超高水材料充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法及地表移動(dòng)控制分析.pdf

1、充填開(kāi)采作為一種成熟的開(kāi)采工藝被越來(lái)越多的礦區(qū)所應(yīng)用，在最大限度開(kāi)采地下資源的同時(shí)，有效保護(hù)地面建構(gòu)筑物，防止地下水進(jìn)入井下，是先進(jìn)的綠色開(kāi)采技術(shù)。針對(duì)超高水材料充填控制地面沉陷面臨的問(wèn)題，首先對(duì)超高水材料不同齡期、不同配比時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究，測(cè)定了不同齡期的凝固體強(qiáng)度，分析研究了不同配比時(shí)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律，采用彈塑性梁、板理論，構(gòu)建了充填工作面周?chē)煌_(kāi)采條件下，開(kāi)放式充填控頂距判別式和充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法，通過(guò)實(shí)測(cè)和數(shù)值模

2、擬結(jié)果證明所提方法的正確性，主要工作及成果如下：
　?。?）通過(guò)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究了不同配比、不同齡期下，超高水材料凝固體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，得到了各條件對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度和彈性模量,為其工程實(shí)踐應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。
　　（2）當(dāng)采場(chǎng)的的長(zhǎng)寬比/1/2b a<時(shí)，頂板的垮落步距可按梁模型進(jìn)行分析?；趶椝苄岳碚?，建立了三種邊界條件下梁的極限荷載和極限垮落距，分析了梁截面上彈性核高度與梁長(zhǎng)度的關(guān)系，同時(shí)對(duì)兩端固支梁和一端固支一端簡(jiǎn)支梁模型，按

3、照塑性極限分析法，得到了不同邊界條件下，梁的極限承載力和垮落距；考慮到實(shí)際應(yīng)用中邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，進(jìn)一步分析推導(dǎo)了彈性基礎(chǔ)（或者充填體）梁及其受水平力作用時(shí)梁上最大彎矩表達(dá)式。
　?。?）針對(duì)充填工作面周?chē)煌_(kāi)采情況，將充填工作面分為四周未開(kāi)采、一側(cè)有采空區(qū)、兩側(cè)有采空區(qū)、三側(cè)有采空區(qū)及周?chē)胁煽諈^(qū)，分別將其簡(jiǎn)化為四邊固支板、三邊固支一邊簡(jiǎn)支板、鄰邊固支鄰邊簡(jiǎn)支板、一邊固支三邊簡(jiǎn)支板和四邊簡(jiǎn)支板五種情況，對(duì)于不同條件建

4、立了相應(yīng)的力學(xué)模型。
　?。?）針對(duì)超高水材料充填開(kāi)采工作面周?chē)煌_(kāi)采、頂板較堅(jiān)硬的條件，將其簡(jiǎn)化為不同邊界固支的彈性薄板，基于虛功原理推導(dǎo)了彈性地基板以及四邊受水平壓力作用時(shí)撓度和彎矩的表達(dá)式，通過(guò)等價(jià)變化，彎矩公式轉(zhuǎn)換為單級(jí)數(shù)求和后只需取6項(xiàng)就能到達(dá)工程要求精度，同時(shí)分析研究了不同邊界條件板最大彎矩與推進(jìn)距離的關(guān)系，為頂板較堅(jiān)硬、周?chē)煌_(kāi)采條件下，超高水材料充填開(kāi)采工作面開(kāi)采寬度設(shè)計(jì)提供了計(jì)算方法。
　?。?）針對(duì)超

5、高水材料充填開(kāi)采工作面周?chē)煌_(kāi)采、頂板較軟弱的條件，將其簡(jiǎn)化為不同邊界支撐的彈塑性薄板，按照塑性極限平衡理論，推導(dǎo)了不同邊界固支條件矩形板的最大彎矩和極限垮落距的表達(dá)式，計(jì)算分析了板上塑性鉸線(xiàn)的位置參數(shù)，為頂板較軟弱、周?chē)煌_(kāi)采條件下，超高水材料充填開(kāi)采工作面開(kāi)采寬度設(shè)計(jì)提供了計(jì)算方法。
　?。?）針對(duì)充填工作面四周不同開(kāi)采情況，分析研究了充填工作面周?chē)煌_(kāi)采條件、充填控頂距、頂板巖性、厚度和有效載荷等對(duì)充填工作面設(shè)計(jì)寬度的

6、影響規(guī)律：四周未開(kāi)采，工作面寬度最大，四周都開(kāi)采，工作面寬度最小，一側(cè)有開(kāi)采三側(cè)無(wú)開(kāi)采和二側(cè)有開(kāi)采二側(cè)無(wú)開(kāi)采工作面寬度位于兩者之間；控頂距越大、頂板巖性越軟弱、厚度越小、有效載荷越大，工作面可設(shè)計(jì)的寬度越小，反之成立。
　　（7）分析研究了采厚、傾角、頂板厚度、巖性、控頂距、工作面布設(shè)寬度、推進(jìn)速度、超高水材料凝結(jié)時(shí)間、充填方式等對(duì)高水材料充填開(kāi)采控制的影響，形成了超高水材料充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法，該方法包括控頂距確定方法、工作面采寬設(shè)

7、計(jì)方法、開(kāi)采工藝及充填方式選擇方法，其中控頂距確定方法是基礎(chǔ)，工作面開(kāi)采寬度設(shè)計(jì)是核心，開(kāi)采工藝及充填方式選擇是保障，為超高水材料充填開(kāi)采設(shè)計(jì)提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
　　（8）當(dāng)采礦地質(zhì)條件一定，通過(guò)選擇工作面的布設(shè)方式和超高水材料的配比方法，調(diào)整頂板上最大彎矩以滿(mǎn)足開(kāi)放充填開(kāi)采頂板不垮落，這一方法在陶一礦和田莊礦進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過(guò)地表觀測(cè)證明在保證充填率的情況下，該方法能有效減緩地表下沉量和下沉速度。
　　該論文有圖117幅