林海等：短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究 9 弱地表环境、处理煤矸石，在31采区301、302工 面；3-1煤层为该矿主采煤层，平均埋深400m,平 作面建立短壁连采连充式胶结充填采煤试验工作 均厚度5m,倾角为1°~3°，为近水平煤层. Chahasu Mine washing plant Chahasu Mine Bulian Power Plant Surface 图11察哈素煤矿 Fig.11 Chahasu Mine 4.2工程应用情况 水泥，结合对材料强度、流动、泌水等特性进行研 301、302工作面工作面倾向长度为50m,走 究以及现场实际条件，选择料浆的质量分数为80%， 向长度为500m,301工作面采用四阶段回采、302 矸石、粉煤灰、水泥、矿井水质量比为50：18：12：20， 工作面采用三阶段回采，考虑到施工效率，支巷宽 充填体在28d后强度可达到9MPa左右，工作面 度均设置为5m.充填原材料为矸石、粉煤灰、水 设计充填能力150m3h.充填开采井上下实拍如 泥和矿井水.矸石为察哈素矿洗选矸石，粉煤灰为 图12所示，主要包括井上充填站破碎、搅拌车间、 布连电厂排放粉煤灰，水泥为北元42.5·R硅酸盐 井下管道与卸料阀、充填模板和揭露充填体 LX fraulic prop Roof 图12充填效果实拍 Fig.12 Photos of the backfilling operation 4.3工程应用效果 体交替承载，煤柱最大支承应力为16.5MPa,充填 从2019年9月该技术开始正式生产，截止目 最大垂直应力为7.6MPa.充填体压力在第三阶段 前，301、302工作已经全部回采完毕，共采出煤 采充过程中有较大提升，工作面支巷口处顶板最 35万吨，消耗煤矸石约24.5万吨，粉煤灰约 大下沉量仅为102mm,顶板控制效果良好，工作 8.75万吨，矿井水约10万吨，现场实测充填达 面整体矿压显现较为缓和. 98%以上，成功将该技术应用于西部脆弱环境地 为了观测地表下沉情况，在充填区域对应地 区高强度开采产生的矸石排放及地表沉陷控制 表设立观测站，设立一条走向观测线和一条倾向 难题 观测线，走向观测线长度330，共12个测点，倾 为了评价充填对覆岩控制效果，对充填体和 向观测线长度120m,共7个测点.图14为地表测 煤柱受力、充填体温度、支巷顶板下沉量进行监 线观测结果，由图可知，工作面最大下沉量仅为 测.图13为301工作面监测布置示意图及汇总结 8.9mm,表明采用该技术地表沉陷控制效果良好， 果，由图可知，在分阶段回采过程中，煤柱和充填 满足对地表建（构）物的使用要求弱地表环境、处理煤矸石，在 31 采区 301、302 工 作面建立短壁连采连充式胶结充填采煤试验工作 面；3-1 煤层为该矿主采煤层，平均埋深 400 m，平 均厚度 5 m，倾角为 1°～3°，为近水平煤层. Hohhot Ordos Chahasu Mine washing plant Bulian Power Plant Surface Chahasu Mine 图 11    察哈素煤矿 Fig.11    Chahasu Mine 4.2    工程应用情况 301、302 工作面工作面倾向长度为 50 m，走 向长度为 500 m，301 工作面采用四阶段回采、302 工作面采用三阶段回采，考虑到施工效率，支巷宽 度均设置为 5 m. 充填原材料为矸石、粉煤灰、水 泥和矿井水. 矸石为察哈素矿洗选矸石，粉煤灰为 布连电厂排放粉煤灰，水泥为北元 42.5•R 硅酸盐 水泥，结合对材料强度、流动、泌水等特性进行研 究以及现场实际条件，选择料浆的质量分数为 80%， 矸石、粉煤灰、水泥、矿井水质量比为50∶18∶12∶20， 充填体在 28 d 后强度可达到 9 MPa 左右，工作面 设计充填能力 150 m3 ·h–1 . 充填开采井上下实拍如 图 12 所示，主要包括井上充填站破碎、搅拌车间、 井下管道与卸料阀、充填模板和揭露充填体. Backilling station Crushing workshop Silo Mixing workshop Crusher Primary mixing Secondary mixing Screw feeder Conveying pipeline Discharge valve Steel formwork Single hyfraulic prop Filling body Roof 图 12    充填效果实拍 Fig.12    Photos of the backfilling operation 4.3    工程应用效果 从 2019 年 9 月该技术开始正式生产，截止目 前 ， 301、 302 工作已经全部回采完毕，共采出煤 35 万 吨 ， 消 耗 煤 矸 石 约 24.5 万 吨 ， 粉 煤 灰 约 8.75 万吨 ，矿井水 约 10 万吨 ，现场实测充填 达 98% 以上，成功将该技术应用于西部脆弱环境地 区高强度开采产生的矸石排放及地表沉陷控制 难题. 为了评价充填对覆岩控制效果，对充填体和 煤柱受力、充填体温度、支巷顶板下沉量进行监 测. 图 13 为 301 工作面监测布置示意图及汇总结 果，由图可知，在分阶段回采过程中，煤柱和充填 体交替承载，煤柱最大支承应力为 16.5 MPa，充填 最大垂直应力为 7.6 MPa，充填体压力在第三阶段 采充过程中有较大提升，工作面支巷口处顶板最 大下沉量仅为 102 mm，顶板控制效果良好，工作 面整体矿压显现较为缓和. 为了观测地表下沉情况，在充填区域对应地 表设立观测站，设立一条走向观测线和一条倾向 观测线，走向观测线长度 330 m，共 12 个测点，倾 向观测线长度 120 m，共 7 个测点. 图 14 为地表测 线观测结果，由图可知，工作面最大下沉量仅为 8.9 mm，表明采用该技术地表沉陷控制效果良好， 满足对地表建（构）物的使用要求. 林    海等： 短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究 · 9 ·