煤矸石充填开采地表沉陷变形规律研究与分析

煤矸石充填开采是一项顺应煤炭绿色可持续发展、响应国家环保政策的矸石绿色处置新技术。矸石充填开采可以降低采空区顶板垮落的可能性,并对地表沉陷变形起到关键控制作用。为了准确预测煤矸石充填后对地面的减沉效果,以某煤矿为工程背景,首先概述了煤矸石充填系统总体布置,之后通过模拟,对地表沉陷变形规律进行了预测,以期为煤矸石充填开采控制地表沉陷提供参考。结果表明：通过数值模拟计算,某煤矿3211、3212、3213三个工作面充填开采后,预测最大水平变形绝对值为0.41 mm/m,最大倾斜变形绝对值为0.40 mm/m,最大曲率变形绝对值为0.002 6 mm/m²;实测最大水平变形绝对值为0.61 mm/m,最大倾斜变形绝对值为0.49 mm/m,最大曲率变形绝对值为0.013 6 mm/m²,实测数据较预测数据偏大,但偏差不大,且均低于国家Ⅰ级变形指标。研究结果表明：利用数值模拟预测煤矸石充填开采后地表沉降变形是可行的,煤矸石充填开采可以大大减缓地面沉降。     

矸石充填开采地表沉降分析——以山西华晟荣煤矿为例

为了准确评估矸石充填后的效果，以山西华晟荣煤矿3号矿井矸石充填开采为工程背景，通过布置网状观测点，形成地面沉降观测网，并定期记录高程数据与平面坐标，监测地表沉陷状况。结果表明，越靠近工作面，下沉越明显，且主断面的下沉值最大，介于250～300 mm之间；除靠近工作面的个别观测点外，多数观测点达到了I级指标，即倾斜变形值≤3 mm/m,曲率值≤0.2 mm/m,水平变形值≤2 mm/m.家属楼位于工作面东侧，最大下沉值为136 mm;污水处理厂有一部分位于工作面上方，最大下沉值为200 mm.因此，充填开采不仅解决了矸石地面堆放造成的环境污染问题，也有效控制了地面沉降，实现了矿山和生态的和谐发展。     

村庄下厚煤层综合机械化矸石充填开采地表沉陷与变形分析

为解放村庄下浅埋厚煤层资源,延长矿井服务年限,同时保证地面建筑物的安全使用,需开展浅埋厚煤层综合机械化矸石充填开采控制地表沉陷变形研究。以潞安集团王庄煤矿52采区5201工作面为例,首先对该矿井矸石进行了一系列级配试验,以提高矸石充填体的充实率;然后根据综合机械化矸石充填开采工艺设计了3种充实率控制方案,同时基于等价采高开采沉陷预计分析得出3种充实率控制方案的地表移动与变形值;最后依据地面建筑物损坏等级、矸石充填量以及充填工艺等因素综合确定了最佳充实率控制方案。研究表明:该方案实施不但能确保地面建筑物的安全使用,同时还节约了矸石充填材料。     

固体充填开采地表沉陷实测规律及控制效果分析

为研究充填开采地表沉陷特征及响应过程,以唐山矿9号煤层T3292充填工作面为工程背景,通过布置地表沉陷观测站进行长期观测,采用现场实测与理论分析相结合的方法,基于概率积分法分析地表变形参数。结果表明,充填开采地表下沉值较小,最大下沉值93mm,仅为采高的2.66%;工作面推进过程中地表超前移动,超前影响距离与超前影响角平均值分别为184.8m、75.7°,随着采空区面积的增大,超前影响范围略微增加;充填开采下沉系数为0.0283,主要影响角正切值为1.2,分别为垮落开采的3%～5%和50%～62%;地表最大水平变形0.236 mm/m、最大倾斜变形0.155 mm/m、最大曲率0.393×10-3 mm/m,对工作面进行合理的固体充填开采能有效控制地表变形,减小对地表建(构)筑物的损害。     

