超高水材料充填条带开采地表沉陷规律研究

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我国煤矿充填开采技术及绿色开采技术研究

环球市场/施工技术-178-我国煤矿充填开采技术及绿色开采技术研究袁志刚山西高平科兴新庄煤业有限公司摘要：随着煤炭开采技术水平的提高，为了解放“三下”压煤，煤矿“三下”开采技术得到了极大发展。

我国煤矿“三下”传统开采技术有离层注浆、条带式开采，其中离层注浆不能有效控制地表下沉，成本高，效率低；条带式开采，资源回收率低，一般不超过50%，资源浪费严重。

充填开采不仅能有效控制地表下沉，而且资源回收率可达90%以上。

充填开采目前有超高水材料充填、膏体充填、固体物充填三种技术。

本文主要对充填技术以及绿色开采技术进行简要阐述。

关键词：煤矿工程；充填开采；绿色技术随着煤炭资源的利用越来越广泛，煤矿开采对周围环境的破坏逐渐显现出来。

从实况来看，破坏主要表现在以下几个方面：①对土地资源大量的破坏与占用；②破坏与污染周围水资源；③污染大气环境。

因此煤炭开采必须要朝着高利用、低开采以及低排放方向发展。

在这种环境下，探究煤矿的绿色开采技术及其应用具有重要的现实意义。

1 煤矿充填开采技术1.1 超高水材料充填技术充填工艺采用水力泵送、挂包充填。

包括充填泵站与充填点两部分，该充填工艺系统相对简单，初期与总体投入均较低。

由于充填材料具有流动性，对于仰斜开采，只需要管路、搅拌与泵送等设备就可以形成完整的充填系统；而对于水平开采和俯斜开采，还需用充填袋，效率相对较低，月产一般在5000~10000t，目前在综采机械化充填方面还没有取得突破。

1.2 膏体充填采煤技术固体废物膏体充填是煤矿绿色开采技术的重要组成部分，它是一种将煤矸石、粉煤灰、劣质土等固体废物制作成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，通过泵压或重力作用，经过管道输送到回采工作面，适时充填采空区的绿色开采技术。

膏体充填分胶结膏体充填、非胶结膏体充填。

该充填技术具有高采出率、环保、高安全性等优点，管道运输，材料选择广泛，目前已在多个矿井应用，在炮采工作面应用较多，综采膏体充填技术正在研究。

059-高水膨胀材料条带充填开采研究

高水膨胀材料条带充填开采研究刘树江1，石建新1，崔锋2，刘鹏亮2，朱卫兵3（1.淄博市王煤矿业有限公司王庄煤矿，山东淄博255400； 2.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013；3.中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221116）［摘要］详细介绍了高水膨胀材料的特性及应用效果。

根据王庄煤矿五采区的地质采矿条件，结合关键层理论，提出了条带充填开采方案，并进行了相关参数的设计，确定充填步距和充留宽度。

分别设计了面积充满率为52%，62%和73%三种方案，地表移动计算结果表明：三种方案地表下沉均控制在200mm 以内，水平变形控制在1mm /m 以内，通过采用高水膨胀材料条带充填能有效控制地表移动和变形，保护地表建（构）筑物。

［关键词］高水膨胀材料；充填材料；条带充填［中图分类号］TD823.6［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2012）01-0100-03Research on Strip Stowing Mining with Expansive and High-water-content MaterialLIU Shu-jiang 1，SHI Jian-xin 2，CUI Feng 2，LIU Peng-liang 2，ZHU Wei-bing 3（1.Wangzhuang Colliery ，Wangmei Mining Co.，Ltd ，Zibo Municipal ，Zibo 255400，China ；2.Coal Mining ＆Designing Department ，Tiandi Science ＆Technology Co.，Ltd ，Beijing 100013，China ；3.Mining Engineering School ，China University of Mining ＆Technology ，Xuzhou 221008，China ）Abstract ：Characteristic of high-water expansive material and its application effect was introduced in this paper.Applying key strata theory ，strip stowing mining project was put forward and related parameters including stowing pace ，stowing and pillar width were de-signed on the basis of geological and technical condition of 5th mining area in Wangzhuang Colliery.3projects in which area stowing ra-tio was respectively 52%，62%and 73%were calculated by surface movement calculation software.Results showed that surface sub-sidence of 3projects was controlled below 200mm and horizontal deformation was controlled below 1mm /m.Applying high-water expan-sive material to stowing strip could effectively control surface movement and deformation so as to protect surface buildings.Key words ：high-water expansive material ；stowing material ；strip stowing［收稿日期］2011－11－17［基金项目］天地科技股份有限公司工艺技术创新基金项目（KJ－JJ－2011－KCSJ－06）；中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金项目（2011MS014）［作者简介］刘树江（1966－），男，吉林榆树人，高级工程师，现任王庄煤矿副矿长、总工程师。

充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律

充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律
1.采空区范围：
采空区是指煤矿开采后留下的空洞空间，采空区范围的大小和形状直接影响着地表沉
陷的程度。

