不同采-留-充开采方法下地表沉陷控制研究

作者:贺强;韩兴华; 刊名:煤炭科学技术 上传者:崔玲

【摘要】基于浅埋煤层开采下的地表沉陷控制理论及控制方法,提出不同开采方法相结合的开采模式.以关键层理论为依据,试验研究为基础,并结合数值模拟分析,研究了不同采-留-充相结合的开采方法对该矿区地表沉陷的控制作用.结果表明:在充填材料中加入膨胀剂能提高充填体的接顶率;采用采-留结合的方式开采时,采25 m留25 m时地表变形最小,煤柱能够保持长期稳定性;采用采-留-充开采时,若完全置换留设煤柱,即置换25 m煤柱时,充填高度需达到4.5m,此时充填高度等于采厚,可有效控制地表变形;若置换20 m煤柱时,充填高度只需达到4.3m,此时充填体最终抗压强度为7.41 MPa,能够维持充填体的长期稳定.

全文阅读

引用格式:贺强,韩兴华.不同采-留-充开采方法下地表沉陷控制研究[J].煤炭科学技术,2017,45(3):32-36,42.HeQiang,HanXinghua.Studyofminingsubsidencecontrolunderdifferentmining-fillingmethods[J].CoalScienceandTechnology,2017,45(3):32-36,42.0引言由地下开采引起的覆岩移动与地表沉陷是一个复杂的力学变化过程[1-3]。在我国,每采1万t煤就会有0.01~0.29hm2的土地发生沉陷,不但严重影响了矿区人民的生产生活,而且有悖于煤矿绿色开采[4,5],这种现象在浅埋煤层开采中尤为突出。近年来,各级政府采取了各种各样的方法来治理采煤沉陷区,但在投入大量的人力、物力的基础上仍然只取得微弱的效果,因此选择有效的开采方法是解决开采沉陷的根本方法。充填开采是在采空区顶板垮落之前,用充填材料填充采空区,以期使顶板不跨落,从而起到限制地表变形的目的。郭爱国等[7]对充填开采的现状及发展情况做了宏观性论述。随着充填开采技术的进一步成熟,对充填开采的核心问题做了大量的研究,即充填开采对地表及覆岩的控制效果研究[8-10]。常庆粮等[11]、缪协兴等[12]对充填材料的力学特性、覆岩控制以及力学变化过程做了指导性研究。条带开采也是一种控制开采沉陷的行之有效的方法。郭文兵等[13]对条带开采的发展现状做了研究。后来,部分学者又对条带开采过程中煤柱的稳定性做了一些研究[14-15],认为条带开采中,采、留宽度是影响开采效果的重要指标。因此,对条带煤柱的采留宽度做了大量研究[16-17],但其较低的采出率严重制约了条带开采的广泛推行。基于载荷置换理论的置换开采在合适的充填材料配比下不但能保证置换前后地表变形仍控制在建筑物级允许值以内,而且能最大化地置换煤柱,既降低了开采成本又提高了煤炭采出率[19-21]。因此,笔者通过实验室制备具有膨胀变形性质的膏体材料以及采用数值模拟的方法,研究了不同“采-留-充”相结合的开采方式对地表沉陷的控制作用,以期得出一种既经济合理又能够实现控制地表沉陷效果最好的开采模式。1充填材料力学性能测试针对现今膏体材料存在的充填接顶率低、早期强度不高的问题,研究了在膏体材料中掺入膨润土后材料的膨胀性能及抗压强度。膨润土与水泥的质量之比n取6个水平,n分别为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0。测得充填体膨胀率e如图1所示,“-”表示压缩。图1充填体膨胀率随膨润土含量的变化曲线Fig.1Rateofexpansionalongwithchangeofbentonitecontent由图1可知,n=0、0.2%、0.4%、0.6%时,充填高度为4.2、4.3、4.4、4.5m。当n由0增加到1.0时,膏体膨胀率由-6.63%增加到4.39%。当n<0.6时,随着膨润土含量的增加,膏体膨胀率基本呈线性增加,并且达到n=0.6时膏体材料已经发生膨胀。将不同配比的膏体试件分别置于50mm100mm圆柱型模具中,测试不同养护龄期下膏体材料的单轴抗压强度,如图2所示。不同配比膏体材料28d的抗压强度极限为3.48~8.86MPa,平均为5.66MPa。膏体材料的单轴抗压强度随着养护龄期时间的增加而逐渐增大,但同一龄期(8h、7d、28d)膏体材料的抗压强度则随着膨润土掺量由0逐渐增加到100%时呈减小趋势。图2不同龄期膏体材料的单轴抗压强度Fig.2Uniaxialcompressivestrengthindiff

参考文献

引证文献

问答

我要提问