多分层充填开采覆岩及膏体变形破坏研究
本文关键词: 膏体充填开采 水理性质 覆岩变形 应力演化 地表沉陷 等效采厚 出处:《中国矿业大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:山东太平井田煤系被第四系松散层覆盖,松散层平均厚度158m,松散层底部赋存一中等富水性含水层。太平煤矿六南采区基岩厚度0~32.6m,基岩较薄,故太平煤矿六南01工作面属于典型的厚松散含水层薄基岩下煤层开采。本文采用试验研究、理论分析、物理模型和数值模拟等方法,对膏体充填材料的长期力学性质和水稳性、以及在充填开采过程中的作用机理进行了研究,并对垮落法开采、充填开采及条带充填间歇开采等多种采煤方法的覆岩及充填体的变形移动特征与应力演化规律进行了对比分析研究。建立了膏体充填材料水稳性评判标准,提出合理且高效的开采方案,为矿井实际开采工作提供理论依据。主要成果如下:(1)以SL胶结料、粉煤灰及河砂为原材料的膏体充填材料具有较高的早期强度和后期强度,可满足充填体自稳及后期强度的需要;依据建立的水稳性工程评判标准,膏体充填材料的水稳性属中等至强,软化性质、耐崩解性较强,无膨胀性,稳定后的弱渗透性充填固结体可作为相对隔水层,对水体下膏体充填开采有利。(2)在总结分析膏体充填开采过程中充填体的作用机理及充填效果的影响因素的基础上,采用物理和数值模拟相结合的方法对太平煤矿六南01工作面不同方法分层充填开采进行了研究。研究结果表明,四分层开采结束后,四分层全垮落法开采对覆岩的扰动程度最大,其次是一分层垮落开采其余充填开采和四分层全部充填开采,四分层全部条带充填间歇开采对覆岩的扰动程度最小,地表沉陷控制效果最好。数值模拟推测等效采厚与实测等效采厚相吻合,太平煤矿膏体充填开采欠接顶量以及顶底板移近量控制效果非常好,膏体充填开采能有效的控制地表沉陷、上分层完整固结的充填体能为下分层煤层充填开采起到较好的隔水保护层作用。(3)结合相近的实际工程开采经验可知,近松散含水层薄基岩开采条件下,顶板垮落的情况下只可膏体充填开采二、三分层;四分层全部充填开采时,应严格控制采厚和开采范围,且四分层全部条带充填间歇开采时安全性最高,前三分层形成的膏体固结体可以有效抑制覆岩破坏的发展,对四分层开采起到有益的作用。
[Abstract]:The coal measures of Taiping mine field in Shandong Province are covered by the Quaternary loose layer, the average thickness of the loose layer is 158 m, and a medium water-rich aquifer exists at the bottom of the loose layer, and the thickness of the bedrock in the Liannan mining area of Taiping Coal Mine is 0.32. 6 m. Because the bedrock is thin, the coal face Liunan 01 of Taiping Coal Mine belongs to the typical coal seam mining under thin bedrock of thick and loose aquifer. This paper adopts the methods of experimental study, theoretical analysis, physical model and numerical simulation. The long-term mechanical properties and water stability of paste filling materials and the mechanism of action in the process of filling mining were studied, and the caving mining method was also studied. The characteristics of deformation movement and stress evolution of overburden and backfill in various mining methods such as backfill mining and strip filling intermittent mining are comparatively analyzed and the criteria for evaluating the water stability of paste filling materials are established. A reasonable and efficient mining scheme is proposed to provide a theoretical basis for the actual mining of the mine. The main results are as follows: 1) SL cementing material. The paste filling materials with fly ash and river sand as raw materials have higher early strength and later strength, which can meet the needs of self-stability and post-strength of the filling body. According to the evaluation standard of water stability engineering, the water stability of paste filling material is medium to strong, softening property, strong disintegration resistance, no expansion, stable weak permeability filling consolidation body can be used as relative water barrier. On the basis of summing up and analyzing the action mechanism of the paste filling and the influencing factors of the filling effect, it is beneficial to the plaster filling mining under the water body. Physical and numerical simulation methods are used to study the different methods of stratified filling mining in Liunan 01 face of Taiping Coal Mine. The results show that the four-layer mining is finished. The disturbance degree to overburden rock is the biggest by the four-layer full caving mining, followed by one stratified caving mining and the other filling mining and the four-layered total filling mining. The disturbance degree of overburden is minimum and the control effect of surface subsidence is the best. The numerical simulation results show that the equivalent mining thickness is consistent with the measured equivalent mining thickness. In Taiping coal mine, the amount of underconnected roof and roof and floor moving close control effect is very good, paste filling mining can effectively control the surface subsidence. In combination with similar practical engineering mining experience, it can be known that under the condition of thin bedrock mining near loose aquifer, the filling ability of complete consolidation of upper stratification plays a better role in protecting the water of the lower stratified coal seam. In the case of roof collapse, only two or three layers can be mined by paste filling. The thickness and the mining range should be strictly controlled when the four layers are completely filled, and the safety is the highest when all the four layers are filled with intermittent mining. The paste consolidation formed in the first three layers can effectively restrain the development of overburden rock damage and play a beneficial role in the four layers mining.
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TD823.7;TD325
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,本文编号:1441920
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