连采连充绿色开采技术对地面变形影响的研究与应用

文/刘乐平

（作者单位：山东能源新矿集团孙村煤矿）

（责任编辑：庞永厚）

为实践绿色矿山发展理念，探寻井上下矸石山处理方法，最大限度降低井工煤矿开采对环境的破坏，山东能源新矿集团孙村煤矿在矿井浅部-210水平适当区域进行采空区矸石充填开采技术试验，即为连采连充开采技术。

通过对孙村煤矿-210水平4层煤采用连采连充技术开采后对地表移动影响进行研究，分析了连采连充开采技术对地表移动变形影响的规律，提出了对策和建议，为今后新汶老矿区推广连采连充技术提供有益的借鉴和指导作用。

一、技术简介

连采连充开采技术为巷道开采，开采完一条巷道后进行矸石充填，然后再开采相邻的巷道。各巷道开采顺序如表1所示，先开采第②个采巷，然后开采第④个采巷，在开采第④个采巷时，第②采巷进行充填作业，第②采巷的充填和第④个采巷的开采同步进行和完成，这样回风切眼和第②个采巷间就有4.5m宽的煤柱起临时支撑作用，第②采巷和第④个采巷间也有4.5m宽的煤柱起临时支撑作用；第②采巷充填完毕、充填体能够起到支撑作用时，再开采第①个采巷，此时第④个采巷进行充填作业，开采、充填同步进行和完成；后续开采、充填可按表1顺序继续进行。

开采巷和充填巷之间始终保持一个采巷以上的间隔，也就是开采巷和充填巷之间始终保持4.5m以上的煤柱来支撑顶板。在首采面试验期间，按照采4.5m、留4.5m的方式开采，首采面结束，根据充满率、顶底板移进量、煤柱应力、地表下沉和变形等观测数据，调整采留宽度。

二、地表移动观测分析

1. 对应地面位置岩移观测站设计

（1）井下观测站位置

在-210米水平大巷内设立观测点21个，观测点设在工作面的上方及其西侧，属于固定点，便于保存。观测长度750米，距工作面垂直距离为上巷15米，下巷28米。

表1 充填试验区开采与充填顺序

（2）地面观测站位置

地表对应位置观测站设在大洛沟村内，观测点设置在洛沟大桥向东北方延伸，走向基本为顺公路方向，倾向沿着村庄内公路布置。地表位置相对复杂，主要为村庄内建筑物，大多为平房，中间也有数量不少的二层楼房。

2. 观测工作内容

移动观测站的观测内容可分为：观测站联测、全面观测、单独进行的水准测量。工作面采动之前，为了确定观测点与井下开采地点的位置关系，首先将观测站基本控制点与矿区控制网连测，然后再由它们测定其余控制点和测点的位置。

连采连充工作面岩移观测站的观测精度，控制点按不低于定向基点的精度进行，用中间插点的方法，也可用导线的方法。工作测点的精度按2″导线测量的要求进行。标高联测的精度按不低于三等水准测量的要求。

在观测站设点后10～15天，点位固结以后，进行观测站联测，联测独立进行两次。然后，在观测站被充填之前观测两次，两次观测的时间间隔不应超过5天。如果两次测量结果，同一点的高程不大于10毫米，同一边长不大于4毫米时，取两次的平均值，作为观测站观测点的原始位置，即观测站的第一次观测数据。

矸石充填面布置点巷道开始移动后，应进行长期的观测。移动活跃期间，至少要每月观测一次。水准测量必须在一天内观测完毕。在观测点设立完成及进行第一次观测后，将观测数据进行总结，然后每一个月进行一次以上的观测；在开采并充填后沉陷活跃期，要进行加密测量。

3. 数据处理

观测成果整理工作包括计算和绘图两部分。观测记录要有专门的测量记录簿。每一次观测结束后，应对观测记录簿进行检查，然后进行各种改正数计算和平差计算。水准测量最后要算出各测点的高程。长度测量加入倾斜、温度、支距等改正数之后，算出测点之间在观测线方向上的水平距离。根据各测点之间的水平距离，计算各测点至该观测线控制点的水平距离。

观测数据整理之后，就可计算观测线各测点间的移动和变形量。井下岩移观测站沉降数据如表2所示。

地面岩移观测站沉降数据如表3所示。

通过数据分析可以得出适宜新汶煤田区域采用连采连充开采技术的地表变形计算参数。连采连充绿色开采技术对地面环境影响规律和主要地表移动参数如下：

下沉系数q=0.03

主要影响角正切tgβ=2.3

开采影响传播角θ°=90-0.6α

水平移动系数b=0.35

拐点移动距S=0

三、对地表移动变形影响规律的分析

通过井下岩移观测数据分析，连采连充开采技术采动后对附近巷道产生部分影响，表现为巷道顶板下沉，巷道底板鼓起，其原因是充填不实引起煤层顶板离层，从而引起上方巷道移动变形。

连采连充开采技术对地面以及地面建筑的影响很小，地面岩移观测站最大下沉值为30mm，基本实现对地面零影响，实现了煤矿安全、绿色开采。

四、应用与建议

孙村煤矿通过实施连采连充开采技术试验，取得一定成绩和观测数据，下一步可以在新汶煤田矿区进行推广应用，开采对地面移动变形的研究可以采用以上研究数据和参数，并提出以下建议。

1.采用连采连充开采技术，核心是对回采空间进行充填，充填率要达到90%以上，这样充填效果好，可以有效控制顶板下沉。

2.因地区地质条件不同，以及煤层埋深和岩层变化的影响，连采连充开采时应及时设置地表移动岩移观测站，并进行长期观测，以上研究数据只作为前期地表沉降预计使用。

3.在进行开采设计时，要充分考虑采动对地面的影响，特别是设计“三下”开采时，推荐使用连采连充开采技术，以确保将地面破坏程度降到最低，地面损害降到最小。

4.进行地表采动影响规律分析时，应考虑重复采动的影响，多煤层进行连采连充开采时，应考虑重复采动系数，确保地表采动影响规律的准确度和严谨性。

表2 附近井下巷道移动变形最大值

表3 试采工作面开采后地表移动变形最大值