村庄下膏体充填采煤控制地表沉陷的研究

论文摘要

村庄下膏体充填采煤是保护地表、提高采出率、实现不迁村采煤的绿色采矿新技术,是缓解我国煤炭资源紧张的形势、实现可持续发展的有效途径。文章以小屯矿南旺村保护煤柱膏体充填开采项目为背景,研究膏体充填工作面控制地表沉陷效果,为实际生产提供理论参考。通过现场调研、分析保护煤柱生产条件,设计出充填开采方案,预计比传统条带开采提高采出率1.3倍。实验室测出不同膏体强度特性,拟合出龄期强度曲线。采用FLAC软件模拟分步开挖、分步充填、膏体强度按实验室测试过程逐步增强的开采、充填过程,与实际作业过程一致。得到9组不同特性膏体充填过程中工作面顶板与地表的动态下沉数据。通过理论分析,总结出充填开采受膏体支撑作用影响上覆岩层的活动规律,并对比垮落法开采的不同。通过灰色关联度方法分析计算出膏体龄期强度与地表和顶板下沉量的关联度,指导配制龄期强度特性更有利于控制沉陷的膏体材料。应用概率积分法的原理使用矿区沉陷预测预报系统(MSPS)预测充填开采后地表的下沉、倾斜、曲率、水平变形情况。各项地表变形值都小于《三下采煤规程》中规定的Ⅰ级破坏标准,充填开采能够有效控制地表沉陷,满足保护地表建筑的设计要求。膏体充填开采可以高效采出村庄压煤。通过目前膏体充填开采技术条件分析,为今后的发展提出了建议。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的
• 1.1.1 我国煤矿膏体村庄下开采的意义
• 1.1.2 研究地表沉陷的意义
• 1.2 国外研究现状
• 1.2.1 国外建筑物下采煤概况
• 1.2.2 国外充填采矿的发展状况
• 1.2.3 国外开采沉陷理论的发展和主要内容
• 1.3 我国研究现状
• 1.3.1 我国建筑物下采煤概况
• 1.3.2 我国充填采矿的发展状况
• 1.3.3 我国开采沉陷理论的发展和主要内容
• 1.4 研究内容及方法
• 1.4.1 研究的主要内容
• 1.4.2 研究的主要方法
• 2 南旺村保护煤柱膏体充填开采条件及设计
• 2.1 南旺村保护煤柱开采条件
• 2.1.1 峰峰集团煤炭开采形势
• 2.1.2 南旺村概况
• 2.1.3 大煤煤层地质条件
• 2.2 南旺村附近开采情况与建筑物现状调查
• 2.2.1 南旺村附近开采情况
• 2.2.2 南旺村建筑物及地表现状
• 2.3 充填开采设计
• 2.3.1 充填工作面布置
• 2.3.2 充填方法的选择
• 2.4 开采观测设计
• 2.4.1 充填采煤工作面矿山压力观测目的和任务
• 2.4.2 充填工作面矿压观测
• 2.4.3 充填工作面回采巷道围岩变形观测
• 2.4.4 设置村庄观测站点的目的与要求
• 2.4.5 开采沉陷观测工作的基本概念
• 2.4.6 开采沉陷观测站的设计
• 2.5 本章小结
• 3 膏体充填原材料选择及其配比试验
• 3.1 充填体支护的理论分析
• 3.2 膏体充填原材料的选择
• 3.3 充填原材料的物理化学分析
• 3.3.1 煤矸石
• 3.3.2 粉煤灰
• 3.4 膏体充填材料配比选择试验
• 3.4.1 膏体充填材料基本性能要求
• 3.4.2 煤矸石级配优化
• 3.4.3 胶结料类型选择
• 3.4.4 水淬渣与粉煤灰选择
• 3.4.5 矸石膏体配比选择
• 3.5 本章小结
• 4 充填开采过程数值模拟
• 4.1 FLAC 软件介绍
• 4.2 数值模型建立
• 4.2.1 模型边界的确定
• 4.2.2 模型边界条件和岩体参数的确定
• 4.3 数值模拟过程
• 4.3.1 实际充填开采过程
• 4.3.2 模拟充填开采过程
• 4.4 模拟结果及初步分析
• 4.4.1 顶板及地表下沉过程
• 4.4.2 顶板及地表下沉盆地
• 4.4.3 与垮落法开采对比
• 4.5 膏体强度因素对下沉控制的影响分析
• 4.5.1 灰色关联度基本原理
• 4.5.2 数据的选择
• 4.5.3 灰色关联度分析计算
• 4.5.4 灰色关联度结论
• 4.6 本章小结
• 5 充填开采地表保护预测
• 5.1 概率积分法概述
• 5.2 地表变形预测
• 5.2.1 充填开采前地表变形预测
• 5.2.2 充填开采后地表变形预测
• 5.2.3 地表变形预测分析
• 5.3 本章小结
• 6 主要结论及建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 存在问题和建议
• 6.2.1 论文存在的问题
• 6.2.2 对下一步工作的建议
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集