岱庄煤矿条带煤柱矸石膏体充填开采地表沉陷研究

 摘要：针对岱庄煤矿村庄压煤严重,矿井服务年限缩短,而传统条带法开采后遗留条带煤柱储量丰富的现状,根据国内煤矿膏体充填开采技术发展水平和煤矿绿色开采的发展要求,在分析现有建筑物下开采技术途径的基础上提出了采用矸石膏体充填材料充填进行建筑物下遗留条带煤柱开采, 通过对矸石膏体充填开采地表沉陷控制原理的分析研究,实施了建筑物下矸石膏体充填开采,并对地表沉陷进行了预计实测。该技术项目的研究将为我国“三下”压煤条带煤柱回收及矸石井下利用提供了前沿技术开发思路,对解放村庄下呆滞煤炭资源,提高资源回采率和经济效益,实现企业的可持续发展,具有重要的现实意义。截至2011年6月30日,已累计回收条带煤柱560m,置换原煤23.1万t,地表最大下沉量只有35 mm,远远小于原设计预计的300-400mm,地表变形控制效果非常好。     

邢台矿矸石与粉煤灰充填开采地表移动规律分析

邢台矿7606工作面是邢台矿区充填采煤的第一个试验工作面,文中结合该试验工作面,对地面矿区铁路和重要建筑物的采动变形动态过程进行监测,通过监测结果分析矸石与粉煤灰充填开采地表变形规律,为以后"三下"压煤开采提供可靠的设计依据和技术参数;为科学评价矸石与粉煤灰充填开采地表沉陷控制效果提供数据支持。     

急倾斜矿体充填法开采的地表沉陷特性研究

建筑物下开采资源时,必须对开采引起的地表沉陷及其对建筑物的影响进行评价,确保建筑物的安全。针对赵平房铁矿矿体的急倾斜特性,结合空场嗣后充填采矿方法,运用有限元分析软件进行数值模拟分析,获得了矿体开采、充填后地表的移动变形规律,以地表倾斜、曲率和水平变形为评价指标,研究了地表的沉陷特性。数值模拟结果显示,两步骤开采引起的地表竖直方向最大位移为0.37 m,倾斜、曲率和水平变形最大值分别为0.794 mm/m、0.0096mm/m2、0.710 mm/m,其值均远低于我国建筑物的保护等级标准。结果表明,赵平房铁矿矿体的充填开采对地表建筑物沉降安全的影响不明显。     

基于充实率的矸石充填开采地表移动数值模拟

为了研究矸石充填开采在不同充实率条件下的地表移动变形规律,采用FLAC3D数值模拟软件建立某矿区不同充填强度下的矸石充填开采数值计算模型,分析不同的充实率对地表沉陷的影响规律,并在此基础上结合等价采高理论对比分析了薄煤层垮落法开采与矸石充填开采地表移动结果,得出两者地表最大移动量的差值随充实率的变化特征,研究表明:矸石充填开采充实率越高,地表沉陷的控制效果越好,地表移动与变形极值均随充实率的增加而呈线性减小;基于等价采高的矸石充填开采预计是偏于保守和安全的,且随着充实率的增大,等效薄煤层与充填开采地表移动极值逐步接近,相对偏差逐渐减小。     

深部中厚煤层工作面矸石充填技术理论研究

以王楼煤矿三采区13313充填工作面为研究背景,通过对三采区地质采矿条件的分析,根据地表村庄和建筑物分布状况,依据煤层开采地表移动变形规律,对工作面充填开采引起的地表沉陷影响进行了预测与分析。提出了工作面充填开采设计方案,采用矸石充填的开采方法,以达到经济、合理、安全地采出建筑物下煤炭资源的目的。     

充填工作面的矸石充实率及最大下沉值的预计分析

矸石充填开采的目的是为了能够有效减小地面最大下沉,通过充填开采,提高回采率,延长矿井服务年限,减少资源的损失。该文对矸石充填工作面的矸石充实率做预计分析,为煤矿安全生产做好数据保障。对于地表的移动和变形,通过矸石的充实率并结合定期的岩移观测数据,预计最大下沉值。     