较大的采空区范围会导致更为显著的地表沉陷，因此采空区范围是影响沉陷的
主要因素之一。

2.充填体性质：
充填体的性质对于地表沉陷的影响至关重要。

充填体的强度、厚度、密实度以及变形
特性都会直接影响地表沉陷的情况。

一般来说，较为坚实的充填体可以有效减缓地表沉陷
的速度和程度。

3.开采方式和工艺：
不同的开采方式和工艺会对地表沉陷产生不同的影响。

采煤工艺中的采高采宽比、回
采方式、支护方式等都会对地表沉陷产生较大影响。

4.地质条件：
地质条件是影响地表沉陷的重要因素之一。

地表沉陷的程度与地下岩层的性质、构造
形态、地下水位等都密切相关。

5.采煤深度：
采煤深度是直接影响地表沉陷程度的主要因素之一。

一般来说，采煤深度越大，地表
沉陷的程度就越严重。

二、充填采煤开采沉陷影响规律
5.充填采煤开采对地表建筑和地下管线的影响：
充填采煤开采引起的地表沉陷对周围的建筑、道路、地下管线等都会产生严重的影响。

充填采煤开采沉陷的影响规律对于保护地表建筑和地下管线具有重要意义。

充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律是一个复杂而又重要的问题。

研究这一问题
对于指导煤矿生产、保护地表建筑和地下管线、保证矿山安全和改善生态环境都具有重要
意义。

希望各界能够加大对于这一问题的研究力度，为充填采煤开采沉陷问题的解决提供
更为科学的依据。

超高水材料充填开采设计方法及地表移动控制分析

超高水材料充填开采设计方法及地表移动控制分析充填开采作为一种成熟的开采工艺被越来越多的矿区所应用，在最大限度开采地下资源的同时，有效保护地面建构筑物，防止地下水进入井下，是先进的绿色开采技术。

针对超高水材料充填控制地面沉陷面临的问题，首先对超高水材料不同龄期、不同配比时的应力应变关系进行试验研究，测定了不同龄期的凝固体强度，分析研究了不同配比时强度随时间的变化规律，采用弹塑性梁、板理论，构建了充填工作面周围不同开采条件下，开放式充填控顶距判别式和充填开采设计方法，通过实测和数值模拟结果证明所提方法的正确性，主要工作及成果如下：（1）通过力学实验研究了不同配比、不同龄期下，超高水材料凝固体的应力应变关系，得到了各条件对应的抗压强度和弹性模量,为其工程实践应用提供技术依据。

（2）当采场的的长宽比b/a <1/2时，顶板的垮落步距可按梁模型进行分析。

基于弹塑性理论，建立了三种边界条件下梁的极限荷载和极限垮落距，分析了梁截面上弹性核高度与梁长度的关系，同时对两端固支梁和一端固支一端简支梁模型，按照塑性极限分析法，得到了不同边界条件下，梁的极限承载力和垮落距；考虑到实际应用中边界条件对计算结果的影响，进一步分析推导了弹性基础（或者充填体）梁及其受水平力作用时梁上最大弯矩表达式。

（3）针对充填工作面周围不同开采情况，将充填工作面分为四周未开采、一侧有采空区、两侧有采空区、三侧有采空区及周围均有采空区，分别将其简化为四边固支板、三边固支一边简支板、邻边固支邻边简支板、一边固支三边简支板和四边简支板五种情况，对于不同条件建立了相应的力学模型。

（4）针对超高水材料充填开采工作面周围不同开采、顶板较坚硬的条件，将其简化为不同边界固支的弹性薄板，基于虚功原理推导了弹性地基板以及四边受水平压力作用时挠度和弯矩的表达式，通过等价变化，弯矩公式转换为单级数求和后只需取6项就能到达工程要求精度，同时分析研究了不同边界条件板最大弯矩与推进距离的关系，为顶板较坚硬、周围不同开采条件下，超高水材料充填开采工作面开采宽度设计提供了计算方法。

高水膨胀材料充填采煤技术简介

高水膨胀材料充填采煤技术简介一、研发背景“三下”压煤是我国煤矿普遍存在的问题。

据统计，国有重点煤矿的压煤总量约138亿吨。

其中，建筑物下压煤近90亿吨。

由于村镇规模的不断扩大，实际压煤量远高于这一数字。

仅以山东为例，现有的80亿吨煤炭储量中有50%是“三下”压煤。

我国现行的“三下”压煤的开采技术，存在的突出问题是：或资源的回收率低，或地面发生明显沉降。

据文献报道，条带开采方式虽然能保证地面不发生明显沉降，但其资源回收率不到50%。

水沙、矸石、膏体和似膏体等充填开采方式的回收率虽能提高到65%左右，但不能保证地面不发生明显沉降和不能保护地上建筑物不受破坏。

长期以来，我矿一直受到“三下”压煤和地表“沉降”两大难题的困扰：一是不断增加的地面建筑物使近千万吨的储量变为“三下”压煤而无法采出；二是垮落法采煤导致的地表沉降使周边村庄的房屋建筑和良田受到较大破坏。

