第27卷第1期.PDF

第 27卷第 1期 徐 州 工 程 学 院 学 报 (自然 科 学 版 ) 2012年 3月 VoL27NO．1 JournalofXuzhou InstituteofTechnology (NaturalSciencesEdition) M ar．2O12 利用固体充填开采方法保护建筑群安全的研究 徐 惠 (中国矿业大学 a．深部岩土力学与地下工程国家重点实验室；b．力学与建筑工程学院，江苏 徐州 221116) 摘要 ：我 国煤矿建筑物下压煤量 占总压煤量 的69 ，同时每年要 向地面排放4．5亿 t以上的固 体废弃物，因此，研究利用固体废弃物充填开采方法，在保证地表建筑物安全性的基础上，高效开采 出下压煤炭资源意义重大．文章应用数值模拟方法，对建筑物下压煤开采所 引起 的岩层移动过程进 行模拟，系统分析 了采场围岩塑性 区分布及地表沉 陷量变化规律 ，由计算结果分析得知，应用固体 充填开采法与无充填直接开采相比，采场 围岩破坏单元数较少 ，围岩稳定性受影响较小，减少地表 沉陷量效果明显．以数值模拟结果作为参考，研制 了长臂综采矸石充填开采工艺的配套设备 ，并在 某矿建筑物下压煤炭开采的实际应用 中取得 良好效果，有效控制 了地表变形 ，保证 了建筑物的安全 性和资源的高效开采． 关键词 ：固体充填 ；建下开采；地表沉陷 中图分类号 ：TD853．34 文献标识码 ：A 文章编号 ：1674—358X(2012)01—0052—06 在矿产资源 日益短缺的情况下，“三下”矿 山的开采对经济发展有着重要的意义．我国建筑物下压煤量为 94．68×10 t，占总压煤量的69％_1]，严重影响矿井的正常生产和资源 回收，缩短了矿井的服务年 限．另一方 面 ，我国煤矿历年向地面累计堆放 45亿 t以上的固体废弃物 ，不仅 占用大量土地 ，而且还会不断污染环境． 因此，利用固体废弃物将地下煤炭资源置换出来 ，既保证地表建筑群的安全 ，同时又能达到资源高效开采利 用的 目的． 1 建筑物下开采 的研究现状 建筑物一般能够承受一定程度的地表变形而不发生明显损坏，其所能允许的地表变形值 ，称为建筑物临 界变形值．通常以地表变形值来判断建筑物可能破坏的程度 ，通过地表变形值定 出建筑物不同破坏等级．针 对这一情况 ，我国 《建筑物 、水体 、铁路及主要井巷煤柱 留设与压煤开采规程》制定 了具体的砖混结构建筑物 破坏 (保护)等级标准 ，严格控制开采引起的地表变形 ，以保证建筑物群的安全． 在掌握采动覆岩及地表沉陷规律的条件下 ，为了避免对地面建筑物等设施的损害，国内外学者开发出许 多控制覆岩及地表沉陷的技术措施 ，主要有 留设保护矿柱法 ，井下采空区充填法 ，局部开采法 ，离层充填法 等 ．而我国在建筑物下的采矿方法 ，主要采用充填采矿法和条带开采法．充填采矿法是适应各种开采技术 条件 ，实现地下矿山无废料排放至地表的唯一采矿方法．充填采矿法既可以减少上覆岩层的破坏程度，又可 以显著地减少地表移动和变形．充填采矿法依据充填动力可分为人力充填 、风力充填 、干粉充填、水力充填 等 ．其 中固体废弃物 (如矸石等)充填采矿法随着技术和设备的发展，正越来越多地应用于建筑下压资源的 开采．此法不仅适应性强 ，矿石采出率高，作业较安全 ，同时能够利用工业废料，减少对环境的污染．其主要的 技术思路是将矿山固体废弃物通过投料钻孔投放到井下 ，经运输系统运送到工作面的采空区，随着工作面的 推进 ，通过相应配套设备实现对采空区充填夯实 ]，以进行地压管理，控制围岩崩落和地表变形．而矸石作为 矿山开采的固体废弃物，是一种成本较为低廉 的充填材料，再次重复利用不仅可以保护矿山环境而且还能置 换出宝贵的矿产资源 ． 充填开采的工业性试验多数在 “三下”状况下开展 ，为此 ，缪协兴等 提出计算 固体充填采煤的等价采高 收稿 日期 ：201卜12—19 基金项 目：国家 自然科 学基金项 目 作者简介：徐 惠(1981 )，女，江苏盐城人 ，博士研究生 ，主要从事混凝土耐久性研 究 · 52 · 万方数