周源山煤礦膏體充填開采地表沉陷研究.pdf

1、我國“三下”壓煤量大，該問題在煤炭儲量較少的中東部和南部地區(qū)尤為突出。湖南周源山煤礦壓煤1651.2萬噸，占礦井保有儲量的81％，“三下”壓煤問題嚴(yán)重。論文對充填材料及膏體充填開采對地表沉陷的影響進(jìn)行研究，為解放周源山煤礦“三下”壓煤提供理論依據(jù)，為同類型緩傾斜“三下”煤層開采提供借鑒。
　　對“三下”采煤方法中的條帶開采、分層開采、房柱開采、協(xié)調(diào)開采和充填開采優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析比較，選用減沉效果好、煤炭采出率高、能解決煤矸石占地以及

2、解決污染環(huán)境等問題的膏體充填開采作為解決周源山煤礦“三下”壓煤的開采方法。
　　以礦區(qū)周邊地表大量堆積的煤矸石及附近電廠粉煤灰作為主要骨料的膏體充填材料的配比、性能等進(jìn)行研究:(1)根據(jù)充填材料與添加劑的作用機(jī)制制定了18種不同的配比方案;(2)選取各方案中養(yǎng)護(hù)期間泡水不軟化、養(yǎng)護(hù)期膨脹收縮小、不開裂的充填材料試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，對所選試件分別進(jìn)行1d、3d、28d抗壓試驗(yàn);(3)實(shí)驗(yàn)研究了不同配比方案充填膏體的初凝時間、初凝強(qiáng)度和

3、終凝強(qiáng)度;(4)依據(jù)現(xiàn)場管路布置要求充填料可泵送時間不少于2.5小時，選用符合該條件且水泥用量較少終凝強(qiáng)度為5.18MPa的配方（水∶水泥∶煤矸石∶粉煤灰=22.5％∶10％∶57.5％∶10％，添加劑的添加量為總量1％左右）。
　　運(yùn)用FLAC3D對膏體充填開采對上覆巖層和地表沉降的影響進(jìn)行數(shù)值模擬:(1)數(shù)值模型大小按照全部垮落法開采時影響范圍建立;(2)通過巖樣力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、全部垮落法概率積分法預(yù)測結(jié)果和全部垮落法數(shù)值模擬計(jì)

4、算結(jié)果分析比較，確定充填法數(shù)值模擬計(jì)算參數(shù);(3)根據(jù)所需充填材料強(qiáng)度參數(shù)擬合曲線方程，計(jì)算其5d、10d、15d、20d、25d抗壓強(qiáng)度，并根據(jù)巖石力學(xué)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算數(shù)值模擬所用參數(shù);(4)進(jìn)行走向充填、傾向充填以及充填體不同終凝強(qiáng)度的膏體充填開采數(shù)值模擬;(5)計(jì)算過程中考慮充填前項(xiàng)板下沉量以及充填體強(qiáng)度的逐漸增強(qiáng)過程。
　　對計(jì)算結(jié)果及地表變形分析，比較選定充填研究方案得出以下結(jié)論:(1)走向充填開采地表變形小于傾向充填開

5、采;(2)進(jìn)行走向充填開采時工作面下部應(yīng)力達(dá)到1.23MPa，在沒有專用膏體充填支架時可優(yōu)先考慮傾向充填開采;(3)膏體充填開采下沉盆地中心靠近采區(qū)中心，與進(jìn)行垮落法開采時下沉盆地中心偏向采區(qū)下山方向的特征不同;(4)進(jìn)行傾向充填開采時，下沉盆地中心靠近先開采的工作面一側(cè);(5)充填體終凝強(qiáng)度大于5.5MPa時地表下沉值基本不變，5.5MPa到4.6MPa之間地表下沉值變化量較小，其終凝強(qiáng)度小于4.6MPa時地表下沉值變化量開始逐漸增大