不同充填率下矸石充填開采覆巖運動規(guī)律研究

郭鑫 李全水 李良賀

摘要：文章以翟鎮(zhèn)煤礦 7203E工作面為例，采用 FLAC3D軟件建立矸石充填開采數(shù)值計算模型，研究不同的充實率條件下矸石充填開采覆巖運動規(guī)律，研究表明：隨著充填率的增大，采空區(qū)上覆巖層的運動越來越小，當工作面充填率為65%時，覆巖最大下沉量為208mm；當充填率上升至75%時，覆巖最大下沉量為159mm，相較充填率為65%時的覆巖最大下沉量降幅為23.5%；當充填率提升至85%時，覆巖最大下沉量為112mm，相較充填率為65%時的覆巖最大下沉量降幅為31.5%；而當充填率進一步提升至95%時，覆巖最大下沉量為105mm，相較充填率為65%時的覆巖最大下沉量降幅僅為6.3%。

關(guān)鍵詞：矸石充填；充填率；覆巖運動；數(shù)值模擬

1 工作面概況

翟鎮(zhèn)煤礦7203E面為原石矸石充填工作面，該工作面平均采深600m，煤層的平均傾角為4°，采高2.15m，煤層的走向長578m，傾向長96m。依據(jù)鉆孔柱狀圖，可以看出該工作面的老頂為細沙巖，灰黃色，裂隙發(fā)育，裂隙被黃土充填，較軟，f=3.0，直接頂是由砂巖互層、灰黑色粉砂巖及煤2上2分層構(gòu)成的復合頂，直接底為灰色-灰白色細砂巖，成分以石英為主，顆粒均勻，分選佳，膠結(jié)物以硅質(zhì)及泥質(zhì)為主，孔隙膠結(jié)，細水平層理，f=4.0。其巖石力學參數(shù)如下表：

2 不同充填率下矸石充填開采覆巖運動的數(shù)值模擬

2. 1 數(shù)值計算模型的建立

根據(jù)7203E工作面開采地質(zhì)條件，建立三維數(shù)值計算模型。模型上邊界與煤層的距離約為66 m，下邊界與3煤距離約為42 m。據(jù)此本次模擬模型尺寸為200×200×110（長×寬×高），工作面長90 m，兩側(cè)各留5 m煤柱，模擬工作面走向長度為560 m，前后各留4 m煤柱。將上覆巖層簡化為均布載荷12.75 MPa加在模型的上邊界.模型側(cè)面和底面限制移動，計算中煤巖采用彈塑性本構(gòu)模型，屈服準則采用Mohr-Coulumb準則。

2. 2 不同充填率下矸石充填開采覆巖運動的位移云圖

為研究不不同充填率下矸石充填開采覆巖運動規(guī)律，設(shè)矸石充填體強度滿足一定要求。本次研究中充填率的參數(shù)變量分別為65%、75%、85%和95%?；贔lAC3D數(shù)值模擬軟件，得到了不同充填率下的覆巖運動的位移云圖。

3 不同充填率下矸石充填開采覆巖運動的規(guī)律分析

通過不同充填率下矸石充填開采覆巖運動位移云圖，可以看出：

1）采空區(qū)上覆巖層的沉降位移呈分層分布，且直接頂?shù)某两滴灰泼黠@大于老頂?shù)某两滴灰啤?/p>

2）隨著充填率的增大，采空區(qū)上覆巖層的沉降位移越來越小，當工作面充填率為65%時，覆巖最大下沉量為208mm；當充填率上升至75%時，覆巖最大下沉量為159mm，相較充填率為65%時的覆巖最大下沉量降幅為23.5%；當充填率提升至85%時，覆巖最大下沉量為112mm，相較充填率為65%時的覆巖最大下沉量降幅為31.5%；而當充填率進一步提升至95%時，覆巖最大下沉量為105mm，相較充填率為65%時的覆巖最大下沉量降幅僅為6.3%。且采空區(qū)上覆巖層15 m處的沉降位移均小于10 cm。

3）隨著充填率的增大，采空區(qū)上覆巖層的分層程度逐漸減弱，當充填率為85%時，采空區(qū)上覆巖層的分層減弱程度較為明顯，之后隨著充填率的增大，采空區(qū)上覆巖層的分層程度基本穩(wěn)定。

4 結(jié)論

在不同充填率下矸石充填開采覆巖運動規(guī)律研究中，可得出以下結(jié)論：

充填率是控制覆巖運動的關(guān)鍵參數(shù)，充填率越高，覆巖沉降位移越小，垂直應力越小。

當充填率達到85%時，隨著充填率的再次增加，覆巖運動位移趨于穩(wěn)定。

綜合效率和效益及施工技術(shù)等條件，當充填率為85%時，既能有效的控制覆巖運動，又可以大幅度降低礦區(qū)的充填成本，提高人工效率，因此在實際生產(chǎn)中，可通過一系列現(xiàn)代化充填設(shè)備及控制矸石車的數(shù)量來確保工作面充填率在85%。

參考文獻：

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作者簡介：

郭鑫（1990-4），男，山東泰安人，碩士研究生，助理工程師，從事礦山壓力與巖層控制的研究工作。