連采連充綠色開采技術(shù)對地面變形影響的研究與應(yīng)用

文/劉樂平

（作者單位：山東能源新礦集團孫村煤礦）

（責任編輯：龐永厚）

為實踐綠色礦山發(fā)展理念，探尋井上下矸石山處理方法，最大限度降低井工煤礦開采對環(huán)境的破壞，山東能源新礦集團孫村煤礦在礦井淺部-210水平適當區(qū)域進行采空區(qū)矸石充填開采技術(shù)試驗，即為連采連充開采技術(shù)。

通過對孫村煤礦-210水平4層煤采用連采連充技術(shù)開采后對地表移動影響進行研究，分析了連采連充開采技術(shù)對地表移動變形影響的規(guī)律，提出了對策和建議，為今后新汶老礦區(qū)推廣連采連充技術(shù)提供有益的借鑒和指導作用。

一、技術(shù)簡介

連采連充開采技術(shù)為巷道開采，開采完一條巷道后進行矸石充填，然后再開采相鄰的巷道。各巷道開采順序如表1所示，先開采第②個采巷，然后開采第④個采巷，在開采第④個采巷時，第②采巷進行充填作業(yè)，第②采巷的充填和第④個采巷的開采同步進行和完成，這樣回風切眼和第②個采巷間就有4.5m寬的煤柱起臨時支撐作用，第②采巷和第④個采巷間也有4.5m寬的煤柱起臨時支撐作用；第②采巷充填完畢、充填體能夠起到支撐作用時，再開采第①個采巷，此時第④個采巷進行充填作業(yè)，開采、充填同步進行和完成；后續(xù)開采、充填可按表1順序繼續(xù)進行。

開采巷和充填巷之間始終保持一個采巷以上的間隔，也就是開采巷和充填巷之間始終保持4.5m以上的煤柱來支撐頂板。在首采面試驗期間，按照采4.5m、留4.5m的方式開采，首采面結(jié)束，根據(jù)充滿率、頂?shù)装逡七M量、煤柱應(yīng)力、地表下沉和變形等觀測數(shù)據(jù)，調(diào)整采留寬度。

二、地表移動觀測分析

1. 對應(yīng)地面位置巖移觀測站設(shè)計

（1）井下觀測站位置

在-210米水平大巷內(nèi)設(shè)立觀測點21個，觀測點設(shè)在工作面的上方及其西側(cè)，屬于固定點，便于保存。觀測長度750米，距工作面垂直距離為上巷15米，下巷28米。

表1 充填試驗區(qū)開采與充填順序

（2）地面觀測站位置

地表對應(yīng)位置觀測站設(shè)在大洛溝村內(nèi)，觀測點設(shè)置在洛溝大橋向東北方延伸，走向基本為順公路方向，傾向沿著村莊內(nèi)公路布置。地表位置相對復(fù)雜，主要為村莊內(nèi)建筑物，大多為平房，中間也有數(shù)量不少的二層樓房。

2. 觀測工作內(nèi)容

移動觀測站的觀測內(nèi)容可分為：觀測站聯(lián)測、全面觀測、單獨進行的水準測量。工作面采動之前，為了確定觀測點與井下開采地點的位置關(guān)系，首先將觀測站基本控制點與礦區(qū)控制網(wǎng)連測，然后再由它們測定其余控制點和測點的位置。

連采連充工作面巖移觀測站的觀測精度，控制點按不低于定向基點的精度進行，用中間插點的方法，也可用導線的方法。工作測點的精度按2″導線測量的要求進行。標高聯(lián)測的精度按不低于三等水準測量的要求。

在觀測站設(shè)點后10～15天，點位固結(jié)以后，進行觀測站聯(lián)測，聯(lián)測獨立進行兩次。然后，在觀測站被充填之前觀測兩次，兩次觀測的時間間隔不應(yīng)超過5天。如果兩次測量結(jié)果，同一點的高程不大于10毫米，同一邊長不大于4毫米時，取兩次的平均值，作為觀測站觀測點的原始位置，即觀測站的第一次觀測數(shù)據(jù)。

矸石充填面布置點巷道開始移動后，應(yīng)進行長期的觀測。移動活躍期間，至少要每月觀測一次。水準測量必須在一天內(nèi)觀測完畢。在觀測點設(shè)立完成及進行第一次觀測后，將觀測數(shù)據(jù)進行總結(jié)，然后每一個月進行一次以上的觀測；在開采并充填后沉陷活躍期，要進行加密測量。

3. 數(shù)據(jù)處理

觀測成果整理工作包括計算和繪圖兩部分。觀測記錄要有專門的測量記錄簿。每一次觀測結(jié)束后，應(yīng)對觀測記錄簿進行檢查，然后進行各種改正數(shù)計算和平差計算。水準測量最后要算出各測點的高程。長度測量加入傾斜、溫度、支距等改正數(shù)之后，算出測點之間在觀測線方向上的水平距離。根據(jù)各測點之間的水平距離，計算各測點至該觀測線控制點的水平距離。

觀測數(shù)據(jù)整理之后，就可計算觀測線各測點間的移動和變形量。井下巖移觀測站沉降數(shù)據(jù)如表2所示。

地面巖移觀測站沉降數(shù)據(jù)如表3所示。

通過數(shù)據(jù)分析可以得出適宜新汶煤田區(qū)域采用連采連充開采技術(shù)的地表變形計算參數(shù)。連采連充綠色開采技術(shù)對地面環(huán)境影響規(guī)律和主要地表移動參數(shù)如下：

下沉系數(shù)q=0.03

主要影響角正切tgβ=2.3

開采影響傳播角θ°=90-0.6α

水平移動系數(shù)b=0.35

拐點移動距S=0

三、對地表移動變形影響規(guī)律的分析

通過井下巖移觀測數(shù)據(jù)分析，連采連充開采技術(shù)采動后對附近巷道產(chǎn)生部分影響，表現(xiàn)為巷道頂板下沉，巷道底板鼓起，其原因是充填不實引起煤層頂板離層，從而引起上方巷道移動變形。

連采連充開采技術(shù)對地面以及地面建筑的影響很小，地面巖移觀測站最大下沉值為30mm，基本實現(xiàn)對地面零影響，實現(xiàn)了煤礦安全、綠色開采。

四、應(yīng)用與建議

孫村煤礦通過實施連采連充開采技術(shù)試驗，取得一定成績和觀測數(shù)據(jù)，下一步可以在新汶煤田礦區(qū)進行推廣應(yīng)用，開采對地面移動變形的研究可以采用以上研究數(shù)據(jù)和參數(shù)，并提出以下建議。

1.采用連采連充開采技術(shù)，核心是對回采空間進行充填，充填率要達到90%以上，這樣充填效果好，可以有效控制頂板下沉。

2.因地區(qū)地質(zhì)條件不同，以及煤層埋深和巖層變化的影響，連采連充開采時應(yīng)及時設(shè)置地表移動巖移觀測站，并進行長期觀測，以上研究數(shù)據(jù)只作為前期地表沉降預(yù)計使用。

3.在進行開采設(shè)計時，要充分考慮采動對地面的影響，特別是設(shè)計“三下”開采時，推薦使用連采連充開采技術(shù)，以確保將地面破壞程度降到最低，地面損害降到最小。

4.進行地表采動影響規(guī)律分析時，應(yīng)考慮重復(fù)采動的影響，多煤層進行連采連充開采時，應(yīng)考慮重復(fù)采動系數(shù)，確保地表采動影響規(guī)律的準確度和嚴謹性。

表2 附近井下巷道移動變形最大值

表3 試采工作面開采后地表移動變形最大值