承压水上建筑物下高水充填置换开采围岩控制研究

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随着我国煤炭资源的日益减少,目前建筑物下、铁路下、水体下和承压水上压煤开采成为我国煤炭行业面临的主要技术难题。条带开采虽能够有效减小地表变形、防治底板突水,但条带开采采出率仅为40~60%,资源浪费严重。高水充填开采作为一种崭新的绿色采煤方法,在有效防治底板突水与减小地表沉陷的同时,能够安全高效地实现条带煤柱的回采。  本文以埠村煤矿9111工作面高水充填置换开采为工程实例,在现有条带开采的基础上,基于弹性地基梁弯曲理论推导出上覆岩层稳定性判据、直接顶初次来压步距。基于弹塑性理论、岩石力学分析了煤层开采引起的底板应力分布范围和底板破坏深度。由“下三带”理论可知保护层带能够有效防止底板突水,由弹塑性理论可知岩体抗拉强度低于抗剪强度,利用岩体抗拉强度准则判断岩体是否发生破坏,以岩体抗拉强度为破坏准则的底板保护层带能承受的极限水压力为判据确定工作面最大推进距离不超过20.1m。综合分析了承压水上充填开采顶底板破坏的各种影响因素,得出主要影响因素为充填体强度、充填步距和充填率的结论。运用FLAC-3D数值模拟工作面不同推进距离对应的覆岩运动规律与底板破坏规律,给出不同推进距离对应的围岩应力分布和底板破坏深度;模拟高水充填置换开采顺序,对采后充填支撑体进行稳定性分析,得出充填支撑体稳定、围岩得到有效控制、底板承压水问题得到有效解决的结论。通过对9111工作面充填体压缩量和充填体受力在线监测结果分析可知,充填体压缩率与所受应力均较小,充填支撑体较稳定,实现条带煤柱安全高效回采。  
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