许厂煤矿膏体充填开采工作面矿压规律.pdf

论文题目 许厂煤矿膏体充填开采 工作面矿压规律 作者姓名岱猛猛 专业名称芷些王程 指导教师挂塞左 副指导教师柳篮盒 论文提交日期 论文答辩E l 期 授予学位日期 入学时间 2 Q 兰生2 且 研究方向芷出匡盘皇岩层控制 职称 教授 职称 高级王翟垣 且且且 4 5 6 一 生笙生 5 5 5 一-l一--J一．II一 0 一 O O 一塞 R E S E A R C Ho NM E C H A N I C So FU N D E R G R o U N DS T R E S SI NP A S T EB A C K F I L L I N G F A C EO FY IQ I N GC O A LM I N E AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f M A S T E RO FP H I L o S o P H Y f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y D a iM e n g m e n g S u p e r v i s o r P r o f e s s o rL i nD o n g c a i C o l l e g eo fM i n i n ga n dS a f e t yE n g i n e e r i n g M a y2 0 1 5 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 A F F I R M A T I o N 硕士生签名 日期 Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ea w a r do fM a s t e ro fP h i l o s o p h yi n S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n e ea n dT e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa e k n o w l e d g e ．T h ed o c u m e n th a s n o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i ci n s t i t u t e ． S i g n a t u r e D a t e 山东科技大学硕士论文摘要 摘要 膏体充填采矿技术的应用，是煤炭工业贯彻落实科学发展观、实现绿色采矿的重要 举措，是煤炭开采技术的革新，也是2 l 世纪采矿技术的重要发展方向之一。本文以淄博 矿业集团许厂煤矿为背景，采用理论分析、建立物理和力学模型和现场实践三种手段， 辅以F l a c s 6 数值模拟，从采场上覆岩层运动规律、矿山压力规律、支承压力分布规律等 三个方面，对膏体充填技术进行研究。 研究从对膏体充填体作用，膏体充填开采下沉影响因素和上覆岩层结构变化的理论 分析开始，借助弹性基础梁理论，建立膏体充填工作面物理和力学模型，建立了顶板岩 层下沉值z 、载荷P 、充填体反力三者之间满足力学方程和挠曲方程。利用F l a c 3 8 数值 模拟软件和工作面现场实测，得出膏体充填开采技术中覆岩应力变化特征及运动形式、 矿压显现规律特点，研究了膏体充填工作面在不同推进距离下，采空区充填体受力和项 底板相对运动、周围煤岩变形、上覆岩层周期性运动规律及矿山压力周期显现规律。 论文主要研究成果 1 1 3 3 1 膏体充填工作面充填效果良好，由于充填膏体对采空区覆岩有良好的支 撑作用，工作面覆岩运动相对不明显；由于充填膏体对采空区覆岩有良好的支撑作用， 在工作面前方顶板超前应力及其主要影响范围较小，顶板下沉量最大值，符合国家规程 要求，可以保证地面建筑物的安全。 2 综合数值模拟和现场实测结果，工作面初次来压步距分别为3 l m ，初次来压强 度2 7 M P a ，周期来压步距2 3 m ，周期来压强度在2 5 M P a 左右。同时由数据可知，膏体 充填工作面在开采一段距离后来压步距和来压强度同时出现减小。 3 从综采监测报表数据中看出，工作面支架载荷较为接近，下部略大于中部和上 部，整面支架工作阻力平均值为1 8 ．4 M P a ，最大值发生在4 2 号支架，最大工作阻力2 8 ． 5 M P a 。支架工作阻力合格率7 9 ．11 ％，初撑力合格率8 6 ．5 ％。由此可知，该工作面所用z C H 5 6 0 0 ／2 0 ／3 8 型充填支架满足使用需求。 关键词膏体充填；矿山压力；支承压力；数值模拟； 山东科技大学硕士学位论文A B S T R A C T A B S T R A C T T h ea p p l i c a t i o no ft h ep a s t ef i l l i n gm i n i n gt e c h n o l o g y , i ti sc o a li n d u s t r yt o c a r r y o u tt h es c i e n t i f i cd e v e l o p m e n tc o n c e p t ，t h e i m p o r t a n tm e a s u r e sf o rt h ei m p l e m e n t a t i o n o ft h eg r e e nm i n i n g ，i sai n n o v a t i o no fc o a l m i n i n gt e c h n o l o g y ，i so n eo ft h ei m p o r t a n td e v e l o p i n gd i r e c t i o no fm i n i n gt e c h n o l o g yi n21s tc e n t u r y 。