条带充填采充顺序对地表沉陷影响规律研究

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新光集团淮北刘东煤矿西510采区存在着严重的“三下”压煤问题,为解决矿井生产持续紧张的局面,实现资源的最大化利用,在安全、经济地开采煤炭资源的同时,减少地表沉陷,保护地面村庄等建筑物安全使用,对于矿井来说是势在必行。条带充填开采法能较好地解决以上问题,但条带充填面临采充顺序对地表沉陷影响问题。本文以新光集团淮北刘东煤矿西510采区为工程背景,针对条带充填采充顺序对地表沉陷影响问题,通过理论分析、相似模拟试验研究和FLAC3D数值模拟等方法对两种充填顺序下充填体(或煤柱)的受力和地表沉降情况进行了试验研究,获得条带充填采充顺序对地表沉陷的影响规律,得到最终的条带充填开采方案。  根据关键层理论和条带充填的开采技术原理,确定刘东煤矿西510采区条带充填开采方案为:短壁开采,短壁工作面宽55m,间隔充填。应用FLAC3D软件对刘东煤矿西510采区采充顺序进行了模拟,通过分析塑性区的分布范围、垂直应力分布和顶板位移变化,结果表明充填体没有失稳破坏,得到先充后采51003工作面上的总体垂直位移较先采后充小,先充后采控制地表沉陷的效果好。通过相似材料模拟发现,刘东煤矿采用先充后采的开采方式进行开采,充填体内部的稳定应力和位移下沉量相对较小,对地表沉陷影响小。综合FLAC3D数值模拟和相似材料模拟,得到条带充填采充顺序对地表沉陷影响规律为开采方案Ⅱ(先充后采)对地表沉陷影响小,有利于控制地表沉陷,保护地面建筑物。因此条带充填开采最终选择方案为先充后采。采用先充后采方案充填开采刘东煤矿西510采区,通过对条带充填开采地表沉降观测和分析,结果表明采用条带充填先充后采的方式可以有效地控制地表沉陷,解决了“三下”压煤开采的难题,实现了矿井的可持续发展。
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