深部高浓度胶结充填开采地表沉陷控制因素及影响规律

杨宝贵; 顾成进; 施展; 杨发光; 王龙飞; 李红骄

摘要：深部开采已成为我国煤炭行业面临的关键挑战,尤其是在高地应力、高地温和高渗透的"三高"问题的制约下,寻求有效的开采技术迫在眉睫.充填开采技术,特别是利用煤矸石作为填充材料的高浓度胶结充填技术,逐步被应用于深部开采,成为应对这一挑战的有效手段.本文通过研究已有文献,分析了5 种充填开采方式的充填工艺、影响因素和控制效果;总结了影响深部高浓度胶结充填开采地表沉陷控制效果的地质采矿条件、充填技术条件和充填体性质 3 类因素.为进一步理解深部高浓度胶结充填开采的独特性,构建了高浓度胶结充填体与顶板的力学作用模型,深入分析了深部长壁高浓度胶结充填开采采场的覆岩运动特征,并明确了岩层稳定的判别条件.基于FLAC数值模拟结果,确定了影响地表沉陷控制效果的主要因素及其重要性顺序:工作面设计宽度>充填率>充填体强度>煤层厚度.此外,研究还发现,煤层厚度与工作面宽度对沉陷效果的影响呈负相关,而充填率和充填体强度的影响呈正相关.最后,结合某矿试验采区的实际数据,确定了最优的工作面宽度(100 m)、充填率(90％)和充填体强度(3 MPa),并通过对比分析观测地表沉陷数据(4～15 mm)与数值模拟结果较吻合.本文的研究为深部矿区地表沉陷控制提供了理论基础和技术支持.