采空區(qū)條帶充填開采技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、采空區(qū)煤矸石膠結(jié)條帶充填開采方法是“三下”采煤技術(shù)中的重要組成部分，對(duì)于消除地面矸石山、提高煤炭資源的開采率、實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有里程碑的意義。本論文以山西焦煤集團(tuán)霍州煤電曹村煤礦為工程背景，采用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)采空區(qū)煤矸石膠結(jié)條帶充填開采技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。
　　 首先在選擇充填體方面以水泥、粉煤灰、煤矸石為充填原材料，應(yīng)用正交實(shí)驗(yàn)的方法，進(jìn)行了優(yōu)化配比試驗(yàn)，研究表明當(dāng)水泥

2、∶粉煤灰∶煤矸石（質(zhì)量百分比）為1∶5∶16時(shí)，漿體的濃度為75％～80％時(shí)，充填體的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都比較高，而且管道的輸送性能良好，滿足充填工藝的要求。
　　 條帶充填體的變形機(jī)理、充填體參數(shù)的布置以及條帶充填體與上覆巖層的穩(wěn)定性是煤矸石膠結(jié)條帶充填開采設(shè)計(jì)中的重要研究技術(shù)。本文在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用經(jīng)典的組合梁理論，分析了直接項(xiàng)所承受的載荷;應(yīng)用經(jīng)典的簡支梁理論和固支梁理論，得到了條帶充填體間距數(shù)學(xué)表達(dá)式;應(yīng)用經(jīng)典

3、的板殼理論和溫克爾彈性地基梁，并提出了“充填體—直接項(xiàng)—上覆巖層”力學(xué)研究模型，得到了直接頂?shù)淖畲髷_度數(shù)學(xué)表達(dá)式;運(yùn)用A.H.Wilson兩區(qū)約束理論及King的有效區(qū)域理論，分析了條帶充填體所承受的實(shí)際載荷，得到充填條帶的寬度數(shù)學(xué)表達(dá)式。
　　 利用FLAC3D數(shù)值模擬的方法，結(jié)合曹村煤礦的實(shí)際地質(zhì)資料，分析了充填體寬度、充填體的內(nèi)摩擦角和粘聚力對(duì)塑性區(qū)寬度、充填體穩(wěn)定性和頂板活動(dòng)及其穩(wěn)定性的影響，研究結(jié)果表明充填體的間距為1

4、5m，充填體的寬度為30m，內(nèi)摩擦角為28°～31°之間，粘聚力選擇在0.9MPa～1.2MPa之間時(shí)，充填體的安全系數(shù)為1.29，充填體較穩(wěn)定。當(dāng)工作面向前推進(jìn)225m，充填體的個(gè)數(shù)為5個(gè)時(shí)，頂板的最大下沉量0.051m，小于直接頂達(dá)到極限跨距時(shí)最大擾度0.092m，說明條帶充填體很好的限制了頂板的下沉。
　　 運(yùn)用前面研究的成果，在現(xiàn)場進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，對(duì)采煤工作面的“三量”進(jìn)行了實(shí)測，發(fā)現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)不是很明顯，表明應(yīng)用采空區(qū)