I nz i b o m i n i n gg r o u p ，x u c h a n g ec o a lm i n ea st h eb a c k g r o u n d ，t h et h e o r e t i c a la n a l y s i s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n df i e l dp r a c t i c et h r e em e a n s ，s u p p l e m e n t e db yc o m p a r i s o na n da n a l y s i so nt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r eF l a c 3 d ，f r o mm i n i n go v e r b u r d e nm o v e m e n tl a w , t h em i n ep r e s s u r el a wf r o mt h r e ea s p e c t s ，s u c ha s ，a b u t m e n tp r e s s u r ed i s t r i b u t i o no ft h ep a s t ef i l l i n gt e c h n o l o g yw e r es t u d i e d ． R e s e a r c hf r o mt h er o l eo fp a s t ef i l l i n gb o d y ，t h ep a s t ef i l l i n g m i n i n gs u b s i d e n c eO v e r b u r d e na n dt h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h es t r u c t u r ec h a n g eo ft h e o r e t i c a la n a l y s i s ，b ym e a n so fe l a s t i cf o u n d a t i o nb e a mt h e o r y ，t h ep a s t ef i l l i n gm i n i n gp h y s i c sa n dm e c h a n i c sm o d e li ss e tu p ，s e tu pt h er o o fs t r a t as u b s i d e n c ev a l u e ，l o a da n df i l l i n gb o d yr e a c t i o n b e t w e e nm e c h a n i c se q u a t i o n sa n dd e f l e c t i o ne q u a t i o n 。U s i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r eF l a c 3 d ，f o ri nt h es a m eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so fp a s t ef i l l i n g m i n i n gt e c h n o l o g yw i t ht r a d i t i o n a lc a v i n gm e t h o dt od ot h e c o m p a r i s o n ，i ti s c o n c l u d e dt h a tt h ep a s t ef i l l i n g m i n i n gt e c h n o l o g yi nt h ef o r mo fs t r e s sv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dm o v e m e n to fo v e r b u r d e nr o c ka n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h el a wo fm i n ep r e s s u r ea p p e a rp a s t ef i l l i n gm i n i n gf a c ew a ss t u d i e du n d e rd i f f e r e n tf o r w a r dd i s t a n c e ，t h er e l a t i v em o v e m e n tf o r c eg o a ff i l l i n gb o d ya n dr o o fa n df l o o r ，t h es u r r o u n d i n gc o a la n dr o c kd e f o r m a t i o na n dt h e d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fa b u t m e n tp r e s s u r eo nt h el o n g i t u d i n a la n dd i r e c t i o n ，p e r i o d i cm o t i o nl a wo fo v e r b u r d e na n dt h em i n ep r e s s u r ec y c l ea p p e a r e dr e g u l a r l y P a p e rm a i nr e s e a r c hr e s u l t s 1 1 3 3 1 p a s t ef i l l i n gm i n i n gf i l l i n ge f f e c t i s g o o d ，b e c a u s et h ef i l l i n gp a s t eh a sg o o ds u p p o r t i n ge f f e c tt og o a fs t r a t a ，t h em o v e m e n to fw o r k i n gs u r f a c er o c ki sr e la t i v e l yo b v i o u s ；B e c a u s eo ff i l l i n gp a s t e h a sg o o d s u p p o r t i n ge f f e c tt og o a fs t r a t a ，a h e a do f 山东科技大学硕士学位论文A B S T I 淑T t h ew o r k i n gf a c er o o fs t r e s si na d v a n c ea n di t sm a i ni n f l u e n c es c o p ei s s m a l l ，am a x i m u ma m o u n to fr o o fs u b s i d e n c e ，c o n f o r mt ot h er e q u i r e m e n t so ft h en a t i o n a l r e g u l a t i o U S ，c a ne n s u r et h es a f e t yo fg r o u n db u i l d i n g s ． 