基于MSPS系统和FLAC3D软件的地下开采地表沉陷预测分析

地下开采可能诱发地面建(构)筑物变形及地表环境破坏,造成巨大损失。为研究地下开采后能否消除对地表建(构)筑物的安全影响,以拟采用充填采矿法开采的某金矿为工程背景,依据地下开采地表沉陷理论,运用MSPS和FLAC_^3D相结合的方法,对充填开采后地表沉陷进行预测分析与对比印证,确定矿区充填开采后地面沉陷范围与大小。预测分析结果表明：该矿采用充填法开采,并采取合理的安全对策后,由地下开采所诱发的地面沉陷变量均未超过地面保护对象的地表允许变形值,满足建(构)筑物保护等级的要求;MSPS系统预测的地表最大下沉值偏大,而FLAC_^3D软件预测的地表最大下沉值较小,可能与数值模拟岩体力学参数取值有关,两种方法预测的地表最大下沉值都在允许变形范围内。分析结果对该矿安全设施设计以及类似矿山地表稳定性分析具有参考价值。     

某金矿"三下"开采移动带内地表稳定性分析

为确保移动带内地表村庄、河流、道路的安全，同时最大限度地开采地下资源，结合某金矿大断裂带构造条件下采用尾砂胶结充填采矿法的工程实例，运用概率积分法理论计算出的矿山安全开采深度为108 m，小于覆岩厚度（130 m），满足安全开采要求。采用FLAC3D数值模拟方法对该矿“三下”开采移动范围内典型剖面的地表沉降进行了分析，经计算，最大倾斜变形为0.022 mm/m、最大水平变形为0.019 mm/m，与地表实测数据较接近，满足建（构）筑物保护等级要求。根据矿山井下爆破工程特点，计算出的矿山最大爆破安全允许距离为96 m，认为矿井爆破振动不会影响至地表。研究表明：该矿“三下”开采移动带内地表建（构）筑物安全稳定，对于该矿安全高效开采以及类似矿山开采移动带范围内的地表稳定性分析有一定的参考价值。     

超高水材料跳采充填采煤法地表沉陷规律

为了研究超高水材料跳采充填采煤法地表变形规律及地表沉陷控制效果,以某矿区地表沉降观测数据为基础,研究了充填开采各阶段的地表变形规律;采用关键层理论,并结合FLAC 3D数值模拟实验,研究了跳采过程中的关键层破断及地表沉降之间的时空关系,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果。研究表明,采用该方法在平均埋深340 m,采厚为4 m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1 174 mm,下沉系数为0.29,减沉率约为62.8%,采出率为89.2%,且下沉盆地范围明显减小。分析可知,充填可大大减小地表下沉量,跳采可控制下沉盆地的形态,有效的保护了地表重要的建（构）筑物。     

下煤层充填开采充实率设计的数值模拟

多煤层开采时,下煤层充填开采效果会直接影响地表移动变形值。充实率越高,地表缓沉效果越明显,但其开采成本也越高。基于此矛盾点,利用FLAC3D数值模拟软件,系统地研究了某矿区下煤层不同充实率方案时地表移动变形值的变化规律。实验结果表明：①随着充实率的提高,地表移动变形值是呈负指数函数减小的,直至趋于某值后不再变化;②在充实率为80%时,地表最大下沉值为750 mm、最大倾斜变形值为1.5 mm/m、最大水平移动值为1.4 mm/m,均满足规程要求。不仅能保证地面建（构）筑物的安全,还能达到最优的经济效益。研究成果对于指导下煤层充填开采具有十分重要的理论和现实意义。     

岱庄煤矿矸石膏体充填模式研究与应用

随着我国煤炭事业的发展,"三下"压煤问题逐渐突出,如何更合理有效的开采村庄等建筑物下压煤已经成为煤炭行业重要的研究课题。根据煤矿绿色开采的发展要求,提出了采用矸石膏体充填进行建筑物下遗留条带煤柱开采。提出了"大步距隔离全部充填法",条带煤柱工作面每推进4～5m,沿工作面作隔离充填,通过系统论证,确定充填系统能力150m3/h。结合岩移观测,得到地表下沉最大值为58.2mm,地表下沉系数为0.08～0.10。     