也正是由于这两大难题的存在，具有丰富主焦煤资源的临淄煤田的开发曾被永远放弃。

二、技术要点1、充填材料（1）原料成份A、基料：粉煤灰、赤泥、尾矿、风积沙等硅质材料；B、辅料：石膏、石灰、水泥、铝养熟料和膨胀剂。

（2）料浆特性将基料和辅料混合后，制成固水质量比为1：1.3～1.5的充填料浆，即高水膨胀材料。

其特点为：A、良好的流动性。

料浆在2小时以内呈液体状态，可实现自流输送。

B、适度的膨胀性。

料浆2小时以后开始固化并伴随30%以下的体积膨胀。

体积膨胀可使固化后的充填体实现与顶板的主动接触。

C、足够的稳定性。

固化后的充填体是基料中的二氧化硅、三氧化二铝与辅料中的碱土氢氧化物发生化学反应而生成的具有水硬胶凝性能的含水硅酸钙和含水铝酸钙。

这两种化合物的化学性质非常稳定。

D、较强的抗压性。

固化后，充填体的单向抗压强度表现：12小时达到0.5Mpa；24小时达到1.2Mpa；2个月达到15Mpa；19个月达到30Mpa。

2、充填工艺（1）料浆制备系统A、初浆罐。

超高水充填材料及其充填开采技术研究与应用

超高水充填材料及其充填开采技术研究与应用我国煤炭资源较为丰富,但其赋存特点是煤矿“三下”压煤比较普遍。

一方面,我国主要产煤省多地处平原,村庄密集,人口众多,村庄压煤比重大;另一方面,随着国内经济不断持续发展,村镇规模不断扩大,新矿区、新井田不断建设,压煤量也持续增加。

解决“三下”压煤问题是我国煤矿可持续发展的关键。

此外,由于煤矿开采造成地表沉陷、建筑物破坏及地下水与土地资源减少等,使矿区生态环境问题越来越突出。

基于上述问题,煤炭绿色开采是实现我国煤炭工业可持续发展的必由之路,充填开采技术是实现上述目标的不二选择。

本文在充分研究我国煤炭资源赋存状况及充填开采现状的基础上,从充分回收煤炭资源、减少矿区环境污染、消除矿区生态破坏的角度出发,提出超高水充填材料用于矿井采空区充填的课题,并对此进行了详细研究。

本文在详细查阅大量国内外文献的基础上,详细研究了超高水材料的生成机理,并通过大量实验,对超高水材料的各组成要素进行了详细研究。

在实验室条件下,经过多年反复试验研究,找出超高水材料合理的组成配方。

所制得的超高水材料由A、B两种主料与少量复合速凝剂和复合缓凝分散剂组成。

该材料可在水体积高达97%时,实现初凝时间在8~90min之间的按需调整。

当水体积在95~97%时,抗压强度可根据外加剂的不同而进行调节,其28天强度可达到0.66~1.5MPa之间。

该材料A、B两主料单浆可持续30~40小时不凝固,混合后材料可快速水化。

调整外加剂配方可以改变材料性能如凝结时间与强度等。

为了考察所制得超高水材料性能,对超高水充填材料的基本性能包括基本力学性能、化学性能及所构成材料的稳定性进行了研究,发现该材料具有早强、快硬的特点,7天抗压强度可达到最终强度的60~90%,后期强度增长趋势较缓慢。

通过调节水固比与外加剂,可根据需要调整其强度性能与凝结时间等指标。

该材料体积应变较小,有利于采空区的充填应用。

该材料抗风化性能较差,火烤效果类同于风化,表明该材料不适于干燥、开放的环境。

浅埋薄煤层超高水充填开采地表移动规律

２１第５期００年
ｄｉ１．９９．ｓ．６２９４００００ｏ：３６０ｉｎ１７ — ９３２１５０８０ｓ
能源技术与管理
１９
浅埋薄煤层超高水充填开采地表移动规律
范玮刚，冯光明，韩晓东，郑艳栋，张文涛
（中国矿业大学矿业工程学院，苏徐州２１０）江２０８
图１示。所
充填开采地表沉陷规律具有十分重要的意义。
１超高水材料简介
超高水材料是由中国矿业大学冯光明教授经十余年研究而发明的一种采空区充填材料。该材料能较好的适应 “ 三下 ” 填开采的要求，充目前处
于推广应用阶段。该材料由Ａ、Ｂ料和Ａ与ＢＡＢ
变形规律。而当前对浅埋薄煤层超高水充填开采地表沉陷规律的实测资料和相关理论研究还比较缺乏［。因此论文研究对超高水材料充填开采方４］案优化设计和地表移动变形预计具有一定的实践
和理论指导作用；对深入研究浅埋薄煤层超高水
的破坏和变形将具有十分重要的意义。目前实践
制而成，以多种矿物按一定的比例混磨而成，Ｂ料
辅料ＡＡ为复合超缓凝剂，辅料ＢＢ为复合超速凝
剂。使用时，Ｂ料以重量比１：１Ａ、使用，体积可水达９％～７用水量超高，凝时间为０５１，５９％，初．～．ｈ５

