007.2.。