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1、充填開采引起地表沉陷的影響因素探討武龍飛，周華強，李鋒，舉群迪,郭振華（中國礦業(yè)大學(xué)能源與安全工程學(xué)院?江蘇徐州221116）［摘要］針對煤礦膏體充填開采，就其引起的地表沉陷影響因素進行探討，通過數(shù)值模擬和實踐分析總結(jié)出形響因素可從三個方面考慮，即下沉量因素、壓縮童因素和巖性因素。其中充填前頂板下沉量、充填■體欠接頂量和充填體壓縮量是三個主要彩響因素，此外，特定地質(zhì)條件下應(yīng)考慮關(guān)鍵層和厚表土層的彬響因素。［關(guān)鍵詞］膏體充填;地表沉陷；影響因素；敗值模擬［中圖分類號］TD823.7［文獻標(biāo)識碼］B［文章編號］1672?9943（2008）01>0021<030引言我國煤炭資源“三
2、下”壓煤最大，很多礦井煤炭資源正在逐步枯竭。因此，研究采動破壞規(guī)律以及減少采動破壞的影響，是地表沉陷控制科研工作者的重要任務(wù)。而膏體充填采煤技術(shù)又是煤礦綠色開采技術(shù)的重要組成部分⑷,所謂固體廢物膏體充填就是把煤礦附近的煤肝石、粉煤灰、爐渣、劣質(zhì)土、城市固體垃圾等在地面加工成不需脫水的牙膏狀漿體，利用充填泵或重力作用通過管道輸送到井下，適時充填采空區(qū)的采礦方法⑵。膏體充填能有效的控制地表沉陷，但由于地下開采引起的巖層移動及地表下沉是一個復(fù)雜的物理、力學(xué)變化過程,而且采用膏體充填開采解決不遷村采煤在國內(nèi)外還屬首次，在開始實踐時可能存在某些不完善之處，因此，在此期間研究分析其引起地表
3、沉陷的影響因素是十分必要的，本文可以為煤礦膏體充填采煤控制地表沉陷提供一定的參考。1地表沉陷影響因素及分析地下開采就會引起地表的移動。膏體充填可以有效的控制地表沉陷，但也不能完全控制采空區(qū)上覆巖層的變形、移動和破壞。因為充填總是滯后采煤進行的，這就不可避免的會引起一定的沉陷乃至破壞，因此了解和控制引起下沉的因素對“三下”采煤是至關(guān)重要的。通過理論分析和膏體充填開采的實踐可以總結(jié)岀，其影響因素可從三個方面考慮，即下沉量因素、壓縮量因素和巖性因素。分析考慮時列出下面的六個具體影響參數(shù)必為充填前的頂板萬方數(shù)據(jù)下沉疑;S2為充填欠接頂量;S3為充填體壓縮最；&為頂板壓縮量;&為底板浮煤
4、壓縮量;&為底板壓縮量。，這六個因素中按性質(zhì)不同分為兩部分，即下沉量因素、壓縮量因素，其中$可看作下沉量的因素，因為未充滿的欠接頂就會直接導(dǎo)致頂板的下沉;S3為充填體壓縮量，與其本身的強度和圍巖的壓力有關(guān),而頂板、底板和浮煤的壓縮at與頂?shù)装宓膸r性有關(guān)，應(yīng)根據(jù)實際情況具體確定其影響大小。它們都屬于壓縮量因索。此外，特定的地質(zhì)條件下，還存在巖性因素，而此時它有可能成為主要因素之一。當(dāng)上覆巖層中存在關(guān)鍵層時得考慮關(guān)鍵層的破斷下沉對地表的影響，充填要控制住主關(guān)鍵層的下沉，進而達到控制地表沉陷的要求。當(dāng)?shù)V區(qū)有深厚表土層覆蓋時，還要考慮土層固結(jié)和地表水下降引起的地表下沉。1.1下沉■因素
5、此處的下沉量是指采場附近范圍內(nèi)的下沉量，其包括充填前頂板下沉量Si和充填欠接頂懾s2o而上覆巖層及厚表土的下沉劃到巖性因素的考察范圍。下面通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場實際具體分析這兩個因素對地表下沉的彩響。1.1.1充填前頂板下沉量充填前頂板下沉量Sj,它可以用頂?shù)装逡平縼砉浪悖鶕?jù)上覆巖層移動規(guī)律,可以得出頂?shù)装逡平颗c煤層采高、控頂距成正比關(guān)系，即頂?shù)装逡平靠砂聪旅婀接嬎悖簊=tjML'd式中,M為煤層采高為最大控頂距（煤壁至末排柱的距離）,m；77為下沉系數(shù)。根據(jù)我國50個工作面的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果得知，下沉系數(shù)-0.025~0.05⑶,這個統(tǒng)計是基于摩擦支柱而得出的，而單
6、體液壓支柱時會偏小,更由于充填開采時礦壓顯現(xiàn)不明顯，對充填開采液壓支柱（架）的工作面這個系數(shù)是偏大的，其取值應(yīng)更小。生產(chǎn)實踐表明，在單體液壓支柱工作面控頂范圍內(nèi)，頂?shù)装逡平棵棵撞审{不超過lOOrrnn時，該工作面頂板狀態(tài)是好的，也容易控制⑶，而在充填開采時為了有更多的空間來充填要盡fi：提高支護強度，因為此時的目的已不是對頂板的簡單控制了，后面的數(shù)值模擬計算和生產(chǎn)實踐都表明控制充填前的頂板下沉承對最終控制地表沉陷是多么的重要「1.1.2充填體欠接頂量在充填結(jié)束以后充填體頂部和煤層頂板存在一定的空間尚未充滿，充填體頂部至煤層頂板的距離稱為欠接頂量。由于充填體欠接頂量會馬上反應(yīng)到
7、頂板的下沉量上面，因而可以把其歸結(jié)到下沉量的影響因索里。國內(nèi)金屬礦山在充填體接頂方面做了許多研究，一般的膠結(jié)充填由于泌水其接頂率能達到70%以上已很高，而膏體不泌水或泌水小的特性使其充填接頂率會更高，這對充填工作是有利的,但由于煤礦覆巖賦存條件和頂?shù)装鍘r性與金屬礦山的不同，如果采煤后頂板支護強度達不到設(shè)計的要求，頂板的破壞會很嚴重，結(jié)果是形成一個個下沉網(wǎng)兜（分層開采時），造成接頂?shù)募傧?這樣就會降低充填體的接頂率，從而增大頂板的進一步下沉而最終導(dǎo)致地表的下沉。河北某礦采用分層膏體充填開采5.
