能源技术与管理 ２０１０年第３期 ｄｏｉ：１０－３９６９ ．ｉｓｓｎ．１６７２－９９４３．２０１０．０３．０３９ 建筑物下压煤采空区充填新方法 韩晓东，冯光明，王成真，连小林，周振，贾凯军 （中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州２２１００８） ［摘要］简要介绍了超高水材料的特性以及超高水材料采空区充填工艺，根据邯郸矿务局 陶一煤矿充填试验面首次应用情况，采用岩层探测记录仪对采空区充填固结体进 行了钻孔窥视。窥视结果显示，超高水材料充填浆液不但能充实采空区冒落矸石， 而且能对采空区冒落带上方岩层较小的裂隙进行充填，是一种理想的采空区充填 材料。 ［关键词］超高水材料；开放式充填；充填率 ［中图分类号］ＴＤ８２３．７［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２－９９４３（２０１０）０３ ０９４ ２ Ｏ引 言 层。煤厚在３．５～４．３ ｍ之间，平均煤厚３．９７ ｍ；煤 层倾向Ｎｌ１０。Ｅ，倾角１０。～１３。。工作面沿２ 现阶段，建筑物下压煤开采主要是通过对采 煤层倾向布置，为倾向条带仰斜开采工作面。工作 空区进行充填或对上覆岩层离层带注浆来控制地 面走向长５０ ｍ，倾向长２２０ ｍ。工作面顶板底岩性 表的移动和变形。目前主要是利用膏体和似膏体、 如图１所示。 矸石等材料对采空区进行充填，取得了一定的效 果。然而在一些其它条件下，这些充填方式存在着 厚度 岩性柱状 岩层 岩性 ／ｍ 名称 充填成本高，充填率低等问题…。超高水材料对采 空区进行充填，具有充填系统工艺简单，前期投资 ７．４５ 粗粉砂岩 黑色具水平层理 较小，充填率高等特点，弥补了现有充填方式的不 。足，大大扩展了建筑物下充填的范畴。 Ｏ．７５ ＼ ．ｆ 细砂岩 细粒石英砂岩 河北邯郸矿务局陶一煤矿首采充填试验面成 ５．６３ 粗粉砂岩 灰色具波状斜层 功地进行了超高水材料充填采矿的国内外首次试 验，取得了良好的效果。 ．０２．７５ 厚层状．１２） ２煤 成岩侵入煤层 ，局部火 １超高水材料简介 １．１０ ４．１２ 火成岩 灰白色，裂隙 超高水材料是由中国矿业大学冯光明教授经 发育，为含水层 ４ｔ。 ．十余年研究而发明的一种采空区充填材料。该材 ５Ｏ ”‘…、 粗粉砂岩 灰黑色具波 ●・●●ＬＬ 状斜层理 料能较好的适应“三下”充填开采的要求，目前处 图１ ２ 煤层综合柱状图 于推广应用阶段。该材料由Ａ、Ｂ料和ＡＡ与ＢＢ 辅料构成。Ａ料以多种矿物按一定的比例混合烧 ３超高水材料充填工艺 制而成，Ｂ料以多种矿物按一定的比例混磨而成， 超高水材料开放式充填工艺主要包括充填泵 辅料ＡＡ为复合超缓凝剂，辅料ＢＢ为复合超速凝 站和充填点两部分。工作面布置为仰斜开采方式， 剂。使用时，Ａ、Ｂ料以重量比１：１使用，水体积可 随采随充。具体充填流程为：Ａ、Ｂ材料及辅助配料 达９５％～９７％，用水量超高，初凝时间为０．５ １．５ ｈ，终 入仓一清水入罐一设置充填材料配比一启动搅 凝强度０．５～１．０ ＭＰａ，且生成的固结体不收缩，也 拌配料设备一材料、水人搅拌筒搅拌一浆体进入 不可压缩，是一种理想的采空区充填材料。 储浆缓冲池一启动充填泵一管路输送一工作面 ２工作面概况 副巷Ａ、Ｂ浆体混合一进人工作面采空区一与空 区冒落矸石胶结凝固。 首采充填试验面所在２ 煤层为单一倾斜煤 ３．１ 充填泵站 ２０１０年第３期 韩晓东，等建筑物下压煤采空区充填新方法 ９５ 充填泵站为一套上料搅拌系统和泵压管路输 送系统。具体由控制子系统、制浆子系统和输送子 系统组成。 