许厂煤矿矸石置换充填开采模式研究

 针对许厂煤矿面临的村庄建筑物下压煤、矿井上下矸石大量堆积等问题,提出了在煤柱中掘进巷道并利用矸石回填以置换开采出部分条带煤柱的新技术。在条带开采后所留设得大煤柱中集中布置2条宽4.0m、高5.0m得矸石充填巷,巷间煤柱宽4.0m,利用井下产生的矸石对该巷道进行回填。通过对充填巷道围岩变形监测,测得两帮移近量最大为20mm,顶底板移近量最大为17mm;配合地表运动监测分析得出,地表下沉效果不明显,可保证地表建筑物的变形在I级变形之内。     

充填开采地表移动变形规律数值模拟分析

为了研究充填开采地表移动变形规律,简要介绍了地下开采引起的地表移动和变形5项指标对地表建筑物影响情况,分析了5项指标之间的内在联系和对地表建筑物造成破坏的直接原因,引入了地表“下沉梯度”和“水平移动梯度”的概念,从而对充填开采提出了新的评价指标和要求,在减缓地表下沉量和水平移动量的基础上,需要重点关注对梯度的控制情况。针对新阳矿十采区10203充填开采工作面现场条件建立FLAC3D数值模型,对比分析充填法和垮落法开采的地表移动梯度变化规律。研究表明:充填开采减小了地表下沉量和水平移动量,显著降低了地表下沉梯度和水平移动梯度,地表趋近于均匀下沉和连续变形,能够有效地保证地表建筑物的安全。     

琅琊山铜矿地下采矿对复杂地表环境安全影响研究#br#

为分析琅琊山铜矿地下采矿对矿区地表复杂的建（构）筑物造成的影响，建立了地表地形和地下开采模型，采用数值模拟方法对矿山地下采矿造成的地表沉降变形进行模拟，得出地表最大沉降值为48.4 mm，且各个沉降区域分布扩展较为均匀，倾斜变形、曲率及水平变形最大值均小于允许指标。采取模拟监测的方法，通过布置主监测线和辅助监测线来获得监测数据，对沉降变形进行修正。主监测线最大沉降值为45.99 mm，辅助监测线监测结果与主监测线监测结果相近。研究结果表明，沉降最大区域附近属于均匀变形，开采对地表建(构)筑物安全影响较小，同时也为矿山开展地质灾害防治工作提供了理论依据。     

西部生态脆弱区村庄下固废绿色充填开采技术应用研究

针对西部生态脆弱区村庄下压煤及高强度开采产生的固废排放处置、地表沉陷控制难题,提出了短壁连采连充式胶结充填采煤技术。阐述了该技术的技术内涵和采充工艺,分析了充填材料的组成和强度,确定了适用于工程现场的充填材料矸石(炉渣)、粉煤灰、石膏、水泥、矿井水配比为74∶2∶2∶7∶15,料浆浓度为85%,该配比下充填体单轴抗压强度可达3.1MPa左右。该技术充填系统包括矸石运输系统、泥浆制备系统、监测系统、工作面充填系统四大部分。工程应用表明：该技术开采5.25m厚的煤层充实率可达98%以上,地面最大下沉量约为180mm,可处理工业固体废弃物40万t,充填效果良好。     

建筑物下煤矸石充填开采技术及实践

煤炭是支撑我国能源生产的基础资源,煤炭的持续、大规模开采造成了许多问题,如矿区生态破坏、建筑物沉降。因此,建筑物下回填控制地层和地表下沉的技术非常重要。目前,煤层颗粒物质、胶结材料和高含水率材料主要用于回填。总结了煤矿使用的回填材料CGFB的类型以及回填过程,提出了矸石充填开采技术的指导原则。实验结果表明随着工作面倾斜长度的增加,沉陷区和待回填区的面积增加。根据模拟结果,提出了煤矸石运动时间的优化方案,并对矸石回填采矿法进行了优化设计,确定了工作面倾斜长度,并缩短工作面以获得较高的充填率,保障了建筑物的安全性。