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关于采空区条带充填开采技术基础的分析

作者：武斌 姚栋

来源：《中国科技博览》2016年第23期

[摘 ;要]随着人们环保意识的提升，在开采中应用了条带充填开采技术，但该技术在我国依然处于初级认识阶段，与之相关的研究也很少，因此，本文将从影响条带充填体稳定性的因素分析入手，结合采空区条带充填体布置参数确定，分析采空区条带充填开采技术基础效益。 [关键词]采空区;条带充填;开采技术基础

中图分类号：TD823.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0023-01 前言：我国地大物博，拥有丰富的煤炭资源，随着国家经济发展，对于煤炭资源的需求也在不断增多，因此，怎样做好“三下”煤炭资源开发就成为煤炭企业重要工作。为实现这一目标，条带法被应用到“三下”煤层开采中，在该技术的影响下很好的控制了地表下沉的出现，但却降低了开采率，所以，条带充填开采技术就被应用到煤炭资源开采中，有效减少了这些情况的出现。

一、 影响条带充填体稳定性的因素

在采空区采矿，经常会涉及到条带充填体稳定性，其稳定性越好，越有利于开采，通常情况下，影响条带充填稳定性的因素主要有以下几种：

第一，地质因素。它主要指煤层所在的深度、煤层倾角以及含水量等多种因素，尤其是开采深度对条带充填体的影响较大，深度越深，条带填体能够承受的荷载就越小。同时，煤层倾角也对条带充填体稳定性有一定影响，主要表现在应力状态上，若应力集中，条带充填体就会失去稳定性。

第二，采煤因素。这里主要指采煤方法与充填方法，通过研究发现，采煤方法对条带充填体稳定性的影响体现在煤层开采后，而充填方法对条带充填体的影响则体现在顶板管理上，在充填体受到挤压以后，顶板便会在重压下沉降，但煤层则不会垮落，那么在采空区体积确定的情况下，充填体的宽度与间距也会得到保证，其稳定性也就越强，反之则越小[1]。

第三，力学因素。对于条带充填体来说，主要充填物为胶结填充体，它的密实性较差，且存在不少漏洞，这样就使条带充填体容易受到特殊力学因素的影响，不仅会影响充填体塑性，还会影响其承载能力。

二、 采空区条带充填体布置参数确定 （一）间距确定

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在采空区条带充填体的间距确定上，应控制号间距宽度，确保其间距在直接顶岩梁最大跨距以下，这样就可以保证直接顶不会出现断裂。充填体和覆岩也不会出现变形的情况，上覆岩就会处于稳定状态，地表沉降也会得到控制。在条带充填体间距的过程中可以利用以下数学表达式确定： b/≤2h

（二）宽带确定

通过研究发现，胶结充填体在特定条件下不仅弹性会发生变化，塑性也会随之改变，最后塑性被破坏，同时，其应力的分布状况与充填体宽度方向是一致的，但却不是层均匀变化的。通常情况下，条带填体受到覆岩层荷载的影响会出现弹性核区与塑性区，这也是设计宽度中需要注意的内容，并注意与条带开采中煤柱宽度计算模型的结合，只有做到这两点才能真正做好设计[2]。此外，在实际设计中，还要加强对条带充填体荷载的确定，同时还要了解到条带充填体最大承受荷载范围，这也是采空区条带充填体参数确定中不可缺少的一部分。 三、充填设备与流程

为做好采空区充填工作，在实际充填的过程中，应先确定好充填体原材料之间的比例，如水泥、粉煤灰以及煤矸石之间的比例应为1：6：15，然后再根据采空区实际情况选择合适的充填设备，最后确定合适的充填流程，并将该流程落到实际工作中，只有这样才能保证充填工作顺利完成。在选择充填设备的过程中，首先，应选择合适型号的输送泵，其输送量至少到达到每小时60t，输送骨料颗粒应控制在30mm以下，输送功率不低于100KW[3]。其次，确定输送管道，管道材质应为无缝钢管，直径在160mm左右，每小时至少输送100m3。最后，至少选择两台搅拌机、破碎机与上料机各一台，其中搅拌机的功率至少要达到30KW，生产能力也要在每小时60m3以上。

在做好这些准备工作以后，还要明确充填流程，先用运输机将矸石运送到矿车中，在运输大巷的作用下运输到车场中，然后将矸石卸下，然后在皮带机的作用下传送到破碎机中，将这些矸石的直径控制在30mm以下，再用盐水泥与粉煤灰等进行搅拌，并在搅拌机中搅拌，保证浆体的浓度最低为75%，最后再送入到采空区中，经过这一系列的措施就完成可以进行充填，每隔5m做一次充填，进入到采空区中的管道最长应在0.8m以下，高度也不超过1m，在充填两端还要设置2m左右的矸石墙，厚度也在1m左右即可，同时，在篱笆中的塑料彩带，且在彩带应设置在顶板上[4]。最后，在某个充填段达到矸墙的0.5m，就需要设置一定的篱笆或回柱，然后在充填与回风平巷之间的距离达到25m时就可以采煤，但在这一过程中要保证拥有6排正式支柱，只有这样才能顺利完成采煤工作。 四、采空区条带充填开采技术基础效益分析 （一）环境效益

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随着条带充填开采技术在采空区的利用，不仅有效减少了对耕地的占用，还减少了对生态环境的污染，也为采空区节省了大量发展资金。 （二）社会效益

通过采空区条带充填开采技术的研究可以发现，在该技术被应用到煤炭开采中以后，地面煤石数量大大减少，同时，还可以将粉煤灰与水泥等整合在一起，矸石密度也会随之提升，充填体压缩量也会大大下降，在这种情况下，采煤矿压面也能得到控制，采煤效率有效增加。 （三）经济效益

以前将一立方米的矸石提升到地面至少需要42.23元，但在条带充填开采技术被应用以后，提升相同质量的矸石只需要30.23元就可以完成，每年至少节约 201万元，这就是条带充填开采技术所带来的良性经济效益。 结束语：

对于采空区所用的充填体来说，主要使用的原材料为水泥、粉煤灰以及煤矸石等，原料配比如何将直接影响到充填体整体强度，更对成本控制有一定影响，所以，在实际利用条带充填体的过程中应注意好各个成分之间的配合比与浓度，并在设计好间距与宽度，只有这样才能发挥其应有作用。 参考文献：

[1] 刘坤，周华强，郑立军，李亮. 膏体充填条带开采技术[J]. 煤炭科学技术，2010，02：10-14.

[2] 贾凯军，冯光明. 煤矿超高水材料充填开采技术及其展望[J]. 煤炭科学技术，2012，11：6-9+23.

[3] 徐青云，张磊，黄庆国. 井下采空区局部条带充填减沉技术研究[J]. 煤炭与化工，2013，11：44-46+94.

[4] 张文忠. 条带充填开采隔水岩组与充填条带运移规律研究[J]. 安徽理工大学学报（自然科学版），2015，02：20-26.