充填泵站各子系统运行步骤：由控制系统设 定输送料的配比制浆量；制浆系统在ＰＬＣ的控制 下加料与给水，生产出所合格的浆体并转送缓冲 池中；２台充填泵分别将两种不同浆体通过管路 输送至采空区附近的充填点。 ３．２充填点 通过两条管路输送至充填点附近的Ａ、Ｂ两 种浆体经过混合系统后，自流进入采空区。 混合系统采用三通，直接与进浆管路、出浆管 路相连接，出浆管路连接自制螺旋混合装置，保证 充填料的混合效果。后接普通管路直接混合进入 工作面采空区。 ４充填效果 充填试验面累计采出空间４４ ６１３ ｍ ，累计充 填量为３６ ５９１ ｍ。，充填率为８２．６％。由于工作面自 切眼开始推进至３１ ｍ时，直接顶已发生初次冒 落。此后，工作面顶板随采随冒。故充填效果无法 直观观察。为此，在采空区中部顶板上方２０ ｍ处 的一段巷道内向下钻孔直至采空区，并利用岩层 探测记录仪对钻孔进行窥视，观测超高水材料充 填固结体在采空区上覆岩层内部的分布状况。现 以两个钻孑Ｌ的窥视情况进行分析。 １号钻孔孔深２４．６０ ｍ，窥视结果显示：充填 固结体距理论充填高度（最后一次充填位置水平 面）为０．４３５ ｍ。充填固结体存在最高位置位于孔 深９．８０ ｍ，煤层顶板之上ｌ０．０８ ｍ处。 ２号钻孔孔深２５．３５ ｍ，窥视结果显示：充填 体固结体距理论充填高度为Ｏ．２６４ ｍ。充填固结体 存在最高位置位于孔深９．８１ ｍ，煤层顶板之上 １０．２６ ｍ处。 从窥视结果分析可知，超高水材料充填固结 体不仅能够密实 ［作面采空区，而且能通过大小 裂隙渗透到采空区上方岩层中，极大的阻止了上 覆岩层的进一步下沉对矸石的压实作用，真正起 到了缓减覆岩下沉的目的。 ５充填成本 充填试验面共采出煤炭７８ ２９０ ｔ，超高水充填 材料用量４ ７９９．８Ｉｔ。充填材料价格为９５０元／ｔ，由 此计算出吨煤材料直接费用为５８．２４元。 其它费用：充填用人工共３ ４８０个，每工按８５ 元，则人工费用２９５ ８００元；耗电２５３ ０００ ｋｗｈ，每 度按０．５３元计，则电费为１３４ ０００元；设备维修费 约２５０ ０００元，则其它吨煤费用为８．６８元。 由上计算可知，经过充填开采后，吨煤综合成 本为６６．９２元／ｔ。 ６超高水材料充填评价 超高水速凝材料充填技术与其它充填技术相 比，具有以下几大优点：①由于超高水材料在使用 过程中，用水量超高，水体积可占９５％～９７％，故 所需固体材料少。这样，一方面降低了充填成本； 另一方面，简化了其它充填技术所需的庞大充填 系统。一般来说，膏体充填前期投资需要几千万 元，而超高水充填所需要的充填系统仅需二百多 万元。②工作面随采随充，充填率较高，密实性好， 对控制地表的移动和变形效果显著。一般来说，超 高水充填效果明显，矸石充填效果不太理想。③由 于所需固料少，对矿井辅助运输影响基本没有，且 井下充填系统简单，工人劳动强度低。 现阶段，不足之处在于超高水材料开放式充 填是依靠浆液自流的方式进入采空区，故工作面 应布置为仰斜开采工作面。充填对倾角有一定的 要求，倾角太小，短时间充填能力小，浆液需要滞 后工作面支架后方较长距离才……，ＩＪ接顶。倾角 过大，不利于正常采煤工作。 ７结语 超高水材料开放式充填工艺能够实现随采随 充，充填浆液不仅能够密实采空区冒落矸石，而且 能对采空区冒落带上方岩层较小的裂隙进行充 填，有效地缓减了采空区上方覆岩的下沉。同时， 由于该充填方法充填充填率高、成本低，密实性 好、工艺简单，值得进一步推广应用。 ［参考文献］ ［１］董根论．固体废弃物充填地下采空区的实践［Ｊ］．矿业 工程．２００５（５） ［作者简介］ 韩晓东（１９８５一），男，山西吕梁人，采矿丁程硕士研究 生，研究方向为巷旁支护和采场围岩控制。 『收稿日期：２０１０一Ｏ１—２０］