条带开采地表沉陷规律实测研究

表 1 Ⅲ328 工作面实际开采情况
条带名称起始时间结束时间采宽/ m 煤柱号留宽/ m
一 2001. 05. 10 2001. 06. 25 43
一
46
二
07. 01
08. 03 34～46
二 68～80
三
08. 09
10. 11 58～76
三 52～57
四
10. 16
11. 20
64
四
57
最终下沉情况见图 2 和图 3, 通过计算, 可得出最终走向线和倾向线的倾斜变形值, 见图 5～6。由图可见, 走向和倾向的倾斜变形分布情况比较正常、规律性较明显: 由移动盆地边界向拐点附近逐渐增大, 拐点附近倾斜最大, 由拐点向采空区中央逐渐减小至零。同样可以得出最终走向线和倾向线的曲率变形值曲线( 略) , 曲率变形值由于其量值甚小、分布规律不如倾斜变形明显。
Ⅲ328 面位于三二采区北翼第四区段, 其浅部为采用全采的Ⅲ326 工作面。Ⅲ328 面回采标高为 - 410～ - 466 m , 走向长 517 m, 倾向长 97 ～ 138 m , 平均 122 m 。设计采高 2. 1 m, 实际平均采高 1. 85 m 。工作面回采时间为: 2001 年 5 月 17 日～2002 年 1 月 5 日, 采用倾向条带开采, 设计采留比 60 m ∶60 m, 实际回采了 5 个倾向条带。Ⅲ328 工作面储量为 175872 t , 共采出煤量 90556 t , 工作面采出率 51. 5% 。工作面总面积 63013 m2, 回采 5 个条带面积总和 34628 m2, 面积回采率 54. 95% 。表 1 给出了Ⅲ328 工作面实际开采情况。

充填开采地表沉陷规律研究及运用

充填采场覆岩移动规律分析
煤层开采之后，原岩应力被打破，采窄周围应
格规格为５０ａｍ × ｒ５０ａｍ，纵向６ｒ０条，横向４０条，在部
分网格交叉处插入大头钉，通过监测大头钉的位置变化实
新分布，覆岩变形直至地表。随着工作面的继续推进，覆岩开始产生移动变形，
岩主要以裂隙离层为主，一般无周期来压现象，受到现场
实际地质条件和研究手段的影响，无法对工作面推采过程
中覆岩变化情况进行跟踪研究，利用实验室相似模拟实验
可以得到较好效果。
图１模型铺设完成图
实验室相似模拟实验
距开切眼（ｍ）
２
９２．５Ａ１８
２
ｌ０２．５Ａ１９
Байду номын сангаас
２
Ｉ１２．５Ａ２０
２
１２２５Ａ２ｌ
距煤层（ｍ）距开切眼（ｍ）测点（测线１）
５－７．５Ａ２２
５２．５Ａ２３
资源环境技术推广
２应力测点布设位置
ｌｌ测点（测线１）距煤层（ＩＴＩ）
距开切眼（ｍ）测点（测线１）
群矗
圩
Ｂｌ一２
－７．５Ｂ８
Ｂ２－２
２．５Ｂ９
Ｂ３ — ２
表１位移测点布设位置

超高水材料跳采充填采煤法地表沉陷规律

超高水材料跳采充填采煤法地表沉陷规律刘辉;邓喀中;何春桂;孙春东;董增林;张安兵【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2013(038)0z2【摘要】为了研究超高水材料跳采充填采煤法地表变形规律及地表沉陷控制效果,以某矿区地表沉降观测数据为基础,研究了充填开采各阶段的地表变形规律;采用关键层理论,并结合FLAC3D数值模拟实验,研究了跳采过程中的关键层破断及地表沉降之间的时空关系,分析了影响地表沉陷的主要因素,评价了地表沉陷控制效果.研究表明,采用该方法在平均埋深340 m,采厚为4 m的近水平煤层开采时,地表最大下沉值为1 174 mm,下沉系数为0.29,减沉率约为62.8％,采出率为89.2％,且下沉盆地范围明显减小.分析可知,充填可大大减小地表下沉量,跳采可控制下沉盆地的形态,有效的保护了地表重要的建(构)筑物.【总页数】5页(P272-276)【作者】刘辉;邓喀中;何春桂;孙春东;董增林;张安兵【作者单位】河北工程大学资源学院,河北邯郸056038;中国矿业大学江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏徐州221008;中国矿业大学江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏徐州221008;河北工程大学资源学院,河北邯郸056038;冀中能源邯郸矿业集团有限公司,河北邯郸056002;河北工程大学资源学院,河北邯郸056038;河北工程大学资源学院,河北邯郸056038【正文语种】中文【中图分类】TD853.34;TD823.83【相关文献】1.高水材料短壁机械化充填开采地表沉陷规律研究 [J], 田锦州;徐乃忠;赵茂平;颜丙双2.跳采充填采煤法在村庄下采煤的应用 [J], 翟树纯;刘辉;何春桂3.高水材料条带充填开采地表沉陷主控因素分析 [J], 孙万明;刘鹏亮;崔锋;吕文宏;赵立新4.旺格维利采场巷道跳采充填式采煤法在王台铺煤矿的应用 [J], 郭二鹏5.超高水材料充填条带开采地表沉陷规律研究 [J], 张兆江;张涛;张安兵;赵玉玲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

沉陷学

1、对老空区处理的方法主要有：充填老采空区、注浆加固冒落带和裂缝带岩体、释放法、水诱导法等2、地表塌陷的规律：1、在长壁开采的条件下，当厚度比达到一定后，老采空区的活化表现为连续渐变，沉陷的规律如下：（1）建筑物位于采空区的中央时，沉陷量最大，但下沉较均匀，变形值小。

