矿山压力观测与控制 采场上覆岩层移动控制 采场上覆岩层移动控制.ppt

* 矿山压力观测与控制 教 师：采矿教研室 学 院：资源与测绘工程学院 * 一、留设煤（岩）柱控制岩层移动 当开采矿体接近露头，接触的冲积层底部有砂层或砾石层，且该层内无水时，则需要留设防砂岩柱。 α 防沙煤岩柱留设 §6-12 采场上覆岩层的控制 1、防砂煤岩柱 2、防（上方）水煤岩柱 当开采矿体埋藏浅，且地表富水（如海洋、湖泊、河流、水库等），形不成弯曲沉降带；或者矿体接近基岩露头的富含水的冲击层，若无法消除水患（疏干或改道）时，则都需要留设防水岩柱。 * 在地下采矿，由于岩层的移动或错动，对于地面的重要设施，要留矿柱进行保护，例如国家重要输电线路、重要桥梁、铁路，以及城镇、水库等。对于矿井的地面工业广场和井筒对于矿体较厚，井田面积（赋存范围）较小时，可布置在岩层错动范围以外，不受开采影响地方布置，否则也要留设保安矿柱。 3、地面设施的保护 部分开采包括房柱式开采、条带式开采和煤柱支撑法开采等，其原理是利用矿柱（或煤柱）支撑上盘岩体（顶板），控制上方岩体，防止其沉降。对于层状矿体开采的关键在于开采空间宽度小于主关键层极限跨度。 * 二、充填开采 1、充填体对地压的控制作用 改善围岩或矿柱的应力状态，提高其自承能力。按库仑－莫尔理论，在三轴应力状态下，充填体中矿柱的强度与充填体所形成的侧压关系为 当内摩擦角φ＝65°时，侧压系数 即矿柱强度提高了侧压力的20倍。对于空场法开采，改用充填法时，可取消或减小支撑矿柱的尺寸，提高矿石的回收率。 限制围岩的崩落及裂隙扩展，减少覆岩和地表破坏和下沉，有效控制底板突水。随着地压的发展，围岩变形，顶板下沉，使充填体逐步被压实，压实了的充填体对上、下盘围岩提供相当大的支撑力，从而限制了围岩进一步冒落与破裂带的进一步扩展，减缓破坏速度和剧烈程度，从而，可控制破坏范围，减少地表的下沉量，减少底板突水事故。 * 2、充填体类型 1）松散充填体 松散充填体的物料颗粒之间空隙大，粘结力非常小，颗粒间的联系主要靠相互间的接触压力产生的内摩擦力和微弱的凝聚力（低强度胶结剂和水的表面张力）的充填体，其物理力学性质特点表现为松散，例如水砂（曲线2）、碎石（曲线3）。在侧向约束或侧压较小时，其抗压强度很小，在有侧向约束的过程中，起初的压缩主要是减少其孔隙度，变形很大而抗压能力不高，即压缩模量很小，表现为荷载—压缩率关系曲线前缓后陡。 平均压力（MPa） 1 2 压缩率（％） 充填体宽高比的影响 平均压力（MPa） 1 2 3 压缩率（％） 充填材料的力学性能 松散充填体充填到采空区后要经过较大的压缩变形后，才能对围岩提供一定的支撑力。只有空区围岩下沉，才能压缩充填体，因此，充填体在压缩过程中，围岩势必产生较大的下沉量，甚至使顶板围岩破裂、冒落。根据我国煤炭系统的测定，水砂充填的顶板沉缩率（顶板下沉量于采高的比值）约为13~28%，矸石充填约为25%。由此可见，松散充填体对限制围岩的变形作用是非常有限的。 另外，松散充填体受充填宽度和厚度的比值影响明显，如图宽高比大于为10的曲线2变形远小于宽高比为4的变形。 * 2）胶结充填体 胶结充填体指其内部颗粒之间具有一定凝聚力的充填体。根据充填材料含水量的多少，分为高水和中、低水材料两大类。 高水材料：指水体积比＞70％的浆体。高水材料流动性好，可以长距离输送。高水速凝充填是必威体育精装版开发新技术，高水速凝材料与大量水混合并全部凝结成固体，机理是水化过程中生成了高结晶化合物——钙矾石（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）。钙矾石是一种最常见的高结晶水化合物，结晶水体积比高达81.2％。此外，钙矾石晶体表面带负电，可将大量的水吸附在晶体表面，同时水化形成其他水化物，如硅酸凝胶、铝酸凝胶等也结合一部分水。我国质量稳定的硫铝酸盐水泥熟料作为高水速凝材料的基料，在高水速凝材料中适当地掺入工业废渣形成高水灰渣材料。高水灰渣充填材料是一种特殊力学性能的材料，单轴压缩下应力应变关系属于塑—弹—塑类型，达到屈服后，材料不立即发生脆性破坏，仍具有较高的残余强度，峰值前应变为2.0～4.5％；三轴压缩下峰值前应变可达6％以上。 中、低水材料：指水体积比＜70％的浆体。它流动性差，可用风力输送或短距离水力输送。低水充填材料主要有两大类：一类是天然硬石膏或合成石膏，另一类是工业废渣或廉价材料加胶结料。 原苏联在70年代末至80年代初进行了离层注浆减缓地表下沉的现场试验。自80年代后期抚顺矿务局在我国首次采用离层注浆减缓地表下沉的试验取得成功之后，此项技术引起了我国从事开采沉陷及“三下”采煤的专家和工程技术人员的重视，先后在大屯徐庄煤矿、新汶华丰煤矿、兖州东滩煤矿、开滦