固体充填开采是近年来发展的一种较好的绿色开采技术,在国内获得初步应用,但实测资料较少。结合一个试采工作面,采用FLAC3D数值模拟手段,对固体充填开采不同充填率及充填体不同弹性模量条件下地表下沉规律进行研究。研究表明,随着充填率从100%减小到50%,地表下沉最大值从312 mm增加到907 mm,充填率对地表下沉的影响很大,在选择充填开采的时候,保证充填接顶对防止地表变形过大很有帮助。随着充填体弹性模量从0.24 GPa增大到24 GPa,地表最大下沉值迅速减小,选择合理的充填体级配很重要,只要充填体达到抗变形能力即可。

针对煤炭资源开采过程中存在的大量"三下"压煤问题以及煤炭采出后给人类环境造成的巨大损害,本文提出了采用膏体充填技术,并对充填工世流程以及采空区充填步骤做出了相关的介绍。结合了山西某矿实例,对其经济效益进行分析对比,体现了膏体充填技术的优越性。

为深入研究充填开采顶板断裂带发育规律和破坏范围,采用理论分析和现场实测相结合的方法进行了研究。采用板壳理论分析顶板岩层断裂破坏的实质和整个破坏演变的过程,并建立起了充填开采顶板断裂带高度的计算方法。并以红阳四矿为研究对象,应用建立的充填开采断裂带高度计算方法,计算该矿井1326工作面的断裂带高度为8.0m。在现场采用岩层窥测孔对顶板的破坏情况进行了观测,观测结果显示断裂带高度的范围是7.7m至8.2m之间。经过现场实测的验证,板壳理论分析充填开采覆岩变形破坏规律方法可行,该断裂带高度计算方法的精度符合现场实践需要。

为研究以尾砂为骨料、胶固粉为细集料的膏体跳采充填覆岩变形、移动及破坏的规律,以张赵煤矿102采区1021工作面为工程背景,基于相似理论建立相似物理模型,对跳采充填情况下煤柱及充填体稳定性、顶板裂隙发育、弯曲变形规律进行研究。试验结果表明:第1轮采5 m,留15 m煤柱跳采充填开采后,基本顶和直接顶基本稳定,没有变形;第2轮开采煤柱累计长度80 m,随着回采煤柱数目增多,直接顶发生下沉明显,在距开切眼90 m处1~8测点下沉最大值达到4.5 cm;当工作面完全充填开采后,上覆岩层下沉最大值为22 cm,离层发育高度为29.4 m;煤柱和充填体所受垂直应力随煤柱回采数目增多而变大,煤柱监测数据的变化呈现阶梯状增加,分为突变期、缓增期、稳定期3个阶段;充填体受力稳定在0.012~0.02 MPa之间,变形小。

为了研究矸石充填开采在不同充实率条件下的地表移动变形规律,采用FLAC3D数值模拟软件建立某矿区不同充填强度下的矸石充填开采数值计算模型,分析不同的充实率对地表沉陷的影响规律,并在此基础上结合等价采高理论对比分析了薄煤层垮落法开采与矸石充填开采地表移动结果,得出两者地表最大移动量的差值随充实率的变化特征,研究表明:矸石充填开采充实率越高,地表沉陷的控制效果越好,地表移动与变形极值均随充实率的增加而呈线性减小;基于等价采高的矸石充填开采预计是偏于保守和安全的,且随着充实率的增大,等效薄煤层与充填开采地表移动极值逐步接近,相对偏差逐渐减小。