2 C o m p r e h e n s i v e ．n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dt h em e a s u r e dr e s u l t so nt h ef h s tp r e s s u r es t e p31 m ，r e s p e c t i v e l y , f o rt h ef i r s tt i m et oc o m p r e s s i v es t r e n g t h2 7m p a ，p e r i o d i cw e i g h t i n gi n t e r v a lo f2 3m ，p e d o d i ew e i g h r i n gi n t e n s i t ya r o u n d2 5m p a ．B yt h ed a h aa tt h es a m et i m e ，t h ep a s t ef i l l i n gm i n i n gi n m i n i n gad i s t a n c el a t e rp r e s s u r ei n t e r v a 1a n dr e d u c et oc o m p r e s s i v es t r e n g t ha tt h es a m et i m et o a p p e a r ． 3 F u l l ym e c h a n i z e dm o n i t o r i n gr e p o r td a t as h o wt h a ts u p p o r tl o a dw o r k i n gf a c ei Sc l o s et oc e n t r a la n du p p e r ，l o w e rs l i g h t l y l a r g e rt h a nt h ea v e r a g es u r f a c es u p p o r tw o r k i n gr e s i s t a n c e i s18 ．4M P a ，t h em a x i m u mo c c u r r e di n4 2s t e n t s ，m a x i m u mw o r k i n gr e s i s t a n c eo f2 8 ．5M P a ．7 9 ．11 ％p a s sr a t e s u p p o r tw o r k i n gr e s i s t a n c e ．s e t t i n gt h ep e r c e n t o fp a s si s8 6 ．5 ％．t h ew o r k i n gf a c eZ C H 5 6 0 0 ／2 0 ／3 8t y p eo ff i l l i n gu s e ds t e n tu s ed e m a n d ． K e y w o r d s p a s t ef i l l i n g ；m i n ep r e s s u r e ；a b u t m e n tp r e s s u r e ；n u m e r i c a 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 lj l j l } i i 仑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 研究目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．4 研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 工作面地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．1 矿井概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 工作面概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．3 回采工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 3 膏体充填覆岩控制力学机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 1 3 ．1 膏体充填覆岩控制结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 3 ．2 膏体充填覆岩运动规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 3 ．3 充填开采工作面力学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 4 膏体充填数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 4 ．1 模型设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 4 ．2 模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 4 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 5 工作面矿压显现特征及顶板运动规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 5 ．1 工作面矿压观测方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 5 ．2 工作面支架支护阻力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 5 ．