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近年来随着国家积极开展环境保护,淘汰落后产能、整合优质资源是国家对煤炭资源开采利用施行的长远政策,而膏体充填开采技术作为一种解决建筑物下、铁路下、水体下和承压水上压煤问题的绿色开采技术之一,得到了极为广泛的推广应用。本文以山东济宁岱庄煤矿遗留条带煤柱开采回收为背景,以2351充填工作面为研究对象,采取理论分析、数值模拟、相似材料试验模拟及现场实测等多种手段,针对其在应用膏体充填开采方法过程中,工作面顶板运移规律及充填体受力变形特征展开分析,并对膏体充填开采工艺中关键参数充填率和覆岩变形破坏关系进行研究,借助现场实测与地表移动变形预计获取充填开采对地表沉陷控制效果,取得以下主要成果:(1)理论通过受力分析得到顶板的挠曲下沉变形和弹性基础“煤体和充填体”提供给顶板的支撑力关系式,对顶板下沉的三个主要影响因子按照影响程度划分依次为充填前顶板下沉量、充填体弹性模量、顶板条件。2351工作面当充填体弹性模量0.2 GPa、充填前顶板下沉量100 mm、顶板岩梁高度4 m、顶板弹性模量35 GPa时,顶板下沉量约130 mm。(2)数值模拟膏体充填开采工作面,顶板下沉值可控制在350 mm范围内,覆岩垂直应力范围10~15 MPa。膏体充填体应力应变增长呈现三个阶段:急速增长阶段、缓慢增长阶段、稳定成型阶段,充填体垂直位移控制在了250~500mm范围内。(3)相似模拟试验证实充填开采的顶板一般不存在“竖三带”特征,充填率为充填开采方法引起地表变形的主要影响因素,当膏体充填开采的充填率达到95%以上,顶板只呈现出弯曲下沉带特征;充填率保持在90%左右时,顶板开始出现些微裂隙;充填率小于85%时,顶板发生贯通性断裂,上覆岩层形态与垮落法开采基本类似,只是冒落带高度、裂缝带高度较小。(4)现场收集的数据分析充填体受力变形增长特征与数值模拟结果呈现一致规律,最终充填体垂直应力将稳定在10 MPa左右,即为原岩应力值,而充填体变形压缩量约为100 mm。通过分析地表移动观测辅助沉陷预计软件获取得地表变形数据,证实充填开采方法回收条带煤柱可将地表建筑物损害控制在规范要求范围内。