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1、2010年第5期能源技術(shù)與管理19doi：10．39690．issn．1672—9943201005008淺埋薄煤層超高水充填開(kāi)采地表移動(dòng)規(guī)律范瑋剛，馮光明，韓曉東，鄭艷棟，張文濤(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州221008)[摘要]為了研究淺埋薄煤層超高水充填采空區(qū)后地表移動(dòng)規(guī)律，根據(jù)某礦具體地質(zhì)條件，采用FLAC3o數(shù)值模擬軟件，建立了淺埋薄煤層超高水充填開(kāi)采數(shù)值模型。在影響地表沉陷的諸多因素中，模擬主要給出了充填體強(qiáng)度一定，充填率不同時(shí)的地表下沉等值線圖及下沉最大值，回歸分析得出了相應(yīng)函數(shù)關(guān)系式并分析出其原因。研究表明：在充分采動(dòng)或超充分采動(dòng)條件下，地表下沉最大值W隨
2、超高水充填率的增大呈線性關(guān)系減小，表達(dá)式為W=-0．8396+O．8378。[關(guān)鍵詞]淺埋薄煤層；地表沉陷；超高水充填開(kāi)采；數(shù)值模擬[中圖分類號(hào)】TD823[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B[文章編號(hào)]1672-9943(2010)05一no193制而成，B料以多種礦物按一定的比例混磨而成，0引言輔料AA為復(fù)合超緩凝劑，輔料BB為復(fù)合超速凝隨著我國(guó)煤炭資源開(kāi)采強(qiáng)度的不斷加大，中、劑。使用時(shí)，A、B料以重量比1：1使用，水體積可厚煤層的儲(chǔ)量急劇下降甚至枯竭，薄煤層逐漸成達(dá)95％～97％，用水量超高，初凝時(shí)間為0．5～1．5h，為主采煤層3。我國(guó)薄煤層資源分布廣泛，煤質(zhì)較終凝強(qiáng)度0．5～1．0MPa
3、，且生成的崮結(jié)體不收縮，好，在部分省區(qū)的儲(chǔ)量中所占比重較大。如四川省也不可壓縮，是一種理想的采空區(qū)充填材料。占60％，山東省占54％，黑龍江省占51％，其它產(chǎn)2超高水充填開(kāi)采淺埋薄煤層對(duì)地表下煤省份如山西、內(nèi)蒙、河北等也有豐富的薄煤層資沉影響的數(shù)值模擬源E。由于部分薄煤層埋藏較淺，因此研究如何安全高效的開(kāi)采這部分資源，保護(hù)地表不出現(xiàn)嚴(yán)重根據(jù)某礦的地質(zhì)和采礦條件，利用FLAC建的破壞和變形將具有十分重要的意義。目前實(shí)踐立了淺埋薄煤層超高水充填開(kāi)采數(shù)值模擬模型，表明：超高水材料充填采煤作為一項(xiàng)新興的處理就淺埋薄煤層超高水材料充填開(kāi)采與地表沉陷規(guī)采空區(qū)和地表減沉技術(shù)，可大大減緩采空區(qū)
4、覆巖律進(jìn)行了研究，得出了充填體強(qiáng)度一定時(shí)，不同充的下沉，達(dá)到保護(hù)地表、實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采的目的E33。填率與地表下沉變化的規(guī)律及函數(shù)表達(dá)式。超高水充填開(kāi)采時(shí)覆巖受采空區(qū)充填體的制約，2．1建立數(shù)值模型其移動(dòng)變形規(guī)律有別于傳統(tǒng)垮落法開(kāi)采覆巖移動(dòng)根據(jù)華北地區(qū)某礦的生產(chǎn)地質(zhì)條件建立數(shù)值變形規(guī)律。而當(dāng)前對(duì)淺埋薄煤層超高水充填開(kāi)采模型。開(kāi)采條件：采深平均約160m，采厚1．2m，地表沉陷規(guī)律的實(shí)測(cè)資料和相關(guān)理論研究還比較開(kāi)采走向240m，傾向400m。缺乏[4]。因此論文研究對(duì)超高水材料充填開(kāi)采方模型坐標(biāo)采用直角坐標(biāo)系，所采煤層為近水案優(yōu)化設(shè)計(jì)和地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)具有一定的實(shí)踐平煤層，方便起見(jiàn)，
5、建為水平模型。取XOY面為水和理論指導(dǎo)作用；對(duì)深入研究淺埋薄煤層超高水平面，z軸為豎直方向，規(guī)定向上為正。煤層走向?yàn)槌涮铋_(kāi)采地表沉陷規(guī)律具有十分重要的意義。x軸，傾向?yàn)閅軸，重力方向?yàn)閦軸，具體模型如圖1所示。1超高水材料簡(jiǎn)介模型的上邊界取至地表，下邊界取至所開(kāi)采超高水材料是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)馮光明教授經(jīng)煤層以下40m，煤層厚度為1．2m，上下高度為十余年研究而發(fā)明的一種采空區(qū)充填材料。該材200m?？紤]邊界影響，為了真實(shí)的反映出地表沉料能較好的適應(yīng)“三下”充填開(kāi)采的要求，目前處陷的實(shí)際情況，走向方向煤柱兩側(cè)各留80m的煤于推廣應(yīng)用階段。該材料由A、B料和AA與BB柱，傾向方向兩側(cè)
6、各留100m的煤柱。即模型尺寸輔料構(gòu)成。A料以多種礦物按一定的比例混合燒為400m×600mX200m。模型共劃分了12960020范瑋剛，等淺埋薄煤層超高水充填開(kāi)采地表移動(dòng)規(guī)律2010年第5期個(gè)單元，節(jié)點(diǎn)137555個(gè)。模擬表土層厚度為表沉陷的諸多因素中，數(shù)值模擬主要考慮了充填93．5m，上位老頂為331TI，下位老頂為27ITI，直接率對(duì)地表移動(dòng)的影響。充填率是指采出空間體積頂為5-3m，煤層厚度為1．2ITI，底板厚度401TI。與相對(duì)應(yīng)的充填漿體體積之比：：2式中，k為充填率為充填漿體體積；為采空區(qū)體積?？紤]超高水充填材料中水體積占到95％～97％，具有良好的流動(dòng)性且所
7、建模型為水平模型，漿液在充填采空區(qū)過(guò)程中自行逐步上升，故充填過(guò)程中影響充填漿體體積或充填率的主要因素即圖1FLAG~計(jì)算模型圖為充填高度，不同充填率可用充填高度來(lái)表示。該一■■ll一■l■■一模型邊界條件如下：左右邊界施加水平位移底煤直頂頂表模擬給出了充填體強(qiáng)度一定，充填率不同時(shí)的4板西接板2板壁土約束，底部邊界垂直方向位移固定，頂部為自由邊個(gè)對(duì)比模擬方案，模擬充填高度分別取0．8m，0．9m，界．模擬巖層對(duì)礦區(qū)綜合柱狀圖進(jìn)行了簡(jiǎn)化，對(duì)巖1．0In，1．1nl。同時(shí)，為了凸現(xiàn)充填率對(duì)地表移動(dòng)