3 数据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 5 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 6 主要坌≠- I 论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 1 山东科技大学硕士学位论文 目录 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 2 山东科技大学硕士学位论文C o n m n t s C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1R e s e a r c hB a c k g r o u n d ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．2R e s e a r c hs i g n i f i c a n c ea n dg o a l ⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．⋯，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 I ．3P r e s e n ts i t u a t i o no fs t u d ya th o m ea n da b r o a d ⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1 ．4R e s a r c hc o n t e n ta n dt e c h n i c a lr o u t e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．⋯．⋯．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯．．．．．．．．．．．5 2W o r k i n gf a c es u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2 ．1G e n e r a ls i t u a t i o no fm i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ．2W o r k i n gf a c es u m m a r y ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2 ．3 M i n i n gt e c h n o l o g y ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3P a s t ef i l l i n gm e c h a n i s mo fs t r a t ac o n t r o lm e c h a n i c sr e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 3 ．1P a s t ef i l l i n gs 自r a t ac o n t r o ls t r u c t u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。11 3 ．2P a s t ef i l l i n go fs t r a t am o v e m e n tr u l e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．．1 3 3 ．3M e c h a n i c a lm o d e lo ff i l l i n g m i n i n gw o r k i n gf a c e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 5 4N u m e r i c a ls i m u l a t i o no ff i l l i n gp a s t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 4 ．1M o d e ld e s i g n ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 4 ．2N u m e r i c a ls i m u l m i o na n a l y z e ．．．．．．．．．．⋯．．，．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 3 4 ．3B r i e fs u m m a r y ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．，．．．．．．．．．．．．．2 9 5W o r k i n gf a c ep r e s s u r ec h a r a c t e r i s t i ca n dt h er e g u l a r i t y o fr o o fm o v e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 5 ．1W o r k i n gf a c ep r e s s u r eo b s e r v a t i o n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 0 5 ．2W o r k i n gf a c e s u p p o r tr e s i s t a n c e 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多平方米其中4 0 ％是耕地，矸石山占地2 0 0 0 0 多平方米【5 】。“三 下”开采已经成为我国煤炭事业发展的巨大瓶颈，不仅仅给国家带来大量的资源浪费， 同时也限制了煤炭企业的发展，造成矿井服务年限的大大缩短I 】。 随着“三下”压煤问题以及由煤炭开采引发社会问题的日益突出，充填开采技术得 到采矿工作者以及研究者的广泛重视。