浅叙充填开采法

王辉++刘金辉

[摘 要]二次条带充填开采法是将条带开采与充填开采结合起来的一种开采方法，它的主要步骤为小条带开采-注浆充填固结采空区-剩余条带开采，能够有效控制岩层移动和地表沉陷，保护地面建、构筑物，可以提高煤炭的回采率。本文通过理论解释并结合应用实例对该方法进行了介绍，论述了该方法的可行性和实践意义。

[关键词]二次条带充填开采；地表沉陷；采出率

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0195-01

1 开采沉陷的防治技术途径及存在问题

煤炭资源的开发和利用，在带来巨大的经济效益和社会效益的同时也给矿山周围环境带来了严重的破坏，对生态环境造成了很大的威胁。目前控制和减轻地表沉陷的特殊采煤方法主要有充填开采、部分开采和覆岩离层带注浆充填等[1]，上述方法在地面沉降控制及煤炭采出率方面各有利弊。

充填开采能够有效减少地表的下沉和变形，但充填采矿法需要专门的充填设备和设施，还需要有充足的充填材料，成本高、工艺复杂， 目前在我国煤炭系统使用较少。

部分开采主要包括房柱式开采和条带开采，是利用留设煤柱支撑上覆岩层控制地表沉陷，能够减少地表的下沉和变形。但是部分开采最大的缺点是煤炭采出率低，煤炭永久损失率高，在很大程度上制约了其在控制地表沉陷中的大规模应用。

覆岩离层带注浆充填是通过注浆充填开采过程中的覆岩离层空间，阻止离层和下沉的向上传递，达到减缓地面沉陷的目的。但该方法对注浆控制技术要求高，工艺复杂，实现的难度较大。

2 二次条带充填开采法介绍

2.1 二次条带充填开采法原理

二次条带充填开采法也有称“采-注-采”三步法开采[2]，即“小条带开采-注浆充填采空区-剩余条带开采”，该法应用载荷置换原理，通过充填条带置换条带煤柱，实现对上覆岩层的控制。此法可大幅提高煤炭采出率，并能有效控制地表变形。

2.2 二次条带充填开采法步骤

将开采区布置成类似于条带开采式的宽、窄条带相间的工作面，窄条带工作面宽度应控制在上覆基岩厚度的1/4-1/6左右，并控制面积采出率不超过35%；宽条带工作面宽度应控制在基岩厚度的1/3-1/5左右[2]。

第一步：首先开采窄条带工作面。留煤柱（宽条带）控制覆岩移动。

第二步：注浆充填与固结窄条带采空区垮落、断裂带破裂岩体。为保证充填条带的稳定性，在充填体两侧各留一宽5 m左右的小条形隔离煤柱，形成以小煤柱包裹的复合固结岩体支撑上覆岩层。

第三步：开采剩余的宽条带煤柱。

2.3 二次条带充填开采法充填系统

窄条带采空区注浆充填是该方法的难点，也是该方法控制地表沉陷能否成功的关键，目前有以下两种途径：

一种途径是采取地面打钻进行采空区注浆充填和加固，不仅能够对采空区破碎岩体进行充填，而且可以对采空区上部覆岩离层区和裂隙带进行充填，使采空区充填带与上覆岩层形成一个整体，有利于控制顶板。

第二种途径是采取井下管道输送进行采空区充填固结，充填系统可以参考全部充填法的系统。

3 二次条带充填开采法及类似方法应用实例

3.1 短壁冒落区嗣后充填在淄博矿业集团埠村煤矿中的应用[3]

淄博矿业集团埠村煤矿使用的短壁冒落区嗣后充填技术与本文所述二次条带充填开采法原理基本类似。

埠村煤矿911采区面临地面建筑物压煤、底板奥灰水的双重威胁，早期（2004—2009年）为安全采煤采用了条带开采方案，但采出率仅为45%，造成了31.3万t的呆滞煤炭。为提高采出率，在911采区进行了短壁冒落区嗣后充填开采试验。9111为采区的首个试验工作面，走向长621m，倾斜宽110m；煤厚平均1.3m，倾角5°～14°；埋深345～480m；原条带方案为采宽15～20m、留宽15～20m。

短壁冒落区嗣后充填方案首先对已采条带的采空区实施自流式开放充填，待充填体强度增长至2.2MPa后间隔回采条带煤柱，每开采1个条带煤柱后及时对其采空区实施自流式充填，最后依次回采工作面内剩余的条带煤柱，此时不进行充填。根据该方案，9111工作面总充填率为76.6%，比全部充填减少约20%，但所有充填条带的充填率平均值高达98.7%，表明各条带均充填密实。9111工作面实施短壁冒落区嗣后充开采后，实测地表最大下沉仅为0.011m，建筑物没有任何损坏，实现了不迁村安全采煤。

3.2 王台铺条带式充填开采技术的应用[4]

王台铺矿井XV2317工作面条带式充填开采技术与本文所述二次条带充填开采法原理基本类似。

条带式充填开采技术在王台铺矿井XV2317工作面得到了很好的应用，使王台铺矿井在“三下”压煤开采领域为晋煤矿区提供了成功范例，地表沉降与综采工作面对比减少93%以上，资源回收率达到了91%以上。同时其开采工艺、设备配套及其它成功经验也可推广应用与晋煤矿区类似煤层的开采中，对延续晋城矿区煤炭主业的发展起到重要作用，其应用前景非常乐观。

3.3 煤矸石充填置换条带煤柱开采技术在古城煤矿的实践[5]

古城煤矿煤矸石充填置换条带煤柱开采技术与本文所述二次条带充填开采法在提高煤炭采出率及控制地表沉陷方面的作用基本类似。

古城煤矿煤利用矸石充填置换条带煤柱开采技术在2007年置换出煤2.76万吨，减少矸石排放及处理费用，实现经济效益2247.95万元。该项目的推广应用可以将井下矸石直接处理，变害为利，可消除地面矸石侵占农田，实现回收部分“三下”煤炭资源，为进一步促进环境保护、节省土地、增加煤炭资源利用率起到了积极推动作用，具有广阔的推广应用前景。

4 结论

二次条带充填开采法吸收条带开采和充填开采岩层控制技术的优点，应用荷载置换原理对岩层移动和地表沉陷进行控制。本文对该方法进行了简单介绍，并结合实例介绍该方法的应用。应该说明的是，文中介绍的三个实例对所使用方法的表述与笔者对该方法的称呼可能不尽相同，但方法的本质是基本相同的。该方法技术路线单、可行，可实施性强，具有较好的研究价值和应用前景。

参考文献：

[1] 余学义，张恩强.开采损害学[M].煤炭国内工业出版社，2004.

[2] 郭广礼，王悦汉，马占国.煤矿开采沉陷有效控制的新途径[J].中国矿业大学学报，2004，33（2）：150-153

[3] 许加林，轩大洋，朱卫兵，王晓振，王秉龙，滕？浩. 部分充填采煤技术的研究与实践[J]. 《煤炭学报》， 2015（6）：1303-1312.

[4] 许志楠.王台铺煤矿条带式充填开采技术的应用[J]. 科技创新与应用，2013（34）：94-94.

[5] 陈猛，刘恩功，张永.煤矸石充填置换条带煤柱开采技术在古城煤矿的实践[J].沂蒙科技论坛，2008.