煤矿膏体充填开采上覆岩层变形移动规律及地表沉陷控制研究

摘要

煤矿膏体充填开采是一种解决“三下”（建筑物下、铁路下和水体下）问题的有效煤矿开采方法，与传统开采方法、水砂充填等开采技术相比较，膏体充填开采在安全性大幅度提高安全性下，使升采出率也得以大大提升、同时也使生态环境得到保护等益处，推广和应用该充填技术完全响应了国家一直大力提倡的煤矿绿色开采，而且有效解决了“三下”压煤和矸石山堆积占地等传统煤炭开采技术存在的一系列问题。该文将结合物理实验数据和计算机数值模拟等方法，对煤矿采用膏体充填开采时上覆岩层变形下沉移动规律以及采区上方地表的沉陷等问题进行分析探讨和研究。 本文将采用数值计算、物理模拟与实际工程应用技术相结合的办法，对膏体充填开采时上覆岩层的变形移动破坏过程以及范围进行研究。并阐述了充填体的支护作用机理。 本论文在一系列不同充填率下对膏体充填进行物理和数值模拟来揭示其采煤的上覆岩变形移动规律，结果表明显示它可使上覆岩层只发育弯曲下沉带和微小裂隙带但是不会出现垮落的现象，很好的控制了上覆岩层，同时也降低了采煤工作面的矿压显现强度。 本论文根据小屯矿膏体充填开采技术进行实施的采煤工作面的具体状况和问题，观测和分析小屯矿充填开采工作面充填后的地表下沉规律进，与此同时详细分析了小屯矿充填开采的成本构成和存在的实际问题，介绍小屯矿充填开采取得的成果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的提出和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 膏体充填技术发展历程

1．2．2 地表沉陷的理论研究现状

1．2．3 膏体充填开采上覆岩移动规律研究现状

1．3 膏体充填的技术特点及存在的相关问题

1．3．1 煤矿膏体充填的优点

1．3．2 煤矿膏体充填的技术特点

1．3．3 膏体充填存在的相关问题

1．4 研究内容与方法

1．4．1 本论文研究的主要内容

1．4．2 研究方法

第2章 膏体充填材料选择和配比率实验

2．1 充填体支护的理论分析

2．2 膏体充填材料配比选择试验

2．2．1 膏体充填材料基本性能要求

2．2．2 矸石膏体配比选择

第3章 充填开采上覆岩变形破坏的相似模拟实验研究

3．1 膏体充填上覆岩层变形破坏的相似模拟实验

3．1．1 相似模拟实验原型

3．1．2 相似条件的确定

3．1．3 数字模拟结果与分析

3．1．4 不同充填率覆岩移动变形破坏特征对比分析

第4章 上覆岩层变形破坏的数值模拟研究

4．1 数值模拟软件简介

4．2 数值模型的开采

第5章 覆岩变形破坏的理论计算

5．1 覆岩破坏和地表下沉的机理

5．2 极限充填步距和安全充填步距

5．3 充填开采上覆岩层变形破坏规律

第6章 工程应用

6．1 南旺村采区概况

6．2 小屯矿南旺村地质构造

6．3 充填方法的选择

6．4 充填工艺

6．5 充填系统布置

6．5．1 充填站设备布置

6．5．2 矸石破碎子系统设选择

6．5．3 膏体配比搅拌子系统

6．5．4 膏体充填管道泵送子系统

第7章 小屯矿充填技术现场观测方案与效果预测

7．1 南旺村保护现状

7．2 膏体充填开采沉陷预测及其对地表房屋损害分析

7．2．1 膏体充填地表沉陷量分析

7．2．2 膏体充填开采地表变形分析

7．3 煤矿充填开采技术对矿区环境的保护影响分析

7．4 膏体充填系统投资预算与经济社会效益分析

7．4．1 充填系统初期建造费用概算

7．4．2 煤矿膏体充填开采的成本预算

7．5 膏体充填技术节省费用的计算

7．5．1 膏体充填不迁村采煤经济效益分析

7．5．2 膏体充填不迁村采煤社会效益分析

结论与展望

参考文献

作者简介