周源山煤礦膏體充填開(kāi)采地表沉陷研究.pdf

1、我國(guó)“三下”壓煤量大，該問(wèn)題在煤炭?jī)?chǔ)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(wàn)噸，占礦井保有儲(chǔ)量的81％，“三下”壓煤?jiǎn)栴}嚴(yán)重。論文對(duì)充填材料及膏體充填開(kāi)采對(duì)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(kāi)采提供借鑒。
　　對(duì)“三下”采煤方法中的條帶開(kāi)采、分層開(kāi)采、房柱開(kāi)采、協(xié)調(diào)開(kāi)采和充填開(kāi)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(wèn)題的膏體充填開(kāi)采作為解決周源山煤礦“三下”壓煤的開(kāi)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(kāi)裂的充填材料試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，對(duì)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(shí)間、初凝強(qiáng)度和

3、終凝強(qiáng)度;(4)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管路布置要求充填料可泵送時(shí)間不少于2.5小時(shí)，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(duì)膏體充填開(kāi)采對(duì)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(kāi)采時(shí)影響范圍建立;(2)通過(guò)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(cè)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(kāi)采數(shù)值模擬;(5)計(jì)算過(guò)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(guò)程。
　　對(duì)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(kāi)采地表變形小于傾向充填開(kāi)

5、采;(2)進(jìn)行走向充填開(kāi)采時(shí)工作面下部應(yīng)力達(dá)到1.23MPa，在沒(méi)有專用膏體充填支架時(shí)可優(yōu)先考慮傾向充填開(kāi)采;(3)膏體充填開(kāi)采下沉盆地中心靠近采區(qū)中心，與進(jìn)行垮落法開(kāi)采時(shí)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(kāi)采時(shí)，下沉盆地中心靠近先開(kāi)采的工作面一側(cè);(5)充填體終凝強(qiáng)度大于5.5MPa時(shí)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(shí)地表下沉值變化量開(kāi)始逐漸增大