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摘要：合理的充填接顶范围，可以有效的缓解围岩移动变形和控制地表塌陷，对防止地表建筑物变形、开裂有重要的作用。为掌握高浓度充填材料自流接顶规律。首先根据以往的施工经验，从充填过程方面对充填接顶发生的全过程进行了论述；其次对影响充填接顶范围的因素进行了分析；最后通过分析充填接顶过程中的力学平衡关系，初步建立了充填接顶面积计算方法。
关键词：充填材料；接顶范围；摩阻力；局部充填
1绪论
自上世纪80年代以来，由于能源紧缺问题，煤炭资源遭受了大范围的开采，再加上市场准入门槛低以及监管力度不够，各个煤炭资源产地都或多或少的遭受大量的小煤窑开采，开采后形成了大面积的小煤窑采空区。这些小煤窑采空区煤柱-顶板支撑系统长期在上覆岩层自重压力、地下水浸泡、腐蚀软化、氧化等因素的作用下，其中一些稳定性较差的小煤窑时常发生冒落失稳现象。随着城镇化进程的加快，部分存在下伏小煤窑采空区的土地，已经不可避免的需要进行规划建设，而采空区地质灾害问题是困扰这部分土地利用的关键所在[1]。
目前小煤窑采空区治理中常用的一种方法是通过地面钻孔对采空区进行注浆加固。该方法自应用以来取得了显著的成果。但该方法通常是将采空区进行大面积全充填加固，采空区治理范围较广，充填方量较大，动辄上万方，甚至几十万方，采用注浆充填的方式往往成本高昂[1]。近年来随着采空区探测技术和稳定性评价技术的进步，充填治理方式逐渐发生了改变。“局部充填”的概念逐渐被学者们认可，采用高浓度充填材料是实现其目的的一个重要方法，但高浓度充填材料的采空区接顶规律一直未被研究清楚，本论文以此为核心进行阐述分析。
2高浓度充填材料自流充填过程分析
根据以往的施工经验和试验结果，可将高浓度充填材料充填堆积过程分两个阶段；第一阶段：充填初始阶段，高浓度膏体材料通过钻孔近自由落体运动进入采空区，对采空区已堆积的充填材料发生剧烈冲击，在冲击力及充填材料自身流动性能的作用下，逐渐向外围扩散。此过程中充填材料堆积体体积不断增大，出料口区域充填材料堆积体表面逐渐接近出料口，与顶板接触，见图1（a）、（b）；第二阶段：充填接顶范围增大阶段，随着充填作业的持续进行，采空区内的充填材料不断扩散堆积下来，直至充填料浆堆积体与采空区顶板出料口接触。出料口区域的充填材料与顶板接触后，在后续钻孔内高速下落体的冲击压力及孔内满管充填材料自身重力作用下，逐渐向外围扩散，充填接顶面积不断向外围扩展。与此同时钻孔内部的满管充填料浆的高度将继续增加，直至满管充填料浆的高度直达地面孔口[2-4]。在此过程中充填料浆的流量将会明显的降低，并伴有向外喷出气泡，见图1（c）、（d）。
图1充填接顶过程示意图
3自流充填接顶范围影响因素分析
影响充填材料接顶范围的因素往往很多，根据相关研究成果文献及生产经验主要有充填材料流动性能、出料口周边采空区分布形态、钻孔结构形态等[5-6]。
3.1充填材料流动性能影响分析
影响流动性能最直接的因素为材料及其配合比，充填材料流动性能越好，其在流动堆积过程中所受自身内部阻力越小，在采空区中扩散的范围越大，充填接顶面积则相应越大。
3.2采空区空间分布形态影响分析
煤柱分布密集和顶板平整度差直接增大了充填材料在流动堆积过程中的阻力；采空区积水不仅增大了充填材料流动堆积过程中的阻力，而且降低了充填材料的结实率，直接影响到接顶密实程度；联通性较差、封闭程度较高的采空区在排水和排气方面较差也将直接影响到充填材料接顶范围。
3.3钻孔结构形态影响分析
钻孔孔径、孔深越大，传递到出料口压力越大；钻孔垂直度、套管安装深度、孔壁粗糙程度都直接影响压力传递过程中的损耗。传递到出料口的压力越大，充填材料能够克服充填顶板摩擦阻力和充填料浆内部的阻力就越大，从而接顶范围越大。
4充填接顶终止条件分析
充填接顶后，充填材料在下落冲击力以及钻孔内满管充填材料自身重力共同作用下，克服钻孔摩阻力、材料内部阻力，推动着钻孔附近采空区中的充填材料继续向外围扩散。在此过程中钻孔内充填材料自重及下落冲击力能够克服钻孔内的摩阻力以及采空区内料浆与顶板、料浆内部的摩阻力。随着充填作业的进行，充填接顶面积不断增大，充填材料向外扩散的延程阻力不断增大，直至钻孔内传递到钻孔底部的压力不足以克服充填材料与顶板之间的摩阻力和充填材料内部的阻力之和时，充填作业结束。
5结语
近年来随着采空区探测和稳定性评价技术的发展，“局部充填”治理采空区将会成为后续采空区地质灾害治理的一个重要方向，而充填接顶相关的一些列问题将会是生产、研究中的重点突破对象。这些问题的解决将会有效的推进“局部充填”在采空区地质灾害中的应用，从而显著的降低采空区充填治理费用，推进该领域的持续健康发展。
参考文献
[1]白仲荣.采空区内浆料堆积规律试验研究[D].北京：煤炭科学研究总院，2016.
[2]肖卫国.深井充填技术研究[D].长沙:中南大学:2003.
[3]白仲荣,许刚刚,张强峰.膏体充填料浆流动堆积规律探索[J].中州煤炭.2016.241(1):91-94.
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[5]冯胜利，汪令辉.采场和空区充填接顶技术研究[J].中国矿山工程,2011,40(4):13-15.
[6]胡国宏,李夕兵.充填接顶影响因素分析[J].矿业研究与开发,2010,30(3):20-23.