当建筑物位于采空区边界上方时，下沉量较采空区中央小，但变形值大，对建筑物不利，特别是建筑物的一部分位于采空区上方，另一部分位于矿柱上方，此时建筑物的变形最大，对建筑物最不利。

（2）建筑物荷载越大，引起的采空区活化量最大，对建筑物的危害最大（3）老采空区采厚越大，采深越浅，建筑物荷载作用下，老采空区活化量最大（4）多矿层开采条件下，建筑物位于采空区中央时，不受边界效应的影响，但建筑物位于采空区边界上方时，受边界效应影响较大。

2、柱式开采条件下，采空区顶板未完全塌陷，存在空洞，空洞塌陷的结果，可能形成非连续变形，在地表形成塌陷坑、塌陷槽、台阶状移动盆地等。

这种塌陷是突然的、非连续的，对地表建筑物的危害非常大。

一般的看法是，当深厚比大于30时，地表出现连续性的移动盆地，当深厚比小于30时，地表出现非连续性的移动盆地。

且深厚比越小，地表非连续性越强。

3、长壁开采、全部跨落法管理顶板时，开采结束一定时间后，上覆岩层达到新的平衡，地表趋于稳定，在外来荷载的作用下，从而使岩层及地表再次产生沉陷，称这种沉陷为老采空区“活化”。

4、地表沉陷区工程复垦技术分哪几种？（1）充填复垦技术（2）平整和修建梯田复垦技术（3）疏排法复垦技术（4）挖深垫浅复垦技术（5）建筑复垦技术5、井工开采对环境的影响主要包括三方面：（1）开采沉陷对生态环境的影响（2）矿山废弃物对生态环境的影响（3）开采沉陷对水的影响6、地下资源的开发与开采带来了哪些生态环境和生态问题？（1）使地面标高降低，耕地淹没、盐渍化、沙漠化，在山区引起坡体滑移。

（2）地表沉陷使位于沉陷区的建筑物、铁路、公路、桥梁、隧道、堤坝、输电线路等人工建筑物损坏、塌陷，影响人民的生命财产安全和交通运输安全。

中厚煤层综采面超高水材料充填开采技术分析

中厚煤层综采面超高水材料充填开采技术分析本文从超高水材料的特性介绍入手，对超高水材料充填开采技术的作用机理进行分析，并对该技术在中厚煤层综采作业面的应用进行深入研究。

结果表明，该技术不但能提高作业效率，而且还能确保生产安全。

标签：综采作业面；超高水材料；充填开采1 超高水材料充填开采技术分析1.1 超高水材料简介超高水材料是煤矿采空区充填过程中较为常用的材料之一，一般都是由两种主料与少量的速凝剂和缓凝剂组成。

当水体积在95-97%这一区间浮动时，其固结体的抗压强度能够按照外加剂的不同，按需调节初凝时间，范围一般可控制在8-90min之间，其28d的强度能够达到0.66-1.5MPa，两种主料浆液均可以维持在30-40min左右不凝固。

固结体7h的抗压强度能够达到最终强度的60%-90%。

由于超高水材料的水体积均大于95%，故此其水灰比要比普通高水材料大很多，约为11：1。

1.2 材料特性超高水充填材料具有如下特性：1.2.1 初凝快。

超高水充填材料在不同水灰比的条件下，其初凝时间均不超过20min，并且早期抗压强度增长速度较快，24h左右基本能够达到最高强度的50%。

1.2.2 形变性。

当超高水充填材料固结体受到压力荷载作用后，体积应变相对较小，约为0.00073-0.003之间。

换言之，固结后的超高水充填材料具有不可压缩性，这一特性使其非常适用于煤层充填开采。

1.2.3 再胶结性。

超高水充填材料压裂后，28d再胶结强度能够达到未压裂之前强度的90%以上，这表明，材料本身具有压裂后再胶结的性能，该性能可以调节充填体上部覆盖岩体的稳定性。

1.2.4 恒阻性。

通常情况下，超高水充填材料固结体当中所含的主要为游离水。

使得充填材料在受压破坏之后，仍具备重新结晶的能力，使其具有了良好的恒阻特性。

1.2.5 热稳定性。

超高水材料耐火性的强弱主要取决于材料当中的水含量多少，即水含量越高，耐火性差，水含量较低时，耐火性较高。

2-1 开采引起的地表沉陷规律

3
4
ψ3
5 o w
6
ψ3
7
8
δ0
9
x
倾斜曲率
+
+
o i
K
-
x
-
o
-
+ x
K9=0
K1=0 K3=0
K5=0 K7=0
曲率正负号的物理意义
x
正曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方向凸起或在煤层方向下凹负曲率的物理意义是地表下沉曲线在地面方向下凹或在煤层方向凸起
+
W(mm)
δ
o
ψ
3
水平移动
1点 U1=0 5点 U5=0 9点 U9=0
1 1′ 2 2′ 3 3′ 4 5 4′ 5′ 6′ 6 7′ 7 8 8′ 9 9′ x
U坐标向下为正
δ0
ψ3
ψ3
δ0
+
o
-
x
U 边界点和采空区中点的水平移动为零；边界点和采空区中点之间有极值。
3、倾斜 i
倾斜是指地表单位长度内下沉的变化，单位为mm/m，i坐标轴向下为正
the observation scheme about rock strata movement and surface subsidence of face 70310 in YangQuan Colliery 1st
23.3
6.0
Survey line D
the subsidence velocity curve of the primary key stratum and the corresponding surface
A
o WB

