南山煤矿中厚煤层矸石充填材料研究

摘要

近年来我国经济的快速发展，能源需求量越来越大，煤炭资源的开采量急剧增加，导致易采煤炭资源日趋减少。然而“三下”(铁路下、建筑物下、水体下)压煤储量巨大，但却没有得到有效开采，这成为了制约矿区可持续开采以及矿区生产发展稳定的重要问题。采用顶板垮落法管理采空区会引起地表沉陷,造成房屋、道路、桥梁以及各种管道的破坏。同时在煤炭开采的过程中又排放了大量的煤矸石，矿区对于开采煤产生的煤矸石的处理方法一般是将煤矸石堆积在地面，占用土地资源，煤矸石经过长期的风化作用，地面的煤矸石就成了环境污染的一个重要来源。采取煤矸石充填开采的方法，既可以减少甚至消灭地上的矸石山解放土地资源，又可以作为地下采空区支撑体，减小地表沉陷，增加煤炭资源的采出量，改善矿区生态环境，解放铁路下、村庄建筑物下与水体下的煤炭资源。利用粉煤灰、煤矸石等废弃物充填采空区进行充填开采是煤炭行业发展的大势所趋，矸石充填开采研究也将成为我们研究的重点。　　本文以黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鹤岗分公司南山煤矿22-2煤层作为研究对象，研究了矸石充填材料。通过理论分析得出地表最大下沉量的表达式，其中充填体与顶板接触时的下沉量和充填体的性质是人为的可控因素，通过控制这两个参数的大小，我们可以控制最终下沉量。依据该煤层的地质情况以及采煤方法等因素建立数值分析模型，通过COMSOL Multiphysics数值模拟软件进行处理，数值模拟得出了未充填情况下、充填以及部分充填的应力分布图和顶板下沉分布图，充填时顶板的最大下沉值为0.1379米，采取充十米留十米的方式顶板最大下沉量为0.1743米，这两种方法能够很好的控制地表下沉量，起到保护地面建筑物的作用。对三下压煤开采具有意义重大。

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1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外充填开采技术研究现状

1.3 充填法采煤发展现状

1.4 研究内容和技术路线

1.5 本章小结

2 充填开采沉陷影响因素与力学模型分析

2.1 充填开采沉陷影响因素

2.2 充填开采覆岩力学模型

2.3 充填开采矿山压力显现分析

2.4 本章小结

3材料对充填体强度的影响

3.1 充填材料

3.2 充填体强度研究

3.3 本章小结

4 南山煤矿充填数值模拟

4.1 南山煤矿概况

4.2 数值模拟

4.3 本章小结

5 结论和展望

5.1 结论

5.2 不足和展望

参考文献

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