榆神府矿区条带式充填开采地表沉陷预计模型 ——以永乐煤矿为例

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为了预测条带式充填开采所引起的地表下沉情况,为地表构筑物及生态环境保护措施设计提供理论基础,以永乐煤矿为研究对象,通过理论分析计算、数值模拟试验及软件处理相结合的方式,对永乐煤矿条带式充填开采的参数、地表沉陷模型进行研究,取得了如下成果和结论:(1)永乐煤矿条带式充填开采回采工作面宽度为13m,充填工作面宽度为16m,选取水泥、粉煤灰、黄土、风积砂的固体材料质量为2:2:1:4,固体质量浓度为77%的膏体充填材料,作为榆林市永乐煤矿条带式充填开采的参数。(2)条带式充填开采第一阶段,在煤柱-充填体的复合支撑体中,条带煤柱所承受的最大荷载值为3.22MPa,充填条带所承受的最大竖向荷载为1.25MPa。煤层顶板最大下沉值为31.60mm,地表最大下沉值为16mm。条带式充填开采第二阶段,煤柱回采后,第1、第2、第3、第4条带充填体上的应力分别为3.51MPa、4MPa、4MPa、3.51MPa,4条充填条带处煤层顶板的下沉值分别为70mm、80mm、80mm、70mm。回采5条遗留煤柱时,地表最大下沉值为50mm,随着回采条带数的增多其地表沉降的范围也随之增大。(3)条带式充填开采第一阶段,基于弹性地基上的薄板模型,结合概率积分法求得地表下最大沉值为14mm,与数值模拟试验计算结果相比,模型相对误差为12.5%,小于20%,满足一般工程应用。使用条带开采地表沉陷预计方法计算条带式充填开采第二阶段的地表沉陷值为39mm。条带式充填开采最终引起地表最大下沉值为53mm,与数值模拟结果相比,存在3mm的绝对误差,通过模型理论计算地表最大下沉值的相对误差为6%,满足一般工程需要。
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