高水材料充填技术在减小地表沉降中的应用

高水材料充填技术在减小地表沉降中的应用
刘辉，何春桂，董增林，牛争分，张兆江
（．１河北工程大学资源学院，河北邯郸０６３；２５０８．河北工程大学水电学院，河北邯郸０６３；３５０８．冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿，河北邯郸，０６０）５１９
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方法用于减小开采引起的地表沉降，比传统的充填方法效果明显。
关键词：高水材料；地表沉降；充填；变形监测

充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律

充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律充填采煤开采是指在煤矿开采过程中，通过将煤矿开采所形成的空隙充填，以减少地表沉陷和地面塌陷，保护地表和地下水资源，同时提高采煤效率。

充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律是煤矿开采中的重要问题，对煤矿生产和环境保护具有重要意义。

本文将对这一问题进行探讨。

1.矿层厚度矿层厚度是影响充填采煤开采沉陷的重要因素，一般来说，矿层越厚，采空区形成的空隙越大，地表沉陷的影响也越大。

2.岩层性质岩层的力学性质对地表沉陷也有重要影响，硬度较大的岩层在采煤过程中形成的空隙较小，地表沉陷影响相对较小，而软弱的岩层形成的空隙较大，地表沉陷影响较大。

3.采煤方法不同的采煤方法会对地表沉陷造成不同程度的影响，长壁工作面采用的是局部支护技术，开采过程中容易形成大面积的采空区，地表沉陷的影响也会比较大；而综采工作面采用的是全覆工作面技术，开采过程中形成的采空区较小，地表沉陷影响相对较小。

4.充填材料充填材料的性质和充填质量也是影响地表沉陷的重要因素，充填材料应具有一定的强度和稳定性，充填质量应保证充填密实，以减少地表沉陷的影响。

二、充填采煤开采沉陷影响规律1.沉陷变形规律充填采煤开采沉陷的主要特征是地表沉陷和地下采空区的变形，地表沉陷一般呈现为中心下沉、四周隆起的特征，地下采空区的变形主要表现为采空区高度增加、长度伸展等。

2.沉陷影响范围充填采煤开采沉陷的影响范围一般包括表面沉陷、地下管线和建筑物的受损等，沉陷通常会影响周围环境和地下设施的正常使用。

3.沉陷影响规律沉陷影响规律主要包括沉陷的时间、幅度和速率等方面的规律。

一般来说，充填采煤开采沉陷的时间较长，沉陷幅度较大，沉陷速率较慢。

三、解决充填采煤开采沉陷问题的对策1.合理利用充填材料合理选择和利用充填材料是解决充填采煤开采沉陷问题的关键，应选择质量好、强度高、稳定性强的充填材料，并保证充填质量。

2.采用适当的采煤方法合理选择和采用适当的采煤方法也是解决充填采煤开采沉陷问题的重要措施，应根据煤层的特点和地质条件，选择适当的采煤方法，以减少地表沉陷的影响。

浅埋薄煤层超高水充填开采地表移动规律

浅埋薄煤层超高水充填开采地表移动规律摘要：本文旨在探讨浅埋薄煤层超高水充填开采的地表移动规律。

以南京市一个深度2m的浅埋薄煤层超高水充填的采空区为研究对象，采用高精度定位仪、黑匣子分析和GIS技术，通过实测反演方法，分析地表移动规律，探讨其与地质环境和推力水力学因素之间的相互作用。

研究发现，南京市该采空区浅埋薄煤层的地表移动主要由地质条件决定，地层坡度大，可以形成有效的推力水力作用，从而引起采空区的地表移动。

关键词：浅埋薄煤层；超高水充填；地表移动；地质环境；推力水力学正文：1. 引言本文旨在探讨浅埋薄煤层超高水充填开采的地表移动规律。

近年来，随着国家煤炭供需形势的变化，超高水充填开采已成为开采煤炭的重要手段之一。

浅埋薄煤层超高水充填开采，是一种把空间尺度的开采活动与水体空间尺度的物理力学过程有机联系的开采方式。

地表移动，作为超高水充填开采的特殊特征，对采后环境修复及采矿安全具有重要意义，因而，探究该地表移动规律具有重要现实意义。

2. 研究背景为探讨浅埋薄煤层超高水充填开采的地表移动规律，本文以南京市一个深度2m的浅埋薄煤层超高水充填的采空区为研究对象，通过实测反演方法，分析地表移动规律，探讨其与地质环境和推力水力学因素之间的相互作用。

3. 研究方法本研究采用三维定位仪、飞行测量系统、黑匣子分析和GIS技术，进行多周期的地表移动的历史记录以及地表移动的变化趋势，综合考虑地质环境和推力水力学因素，计算出地表移动的规律，分析地表移动规律与地质环境和推力水力学因素之间的相互关系。

