超高水材料充填保水機理及安全開采技術研究.pdf

1、充填法是實現“三下一上”資源中水體下壓煤和承壓水上滯留煤炭資源綠色開采的重要技術手段之一。本文在前人已有的研究基礎上,通過建立力學模型,借助彈塑性理論等手段對田莊礦1161工作面開采頂底板破壞過程進行推演判定,并利用經驗公式進行驗證,證明了田莊礦充填開采的必要性。本文系統地分析了頂底板破壞范圍的影響因素及影響規律,并在此基礎上對充填體的作用機理進行了研究,明確了采空區充填體作用機理,并取得以下主要研究成果:
　　(1)以關鍵層理論

2、為基礎,將頂板巖層分為關鍵層和軟弱巖層,分別利用不同的判據對關鍵層和軟弱巖層導水通道的形成進行判定。據此分析16上煤層垮落法開采頂板導水裂隙帶發育高度為52m,而經驗公式法計算為30.6~48.4m,結果相互印證,具有合理性。
　　(2)彈塑性理論分析結果顯示,田莊礦16上煤層垮落法開采的情況下底板深度為6.0m,與經驗公式計算結果6.8~13.1m相差不大,計算結果具有合理性。結合突水系數法和“下三帶”理論評價16上煤層開采底板

3、突水系數Ts=0.07~0.12MPa/m,大于《煤礦防治水規定》(2009)明確規定的臨界突水系數0.06~0.10MPa/m,證明煤層開采有突水危險。
　　(3)總結了垮落法開采頂底板破壞范圍的影響因素,著重研究了底板破壞深度與采高的關系。結果表明:在小采高(采高幾百mm老頂無周期破斷)范圍內底板破壞深度與采高有正相關關系。據此推斷采空區充填體控制頂底板破壞的機理(有效減小等價采高)?；诘葍r采高理論,計算了田莊礦16上煤層開

4、采的等價采高僅為0.4~0.5m左右,為實際采高的27％~33%。
　　(4)模擬結果顯示,滲流作用對圍巖破壞的貢獻率為21%左右,對應力集中的貢獻率為15%。因此,在礦井水防治與保水開采的研究過程中,滲流的作用不可忽視。利用耦合法研究了超高水材料充填開采充填體強度、充填率和空頂距對頂底板破壞范圍的影響。在實際生產中應該保證充填體強度>1MPa,充填率為50~70%,空頂距<20m,才能保證老頂不斷裂,底板隔水層厚度滿足安全要求。