充填开采就是利用废弃的矸石，河沙等不可燃物 品充填入工作面采空区，由于采空区得到及时的充填，可以起到支撑上覆岩层，避免了 岩层的冒落、裂隙及弯曲下沉的出现，降低了地表移动变形程度，从而减少了地表的沉 陷以及对地面建筑物等破坏现象的产生卜9 1 。近年来，煤炭充填开采技术在山东、河北、 江苏等东部沿海地区得到快速的发展，随着该技术的大面积的推广及应用，充填开采技 术的理论及现场研究愈发关键和必要。 膏体充填开采技术主要是利用煤矿生产过程中产生的矸石，煤炭发电过程中产生的 粉煤灰、炉渣等废弃物以及城市生活中产生建筑垃圾，经过粉碎加工、比例混合、搅拌 1 些查型垫奎兰堡主兰笪堡塞 一 堕笙 等流程后加工成膏状浆体，即低成本特殊性质混凝土。在煤矿生产过程中，借助充填泵 通过管道输送到工作面，及时的充填采空区中，以实现在避免上覆岩层剧烈运动的情况 下最大限度地置换煤炭的绿色开采技术。 本文将以淄博矿业集团许厂煤矿膏体充填综采工作面为背景进行技术研究。许厂煤 矿综采充填工作面采用膏体充填开采工艺，即煤炭被开采出以后，工人紧接着对采空区 进行处理，最大程度对顶板的下沉进行控制，保护上覆岩层的完整性。研究员在工作面 的开采过程中通过对该工作面实施矿压观测，可以了解充填开采下工作面围岩移动与变 形特征、充填体受力变形特征、回采巷道变形特征以及支承压力分布特点等，归纳总结 充填开采的矿压显现规律，检验充填体的充填及其支承效果，为充填开采的顺利进行和 工作面的安全生产提供保障，同时也为后续充填开采时工作面提供科学依据。总之，借 助于对许厂煤矿膏体充填综放工作面覆岩运动规律及矿压显现特征的研究，不仅对充填 开采理论的建立具有重大意义，而且对采场支护结构参数设计、采场围岩矿山压力控制、 安全开采等工程实践具有重要的参考价值。 1 ．1 ．2 研究目的与意义 本文结合许厂煤矿13 31 膏体充填综采工作面地生产实际情况，对膏体充填开采中上 覆岩运动规律进行观测，总结出工作面的矿压规律；通过矿压观测研究支架工作状况， 为确定合理的顶板控制方案 液压支架的初撑力等 提供依据；通过矿压观测研究采空 区充填膏体稳定时间、充填效果、充填体受力、顶底板移近量及规律；掌握工作面超前 支承压力影响范围，确定超前支护距离及方式；了解巷道受采动影响情况，对巷道支护 进行效果分析。确保许厂煤矿在对“三下”煤炭资源的开采过程中，在保证地面建筑物 等的安全和最经济的条件下，最大程度的提高煤炭的采出率，延长煤矿寿命，提高企业 经济效益。项目的进行不仅仅对淄博矿业集团及同处于济宁矿区类似生产地质条件煤层 开采具有重要的指导作用，同时也具备良好的社会效益和经济效益。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 充填技术研究发展概况 充填开采根据充填材料、充填方式、运输方式等的不同分为水力充填、机械充填、 2 坐查型堇奎兰堡主兰垡丝窒．堑笙 矸石充填等不同的形式。根据数据统计1 9 6 5 年加拿大金属矿山开采中，将近一半的企业 采用了充填开采技术，他们在充填方式和充填材料选择方面做了大量的研究工作。 1 9 7 9 年德国格伦德铅锌矿为了解决金属矿山尾砂充填的过程中，需要建立复杂的隔 排水系统等问题，第一次使用了膏体充填技术[ 1 0 】。在二十世纪七八十年代，随着各国更 加严厉的环境保护法的推出，井下开采中产生的大量固体废弃物解决问题显得异常棘手。 膏体充填开采无废弃物，对地面最大程度保护的优点迎合了人们的需要，得到了大规模 的推广。膏体充填技术在德国成功应用以后，逐渐在南非、英国、美国、摩洛哥、俄罗 斯、加拿大、澳大利亚、葡萄牙、坦桑尼亚、土耳其等世界主要采矿国家的金属矿山得 到发展和应用。 在国内，金属矿山开采企业首先采用了膏体充填开采技术。从九十年代末开始，国 家重点项目“全尾砂膏体泵送充填工艺及其设备研究”建成了国内第一条以尾砂为主要 材料的膏体充填工艺系统。[ 1 1 1 随后膏体充填系统在湖北大冶铜绿山矿、湖田铝土矿、咯 拉通克铜矿得到应用。在应用过程中，国内研究员围绕充填材料种类选择、材料配比组 合、材料强度和流动性以及充填体力学性能进行了大量的试验研究，为充填技术开采的 广泛利用提供了理论支持。[ 1 2 1 2 0 0 6 年由济宁能源发展集团和中国矿业大学在山东济宁太平煤矿煤矿成功应用了 的膏体充填系统，该系统选用废弃的煤矸石和附近河流河沙及附近工厂粉煤灰等固体废 弃物做为充填材料，选用的充填材料造价便宜，成功提高了在强含水层、薄基岩、厚表 土层复杂条件下厚煤层采出率，提高了开采上限。[ 1 3 1 林东才教授针对北宿煤矿薄煤层开采，岩巷、半煤岩巷道掘进量大、辅助运输提升 紧张，进行了煤矸石充填料配比试验研究和井下泵送充填系统与工艺设计。采用大小矸 石仓结合的方法，实现了矸石的井下运输、破碎、储存；各种充填材料在搅拌机作用下 充分搅拌成似膏体状，再经煤矸石输送泵通过管路充填到采空区。f 1 4 】 平煤股份集团采用建筑物下矸石密实充填技术，克服了大采深、高冲击地压、高瓦 斯等复杂地质条件，将井上废弃矸石在井下处理，大大改善了矿区生产环境，同时保证 了上覆岩层移动得到有效控制及地面建筑物安全，最大限度的高效采煤。【t s ] 孙村煤矿采用似膏体自流充填系统，以煤矸石为充填物骨料，充填材料强调料浆浓 度及流动性，提高了采区的充填率，确保煤矿安全生产。以废弃煤矸石为材料，降低了 3 坐查型堇奎兰堕主兰篁笙茎堕笙 生产成本，同时也提高了煤矸石的利用率，解决了煤矸石排放过程中土地占用和水污染 问题。[ 1 e l 随着膏体充填技术在淄博矿业集团岱庄煤矿、新汶矿业集团孙村煤矿、河南煤业化 工集团鹤煤二矿的成功应用其优势逐渐显现，膏体充填技术保证避免地表沉陷现象的出 现的同时，利用了煤炭开采过程中产生的矸石去置换资源，提高了井田范围内保护煤柱 的采出率，提高了煤矿的服务年限。 1 ．2 ．2 膏体充填综采工作面上覆岩层运动规律研究现状 冯锐敏建立了充填开采条件下的数学力学模型 不考虑时间因素的影响 ，分析了 影响覆岩移动变形的主要影响因素，利用差分原理，建立了充填开采条件下多支点梁力 学模型 考虑充填体及覆岩移动变形的时空特性 。【1 7 ] 李杨通过建立计算机数值模型，模拟固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动规律， 观测不同工作面推进距离上覆岩层移动特征，与传统长壁垮落法开采做比较，对充填开 采下关键层运动以及上覆岩移动特征进行分析。1 1 8 ] 杨宝贵采用高浓度胶结充填体力学参数，借助数值模拟软件，结合新阳煤矿1 0 2 0 3 工作面地质条件，模拟了不同推进距离下，充填体上覆岩层在垂