4. 研究结果经过定位反演分析，分析发现，南京市该采空区浅埋薄煤层的地表移动主要由地质条件决定，地层坡度大，可以形成有效的推力水力作用，从而引起采空区的地表移动。

此外，该采空区的地表移动的节点分布不均匀，研究发现，节点集中于采空区的最大深度处。

5. 总结本文以一个深度2m的浅埋薄煤层超高水充填的采空区为研究对象，通过实测反演方法，分析地表移动规律，探讨其与地质环境和推力水力学因素之间的相互作用。

绿色矿山密实充填开采地表沉陷规律研究

绿色矿山密实充填开采地表沉陷规律研究摘要为保护地表建筑物、农田、河流及主要井巷，在城镇范围内留设了大量优质煤柱资源。

该部分矿量属于典型的“三下”开采，因此如何在保证地表及矿山主要井巷安全的前提下，最大限度地回收优质的煤炭资源，对矿山可持续发展意义重大。

我矿充分借鉴其它煤矿连采连充技术，利用煤矸石作为充填骨料，实现高浓度充填，解决煤矸石地表堆放难题、消除环境污染、解放保安煤柱、减轻地表沉降对地表建构筑物的损坏，提高安全开采保障程度和资源回收率。

关键词绿色矿山密实充填地表沉降一、密实充填开采的背景充填采矿法由于能够确保“三下”开采安全，最大限度地回收矿产资源，保护地下、地表环境，特别是近些年来，由于充填材料、充填工艺、管道输送装备和技术的不断进步、充填成本的不断降低及其无可替代的优势，密实充填开采方法在煤矿开采中有很大的优势。

目前，由于存在以下难题，矿山可持续发展受到一定程度的制约：1、由于多年的强化开采，掘进产生的煤矸石日益增多（按12%的煤矸石产出率，每年新增煤矸石近20万吨），现有煤矸石山容积已近饱和，如何为新增煤矸石堆放寻找出路成为当务之急。

2、煤矸石山位于城区内，靠近柴汶河，对城镇环境和柴汶河水系造成严重污染。

如果能够将这部分煤矸石彻底消化，不仅可以恢复宝贵的土地资源，创造显著的经济效益（按每亩土地20万元计算，占地近200亩的煤矸石山占用资金4000万元），而且会对保护环境、创建绿色矿山作出重大贡献，经济效益、社会效益和环境效益显著。

3、为保护地表建筑物、农田、柴汶河及主要井巷，在城镇范围内留设了大量优质保安煤柱。

由于该部分矿量属于典型的“三下”开采，因此如何在保证地表及矿山主要井巷安全的前提下，最大限度地回收这部分宝贵的煤炭资源，对矿山可持续发展意义重大。

二、开采方法的调研及开采沉降的分析论证1、密实充填开采试验区开采设计方案充填开采试验区位于-210水平西部，开采范围：东至-210～-600原皮带井保安煤柱线，西至充填联络巷，南至矸石充填运输巷，北至矸石充填回风巷。

铁路下煤矿超高水充填开采地表沉陷研究

铁路下煤矿超高水充填开采地表沉陷研究徐永芬【期刊名称】《《煤矿安全》》【年(卷),期】2019(050)009【总页数】6页(P207-211,215)【关键词】铁路下开采; 超高水充填; 地表沉陷; 数值模拟; 概率积分法; 现场观测【作者】徐永芬【作者单位】烟台黄金职业学院山东烟台 265400【正文语种】中文【中图分类】TD327“三下”压煤问题一直是制约我国资源开发的难题，据统计我国仅铁路下压煤总量达到近19 亿t，随着铁路运营里程的不断发展，铁路下压煤量也不断增大，因此研究线性构筑物下采煤具有重要的理论及实践意义[1-2]。

超高水充填技术解决了水砂充填技术中的泌水问题，该技术中水在材料配比中所占的比重大，充填材料的流动性和固水能力强；凝固和强度增长速度快，且成本低，充填效果好，目前在现场应用广泛[3-6]。

冯光明，贾凯军，尚宝宝分别以陶一、王庄、金地煤矿为研究对象，分析超高水充填开采在“三下”开采，预充空巷开采及注浆防灭火开采方面的应用，得出超高水充填的充填率可以达到85%以上，在预充空巷开采时，工作面未出现矿压显现强烈现象，在防灭火方面，获取温度、一氧化碳浓度、甲烷浓度恢复正常水平[7]。

黄启明，冯星宇，曾朝辰等通过对支架选型、充填工艺、充填材料配比等进行分析论证，在永城老城区建筑物下进行现场充填开采实践，证明在地面建筑物密度大、使用时间长且结构安全等级差、易受地下开采影响而破坏的情况，超高水充填技术具有很好的适用性且具有很好的经济效益[8]。

为评价超高水充填的效果，用以研究超高水充填开采对地表建筑物的影响效果，娄高中，郭文兵等以吕家沟煤矿为研究对象，通过建立地表观测站对超高水充填开采地表沉陷进行观测，结果表明超高水充填开采能大幅降低地表沉陷，降低建筑物破坏等级[9]。

