王河矿膏体充填开采覆岩移动变形及地表沉陷规律研究

摘要

膏体充填开采指的是将充填体借助充填泵通过充填管道输送到采空区内，从而来控制覆岩移动变形及地表沉陷，与传统垮落法开采相比，它能减少对土地资源、水资源、建筑物等的破坏，具有安全性好、采出率高、对环境友好等特点，是一种有效的绿色开采技术。文章以王河矿10903充填开采工作面为背景，研究了膏体充填开采条件下覆岩移动变形及地表沉陷规律。
　　本文借助数值模拟和理论分析，对传统垮落法开采和膏体充填开采下的覆岩破坏特征进行了分析，并计算了充填开采覆岩导水裂隙带高度。在对控制覆岩及地表移动的影响因素剖析基础上，通过建立岩梁力学模型，得出了充填前顶板移近量的计算公式。研究表明：充填开采后覆岩并没有形成传统的“三带”，而是只有裂隙带和弯曲下沉带；充填后覆岩导水裂隙带高度为8.3m，小于隔水层厚度9.18m，与传统开采相比，充填开采能有效防治矿井水害；影响覆岩及地表移动的充填因素主要是充填前顶底板移近量、充填体未接顶量、充填率压缩量；通过顶板移近量公式，计算出充填前顶板移近量为30mm。
　　采用UDEC数值模拟软件分析了传统垮落法开采和膏体充填开采不同条件下的覆岩移动变形及地表沉陷规律，得到膏体充填开采不同工作面推进距离、充填体不同弹性模量、不同充填率时覆岩及地表移动变形规律。结合工作面地表现场实测，进一步对地表移动特征进行了研究，经计算得到了地表移动相关参数及各项地表沉陷变形值。研究结果表明当10903工作面充填体弹性模量为1Gpa、充填率81％时，充填开采能有效控制地表沉陷，满足保护地表建筑的设计要求。本文的研究成果对王河煤矿后续充填开采具有一定的指导意义，并为其他类似地质采矿条件下矿区进行“三下”开采提供了相关的科学依据和工程借鉴。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 矿井及工作面概况

2.1 矿区自然地理概况

2.2 矿区地质概况

2.3 工作面水文地质条件

2.4 工作面充填概况

2.5 本章小结

3膏体充填开采覆岩移动破坏规律及影响因素探析

3.1煤矿开采引起的采动影响分析

3.2垮落开采与膏体充填开采覆岩破坏特征

3.3覆岩导水裂隙带发育高度

3.4膏体充填开采覆岩及地表移动影响因素探析

3.5顶板移近量的计算

3.6覆岩与地表移动因素的控制措施

3.7本章小结

4覆岩移动及地表沉陷数值模拟

4.1 UDEC软件简介

4.2数值模型的建立

4.3垮落法开采覆岩移动及地表沉陷数值模拟

4.4不同充填条件下覆岩移动变形及地表沉陷数值模拟

4.5 本章小结

5膏体充填开采地表移动变形实测与分析

5.1地表观测站设计

5.2 10903工作面地表移动变形规律

5.3地表移动变形特征分析

5.4 地表建(构)筑物受采动影响评价

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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