基于建筑物下压煤充填开采优化设计研究

摘 要 近些年来，随着社会和经济的快速发展，我国煤矿开采事业也获得了更大的发展空间。煤炭资源是社会生产中一项重要的资源，煤矿开采的效率直接影响煤炭资源的使用效率和矿井的可持续发展。在市场经济快速发展的背景下，煤矿开采技术也向着多样化的方向发展，尤其是建筑物下压煤充填开采技术呈现出快速发展的趋势，而且受到了广泛的应用。文章主要针对建筑物下压煤充填开采的相关问题进行简要探讨。

关键词 建筑物下压煤；开采技术；充填开采

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0145-01

当前，我国正处在工业经济快速发展的时期，煤炭资源作为一种重要的能源，为工业生产提供基本的能源保障，因此，关于煤炭开采技术的相关研究工作也日渐深入。充填开采技术煤矿开采中应用的较为广泛的开采技术，也是绿色开采技术的重要组成部分，通过科学的充填开采技术，能够实现煤炭资源的回采，促进煤矿开采的持续发展。关于建筑物下压煤充填开采技术的研究，已经形成了基本的建筑物保护等级与地表变形指标的衡量标准，通过科学的充填开采技术，能够减少对建筑物产生的影响，也能降低充填材料的成本，促进煤矿开采经济效益和社会效益的全面提升。

1 建筑物下压煤充填开采技术

1.1 干式充填技术

干式充填技术是当前煤矿开采过程中应用的最早的一种回填技术，其主要是利用露天采石场的废弃石块、砂土等作为充填材料，按照一定的标准对这些材料进行破损和过滤，再通过机械设备和人工的配额和，将其回填到煤矿的采空区，这样便能在采空区形成一种可以压缩的填体，因此来解决采空区的问题。干式充填技术的应用较早，其整个应用过程包括了煤矿的采集、加工、贮存以及填充等几个基本的环节。在应用干式充填技术时，需要利用相应的隔离材料，将矿石与充填材料进行区别，这样才能减少煤矿资源的损失，也能降低充填材料对煤矿所形成的贫化作用。干式充填技术中应用的填充材料应当具备一定的强度，并且可以重复应用，这样才能满足干式充填的需求。干式充填技术的作业强度较大，而且作业环境十分恶劣，虽然其作业成本较低，但是除了一些小型的矿山之外，通常不会应用该技术。

1.2 水力充填技术

水力充填技术主要是以水为输送介质，将水力充填材料通过泵压的作用，由制备站输送到采空区。应用水力充填技术时，需要将充填使用的材料进行脱水处理，然后再将其进输送，输送的距离通常需要根据采空区的大小来确定，然后再经过排水设施的作用将输送介质中的水分排出。在水力充填技术的应用的过程中，包括脱泥、砂浆制备、输送、脱水等几个重要的环节。管道水力输送和充填管道是水力充填最重要的工艺和设施，砂浆在管道中流动的阻力靠砂浆柱自然压头或砂浆泵产生管道输送压力克服，选择输送管道直径时，需要先按充填能力、砂浆的浓度和形态算出砂浆的临界流速、合理流速和水力坡度等。一般情况下，水力充填材料是脱泥尾砂或天然砂，充填料浆的固体质量浓度低于70%（多数为60%-68%），以自流输送为主，当充填倍线较小时也使用料泵输送。该充填系统的特点在于成本低，输送效率高，而且不受地形和季节的影响，不会对环境造成影响。经过30多年的实践和发展，水力充填现在已经成为一种较成熟的技术，国内外的许多矿山在使用这种技术。

1.3 胶结充填技术

胶结充填技术主要是在惰性材料中加入适当的水、胶结剂和其他混合材料，制备成胶结填料，再利用管道、沟槽等设备向采空区进行输送，在输送的过程中，胶结填料中的水分就会不断的蒸发，再形成具有一定响度的充填体，这种充填体具有很大的强度和整体性。另外，也可以先将惰性材料和其他混合料先输送到采空区，然后再按照一定的比例将水和胶结剂灌入，形成强度较低的混合材料。在胶结充填技术中应用的惰性材料，一般有矸石、块石等，在加入适当比例的砂石，便能够在采空区内形成强度较高的胶结材料。传统胶结材料可以利用水泥进行充填，成本较低，而且操作简单。在科学技术快速发展的背景下，各种新型的胶结材料的应用也日渐广泛，如高水胶结充填、全土胶结充填和赤泥胶结充填。胶结充填技术的施工工艺简单，而且能够满足面积较大的采空区的充填要求，胶结材料自身具有较大的强度，在控制地表变形方面有着很好的作用，能够有效的保证建筑物的安全性。基于此，胶结充填技术在当前的煤矿开采中获得了广泛的应用。

2 地下开采对地面建筑物的影响

地下开采的过程中，容易引起地表塌陷，地表面会产生移动和变形，导致地面建筑物受到损坏。地下开采对地面建筑物产生的影响，具体包括：1）地表沉陷。当地表形成均匀的沉陷时，就会使建筑物的整体也随之发生均匀的地下沉，在这种情况下，对于建筑物的上部结构不会产生严重的影响。但是如果地表沉陷力过大，或者是不均匀的沉降，对于建筑物的结构就会产生较为严重的影响，如管道断裂等。2）地表倾斜。当地表由于下沉而形成一定程度的倾斜，这时对于建筑物来说，中心就会产生偏移，造成建筑物结构的破坏，甚至倒塌。3）地表水平变形。当地下开采对地表形成水平的拉伸力时，处在地表的建筑物基础结构就会在拉伸力的作用下形成向外的摩擦作用，这时只需要很小的拉伸应力就会造成建筑结构的损坏，甚至造成严重的坍塌。

3 建筑物下压煤充填开采优化

充填开采技术的应用，使得传统的开采技术形成的采空区的问题得到了有效的解决，在实现安全采煤的同时，也缓解了采空区瓦斯超限的问题。另外，充填技术使得城市中大量的垃圾成为了回填材料，也能减轻采空区对城市地表形成的集中应力。在可持续发展战略的指导下，建筑物下压煤充填开采技术的应用，需要进行不断的优化设计，降低地下开采对地面建筑物产生的影响。同时，在量化充填介质特性、充填参数与地表沉降关系的计算方面，要坚持谨慎而且全面的原则，对于部分充填和可控性下沉进行有效的控制，既能够降低充填材料的消耗，也能降低应用充填技术队煤矿回采造成的影响。

4 结束语

充填技术是当前煤矿开采中一种常用的开采技术，充填技术的应用能够提高煤矿开采的效率，也能提高煤矿开采的安全性。建筑物下压煤充填开采过程中，对于地表建筑物会产生不同程度的影响，因此必须要对相关的参数进行科学的设计，最大限度的降低地下开采对地表建筑物的影响，促进煤矿开采的持续发展。

参考文献

[1]乔乃琛，姜岩，赵琦，徐永梅.建筑物下压煤充填开采优化设计研究[J].煤炭科学技术，2012（11）.

[2]张书国.建筑物下压煤充填开采固体充填材料优化与应用[J].煤矿开采，2013（01）.