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我公司自主研發(fā)的PACK超高水材料,用于大體積隱蔽空洞等位置的充填,特別是煤礦井下采空區(qū)空洞的充填。由于此種充填材料及技術(shù)較傳統(tǒng)工藝有成本低,操作簡(jiǎn)單,無毒無公害等優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)得到了煤炭系統(tǒng)的認(rèn)可,并得到了一定的推廣。但在推廣使用的過程中也出現(xiàn)了一些問題,針對(duì)不同的煤礦地質(zhì)情況,超高水充填材料表現(xiàn)出更強(qiáng)的適應(yīng)性,這主要表現(xiàn)在,如對(duì)采高和煤層傾角的要求等上。下邊將針對(duì)不同的地質(zhì)條件進(jìn)行分析,以求找出超高水材料充填開采技術(shù)的限制因素,以及該技術(shù)的適用范圍。
1充填模型的建立
超高水充填技術(shù)主要是利用了超高水材料的高流動(dòng)性和速凝早強(qiáng)性。所以除傾斜長(zhǎng)壁開采中的俯采之外大部分開采方式均可采用,特別是傾斜長(zhǎng)壁開采中的仰采是其首選。
現(xiàn)就傾斜長(zhǎng)壁開采中的仰采為模型對(duì)充填開采的適用條件及限制因素進(jìn)行分析。
此公式即為超高水材料采空區(qū)充填技術(shù)在基本頂不破斷情況下應(yīng)滿足的條件。
在傾斜長(zhǎng)壁仰采工作面,充填工藝的實(shí)施是隨著工作面的推進(jìn)而同時(shí)進(jìn)行的。工作面推過后,直接頂垮落,如果充滿采空區(qū),則基本頂被直接頂所垮落矸石支撐,隨著采空區(qū)的擴(kuò)大而緩慢下沉,此時(shí)充填漿液將沿著垮落的巖石裂隙流入采空區(qū),并逐漸凝固與冒落的矸石形成混合體。但如果垮落后的矸石不能將采空區(qū)充滿,則基本頂將在沒有支撐的情況下懸露,并隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)而發(fā)生彎曲下沉,此時(shí)的充填漿液將由工作面直接流入采空區(qū),其液面將隨著工作面的向上推進(jìn)而逐步上升,并與基本頂相接觸,在凝固后對(duì)上部巖層進(jìn)行支撐。在這個(gè)過程中如果懸露的長(zhǎng)度大于或等于初次垮落的步距,基本頂將發(fā)生斷裂,進(jìn)一步引起上部巖層的移動(dòng),從而影響到地表。所以判斷基本頂是否發(fā)生斷裂成為超高水充填開采技術(shù)的關(guān)鍵。
2充填模型中相關(guān)參數(shù)的分析
(1)基本頂巖性及厚度對(duì)超高水充填的影響。
基本頂巖石的力學(xué)特性和基本頂?shù)暮穸戎苯記Q定了頂板垮距的大小。巖石的抗拉強(qiáng)度越高,基本頂初次垮落的步距越大,超高水充填技術(shù)越容易實(shí)施,充填之后的固結(jié)體也就越容易接頂。而基本頂?shù)暮穸仍酱?,則說明在相同巖性條件下基本頂?shù)膭偠仍綇?qiáng),越不易發(fā)生斷裂。
需要注意的是,有些基本頂,例如以石灰?guī)r為主要構(gòu)成的基本頂,在整個(gè)充填過程中經(jīng)常不發(fā)生破斷,但隨著工作面的逐步推進(jìn)會(huì)呈現(xiàn)出彎曲下沉的情況。彎曲下沉的基本頂,壓縮了下部的充填空間,同時(shí)上部巖層會(huì)逐步發(fā)生離層形成彎曲下沉帶,甚至對(duì)地表產(chǎn)生影響。
(2)煤層傾角對(duì)充填開采的影響
煤層傾角越小則正常充填過程中采空區(qū)側(cè)頂板的懸露長(zhǎng)度越大,即接頂長(zhǎng)度越大,此時(shí)對(duì)基本頂?shù)某醮慰迓溟L(zhǎng)度的要求也越大?;卷斣诒WC不垮落的情況下還應(yīng)有一定的剛度,使基本頂不至于發(fā)生彎曲下沉。同時(shí),充填漿體在重力作用下的流動(dòng)性也隨著煤層傾角的減小而減小。反之亦然。對(duì)于傾斜煤層(大于)由于此時(shí)的頂板懸露長(zhǎng)度很短,常見的頂板幾乎都可以滿足其要求,而且此時(shí)限制充填開采的已不是煤層的傾角大小而是相應(yīng)的采煤方法,所以在此不進(jìn)行討論。
圖2-1 基本頂垮落步距與煤層傾角的關(guān)系
(3)深度對(duì)充填開采的影響
隨著開采深度的增加,基本頂所受到的上部載荷相應(yīng)的增加,單位面積充填體上所受的壓力也越大,這對(duì)充填材料的性能和充填工藝的要求更高。
(4)煤層厚度及直接頂對(duì)充填開采的影響
圖2-2 基本頂垮落步距與煤層與直接頂厚度之和的關(guān)系
煤層厚度及直接頂?shù)目迓涓叨?,這二者直接決定了充填施工過程中液面的接
頂長(zhǎng)度和充填量。二者的和越大則采空區(qū)懸頂距離越長(zhǎng)。
3不同地質(zhì)條件下充填模型中充填量的確定
針對(duì)直接頂?shù)拿奥淝闆r,對(duì)充填模型進(jìn)行相應(yīng)的分析。
(1)直接頂頂板的垮落步距大于采空區(qū)側(cè)的頂板懸露距離 。
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