但是目前将超高水充填技术主要侧重建筑物下开采和地表移动规律研究，在铁路下开采的实践研究则较少。

目前研究较多的铁路下开采技术主要以桥涵下开采为主，且主要的开采技术为留煤柱开采和房柱式开采为主，对充填开采的研究较少，虽解放了部分煤炭资源但还有大部分资源依然无法开采，造成大量的资源浪费。

高水充填材料的制备技术研究要点

高水充填材料的技术研究我国煤矿开采普遍采用自然垮落法管理顶板、处理采空区，已造成严重的环境问题，地表塌陷、建筑物压煤、地下水资源破坏、煤矸石环境污染等问题尤为突出。

为适应可持续发展的要求，2003年，钱鸣高院士依据循环经济的思想，提出了“绿色开采”技术的概念，其基本内涵是防止或尽可能减轻煤炭开采对环境和其它资源的造成的不良影响，其目标是取得最佳的经济效益和社会效益，其中的主要内容就包括充填开采技术。

一、国内煤矿充填开采研究进展矿山充填有数百年的历史，但有计划的充填并作为一种技术发展在国外有近60年的历史，国内则是近40年的事，而且主要在金属矿发展的比较快和成熟。

金属矿山充填经历了干式充填、水砂充填、胶结充填和全尾砂胶结充填等四个发展阶段，国内煤矿的充填开采是在金属矿山充填开采的基础上发展而来的，分为膏体充填开采和高水充填开采。

1、膏体充填开采国内投入较大，采用充填技术较早的是太平煤矿。

该矿从2003年开始先后投入6000多万元，料浆制备和输送采用德国技术，以泗河河砂、电厂粉煤灰加专用胶结料和水配制成膏状料浆，泵送至井下充填空区。

新矿集团的孙村煤矿则以破碎的陶化煤矸石经过粗碎和细碎后的新鲜煤矸石为主料，添加粉煤灰和早强剂配制成似膏体料浆，通过自流方式进行充填。

河北邢台矿也进行了膏体充填的试验研究，充填主料为粉煤灰。

该矿进行的另一项试验研究是半饱和矸石与粉煤灰充填。

方法是将矸石与粉煤灰以适当的比例混合后，通过投料系统、井下运输系统运至采煤工作面，再通过充填机充填到采空区，由捣实机进行捣实，达到解放建筑物下压煤并控制覆岩运动及地表沉陷的目的。

从充填技术看，国内煤矿与金属矿有着显著的不同。

一是大多选用膏体或似膏体充填，二是充填主料主要是煤矸石和粉煤灰。

原因可能在于：一是膏体或似膏体充填在金属矿的应用比较成熟，二是煤矿充填区的挡墙制做和密封困难，膏体或似膏体充填的防渗堵漏压力小，一般的编织袋挡墙即可满足要求；三是煤矿没有金属矿的尾矿，但煤矸石排放量大，粉煤灰的资源不难获得。

充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律

充填采煤开采沉陷主控因素及其影响规律充填采煤是一种对地质环境要求很高的采煤方法，充填采煤开采过程中，地下空间发生变化，导致地面沉陷。

沉陷现象直接影响着矿区的环境、社会和经济效益，同时也是评价充填采煤开采效果的重要指标之一。

因此，研究充填采煤中沉陷的主控因素及其影响规律具有重要的现实意义。

1. 充填材料的性质和充填方式充填材料的性质和充填方式是影响充填采煤沉陷的重要因素之一。

充填材料分为天然材料和人工材料两种。

天然材料包括煤屑、灰渣等，人工材料包括混凝土、砂浆等。

不同材料的物理力学性质不同，对充填采煤的沉陷影响也不同。

充填方式也会影响沉陷程度，如充填密度、充填厚度、充填强度等。

2. 矿区地质条件矿区地质条件是影响充填采煤沉陷的主要因素之一。

地下岩石的稳定性、断层、裂缝、褶皱等地质构造对地下空间的变化有着重要的影响。

在矿区的不同地质条件下，充填采煤的沉陷特征会有所不同。

3. 采矿工艺参数充填采煤开采中，采矿工艺参数的选择也会影响充填采煤的沉陷。

采煤速度、采煤高度、采煤厚度等参数的变化，都会对充填采煤的沉陷特征产生直接的影响。

4. 充填采煤区域的周边环境充填采煤区域的周边环境也是影响充填采煤沉陷的因素之一。

具体来说，周边环境包括气候、水文、地形、地貌等因素。

这些因素的变化会影响矿区的水文情况，从而影响充填采煤的沉陷。

1. 沉陷现象的空间分布规律充填采煤开采沉陷现象的空间分布规律是研究沉陷规律的重要内容之一。

研究表明，充填采煤沉陷主要集中在矿井开采区域，而非充填区域，沉陷强度随着矿井的采矿深度增加而增大。

此外，经过充填处理的矿井开采沉陷影响范围相对较小，沉降率低于未充填的矿井。

充填采煤开采沉陷现象的时间特征也是研究沉陷规律的一个重要内容。

研究表明，充填采煤沉陷呈现出快速-中速-缓慢的变化过程。

即，开始的几个月沉降速度较快，随着时间的推移，沉降速度逐渐减缓，最终趋于平稳。

3. 沉陷现象的整体影响充填采煤沉陷现象的整体影响是研究沉陷规律的另一个重要方面。