焦煤矿4＃煤充填开采地表供电铁塔保护效果预测研究

摘要

目前，随着经济的高速发展，煤炭资源以它的廉价、产能高等特性成为了推动社会进步的主要动力。将煤炭这种运输成本高的能源转化成更便于运输储藏的电力能源，煤炭用于发电也是清洁利用煤炭的最有效途径，为了统筹安排电厂和煤矿的统一管理，降低燃料成本和运行成本，井口电厂成了最好的方法。同时也带来了另外一个难题，当高压线铁塔通过压煤区，煤层开采导致的地表沉陷将严重威胁供线路的安全运行，如果矿井开采避开供电线路又会导致大量煤炭资源被压、难以开采。
　　本文针对大同焦煤矿4＃煤的实际开采及上覆高压线路情况为研究背景，为了保证地表高压线路的安全运行，在研究国内外充填开采的基础上，通过充填材料配比实验、力学性能实验、经济效果比较和数值模拟方法对大同焦煤矿4＃煤全部充填开采充填材料最佳配比研究。
　　1)充填材料选用该矿4＃煤所采出煤矸石、当地生产的水泥、砂石和聚羧酸等，通过三因素三水平正交试验和力学性能实验，确定出合理的配比试验组2、试验组4、试验组5和试验组7。比较不同配比的单位体积充填成本，试验组2的充填成本最低，单位体积的充填成本仅为90.76元;试验组7的充填成本最高，单位体积充填成本达到了142.86元。
　　2)在充填材料配比的基础上，通过FLAC3D数值模拟，对未充填和不同性质的充填材料的充填效果分析，试验组2下沉率为0.39、试验组4下沉率为0.37、试验组5下沉率为0.15、试验组7下沉率为0.167，试验组2和4都不满足保护地表铁塔的效果，试验组5和试验组7可以满足保护地表铁塔效果。
　　通过综合对比各个充填材料试验组单位体积充填成本以及对地表铁塔保护效果的数值模拟情况，选定出针对大同焦煤矿4＃煤最适合的充填配比是试验组5的（水∶骨料∶水泥=28％∶65.4％∶6.5％），标养28天的抗压强度5.637MPa，有效地将下沉率从0.54降低到0.15，达到保护地表铁塔的效果。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景及意义

1．2 高压线路铁塔的保护研究

1．3 充填开采技术的研究现状

1．3．1 采空区煤矸石的利用价值

1．3．2 充填技术的发展

1．3．3 胶结充填材料的基本要求

1．3．4 充填开采方法与工艺

1．3．5 目前充填材料的发展前景和遇到的困难

1．4 大同焦煤矿矿井概况

1．5 研究的主要内容

第二章 焦煤矿4#煤充填材料力学性能及可输送性实验研究

2．1 实验材料的制备

2．1．1 各材料特点

2．1．2 充填材料的取材

2．2 细骨料的细度模数计算

2．3 试验方案设计

2．4 充填材料的可输送性能试验研究

2．4．1 塌落度

2．4．2 塌落度的概念和试验概况

2．4．3 塌落度试验结果分析

2．5 多配比充填材料强度实验

2．5．1 实验方案

2．5．2 充填材料配比实验结果与分析

2．6 小结

第三章 地面充填系统与经济性分析

3．1 充填工艺系统

3．1．1 煤矸石破碎子系统

3．1．2 配比拌合搅拌子系统

3．1．3 泵送管道子系统

3．1．4 充填工作面子系统

3．2 经济效益分析

3．2．1 充填材料费用预算

3．2．2 机械人工费用

3．3小结

第四章 充填开采地表铁塔的保护效果对比分析

4．1 FLAC3D软件介绍

4．2 数值模拟对充填前后预计结果分析

4．2．1 模型的建立和边界条件的确定

4．2．2 数值计算方案

4．2．3 模拟结果及分析

4．3 铁塔安全性评估

4．4 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加的项目