浅埋薄煤层超高水充填开采地表移动规律.pdf

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1、2010年第5期能源技术与管理19doi：10．39690．issn．1672—9943201005008浅埋薄煤层超高水充填开采地表移动规律范玮刚，冯光明，韩晓东，郑艳栋，张文涛(中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221008)[摘要]为了研究浅埋薄煤层超高水充填采空区后地表移动规律，根据某矿具体地质条件，采用FLAC3o数值模拟软件，建立了浅埋薄煤层超高水充填开采数值模型。在影响地表沉陷的诸多因素中，模拟主要给出了充填体强度一定，充填率不同时的地表下沉等值线图及下沉最大值，回归分析得出了相应函数关系式并分析出其原因。研究表明：在充分采动或超充分采动条件下，地表下沉最大值W随

2、超高水充填率的增大呈线性关系减小，表达式为W=-0．8396+O．8378。[关键词]浅埋薄煤层；地表沉陷；超高水充填开采；数值模拟[中图分类号】TD823[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2010)05一no193制而成，B料以多种矿物按一定的比例混磨而成，0引言辅料AA为复合超缓凝剂，辅料BB为复合超速凝随着我国煤炭资源开采强度的不断加大，中、剂。使用时，A、B料以重量比1：1使用，水体积可厚煤层的储量急剧下降甚至枯竭，薄煤层逐渐成达95％～97％，用水量超高，初凝时间为0．5～1．5h，为主采煤层3。我国薄煤层资源分布广泛，煤质较终凝强度0．5～1．0MPa

3、，且生成的崮结体不收缩，好，在部分省区的储量中所占比重较大。如四川省也不可压缩，是一种理想的采空区充填材料。占60％，山东省占54％，黑龙江省占51％，其它产2超高水充填开采浅埋薄煤层对地表下煤省份如山西、内蒙、河北等也有丰富的薄煤层资沉影响的数值模拟源E。由于部分薄煤层埋藏较浅，因此研究如何安全高效的开采这部分资源，保护地表不出现严重根据某矿的地质和采矿条件，利用FLAC建的破坏和变形将具有十分重要的意义。目前实践立了浅埋薄煤层超高水充填开采数值模拟模型，表明：超高水材料充填采煤作为一项新兴的处理就浅埋薄煤层超高水材料充填开采与地表沉陷规采空区和地表减沉技术，可大大减缓采空区

4、覆岩律进行了研究，得出了充填体强度一定时，不同充的下沉，达到保护地表、实现绿色开采的目的E33。填率与地表下沉变化的规律及函数表达式。超高水充填开采时覆岩受采空区充填体的制约，2．1建立数值模型其移动变形规律有别于传统垮落法开采覆岩移动根据华北地区某矿的生产地质条件建立数值变形规律。而当前对浅埋薄煤层超高水充填开采模型。开采条件：采深平均约160m，采厚1．2m，地表沉陷规律的实测资料和相关理论研究还比较开采走向240m，倾向400m。缺乏[4]。因此论文研究对超高水材料充填开采方模型坐标采用直角坐标系，所采煤层为近水案优化设计和地表移动变形预计具有一定的实践平煤层，方便起见，

5、建为水平模型。取XOY面为水和理论指导作用；对深入研究浅埋薄煤层超高水平面，z轴为竖直方向，规定向上为正。煤层走向为充填开采地表沉陷规律具有十分重要的意义。x轴，倾向为Y轴，重力方向为z轴，具体模型如图1所示。1超高水材料简介模型的上边界取至地表，下边界取至所开采超高水材料是由中国矿业大学冯光明教授经煤层以下40m，煤层厚度为1．2m，上下高度为十余年研究而发明的一种采空区充填材料。该材200m。考虑边界影响，为了真实的反映出地表沉料能较好的适应“三下”充填开采的要求，目前处陷的实际情况，走向方向煤柱两侧各留80m的煤于推广应用阶段。该材料由A、B料和AA与BB柱，倾向方向两侧

6、各留100m的煤柱。即模型尺寸辅料构成。A料以多种矿物按一定的比例混合烧为400m×600mX200m。模型共划分了12960020范玮刚，等浅埋薄煤层超高水充填开采地表移动规律2010年第5期个单元，节点137555个。模拟表土层厚度为表沉陷的诸多因素中，数值模拟主要考虑了充填93．5m，上位老顶为331TI，下位老顶为27ITI，直接率对地表移动的影响。充填率是指采出空间体积顶为5-3m，煤层厚度为1．2ITI，底板厚度401TI。与相对应的充填浆体体积之比：：2式中，k为充填率为充填浆体体积；为采空区体积。考虑超高水充填材料中水体积占到95％～97％，具有良好的流动性且所

7、建模型为水平模型，浆液在充填采空区过程中自行逐步上升，故充填过程中影响充填浆体体积或充填率的主要因素即图1FLAG~计算模型图为充填高度，不同充填率可用充填高度来表示。该一■■ll一■l■■一模型边界条件如下：左右边界施加水平位移底煤直顶顶表模拟给出了充填体强度一定，充填率不同时的4板西接板2板壁土约束，底部边界垂直方向位移固定，顶部为自由边个对比模拟方案，模拟充填高度分别取0．8m，0．9m，界．模拟岩层对矿区综合柱状图进行了简化，对岩1．0In，1．1nl。同时，为了凸现充填率对地表移动