[发明专利]一种膏体材料结构充填控制地表残余沉陷的方法

说明书

本发明公开了一种膏体材料结构充填控制地表残余沉陷的方法，包括以下步骤：在工作面开始生产前对矿井上覆岩层情况、工作面参数进行调研，根据所调研资料进行计算；在工作面开始生产后，先在开切眼内紧贴工作面后向煤壁砌筑一道长度与工作面长度相等的边界条带墙，为工作面后向煤壁提供侧向支撑力，防止工作面后向煤壁片帮；根据工作面实际情况进行条带—墩柱间隔结构充填。本方法可以节约充填材料，降低充填成本，同时取得优良的充填效果。

技术领域

本发明涉及一种膏体材料结构充填控制地表残余沉陷的方法，属于矿山工程技术领域。

背景技术

煤炭作为我国能源市场的重要组成部分，在国民经济发展中起着不可或缺的作用。煤炭资源的开采形式主要分为两种：露天开采与井工开采。在我国，由于煤炭埋藏较深，因此大多数矿区都采用井工方法开采煤炭。因此也造成了许多不可忽视的问题，煤矿开采所造成的地表沉陷由于其所造成地形破坏的震撼性，对耕地及房屋损毁的不可逆性成为煤矿开采所造成的环境问题中影响范围最大，最吸引社会广泛关注的一种。近年来随着国家以及社会的环境问题的不断重视，多数煤矿都开始对地表沉陷进行关注和治理，现有治理地表沉陷的方法主要由两种，一种为留煤柱开采，一种为充填开采。而充填开采因其具有采出率高和保护生态环境等优势，逐渐成为控制地表沉陷的主要手段。然而目前充填开采依然面临着许多问题，一方面目前的充填开采方案对地表沉陷的关注主要在地表移动期间，无法对残余沉陷进行控制。而现有研究表明，残余沉陷是一个长期的缓慢的过程，且极容易被地面建筑和相邻工作面开采影响下发生二次剧烈的沉陷，对地表生态环境、地形地貌造成严重的破坏。另一方面由于煤矿固体废弃物比率低无法满足充填需求，造成现有充填材料存在着成本过高的问题。

究其原因，地表残余变形主要发生在开采所造成的扰动结束后，其机理与地表移动期沉陷机理不尽相同。残余沉陷期间，在上覆岩层压力作用下采空区边界空洞闭合，同时采空区充填物被水和压力等因素影响，内部出现裂缝而后发生破坏，采空区空间被进一步压缩。采空区的变形随着上覆岩层的运移反映到地表即为残余沉陷。因此亟需一种有效的充填材料以及相配套的设施与方法，能够对地表残余沉陷进行有效的控制。

地表沉陷控制方案多采用采空区充填的方法，而现有充填方案并未对残余沉陷进行设计，因此无法解决造成残余沉陷的采空区边界空洞闭合以及水和压力耦合作用下造成的充填体破坏的问题；且煤矿固体废弃物产出比率低无法满足充填所需材料要求，造成成本升高。

发明内容

为了解决现有充填方案无法解决地表残余沉陷的问题，同时降低充填成本，本发明提供了一种膏体材料构造充填控制地表残余沉陷的装置和方法。

本发明提供的膏体材料结构充填，是本课题组提出来的一个构想，旨在通过煤层分布特点等进行采前规划，然后通过例如柱(墩)状、条带状的结构充填体进行的充填，所以叫结构充填，可以保护环境，降低充填成本。

本发明旨在提供一种膏体材料结构充填控制地表残余沉陷的方法，包括以下步骤：

a.在工作面开始生产前对矿井上覆岩层情况、工作面参数进行调研，通过所调研资料确定工作面长度l，上覆岩层均布载荷q，墩柱顶板垮落步距L，并通过岩石实验测定条带充填体抗压强度f，墩柱状充填体最大承载力F；

b.根据所调研资料进行计算，使充填条带与墩柱状充填体承载比为1∶2；确定充填条带墙间距根据所调研资料进行计算，使充填条带与墩柱状充填体承载比为1∶2；确定充填条带墙间距a＝k₁L，条带墙宽度每两道条带墙之间墩柱状充填体排数每排墩柱状充填体个数为墩柱状充填体每排间距排内墩柱状充填体间距其中k₁、k₂、k₃、k₄为安全系数；

c.在工作面开始生产后，先在开切眼内紧贴工作面后向煤壁砌筑一道长度与工作面长度相等的边界条带墙，为工作面后向煤壁提供侧向支撑力，防止工作面后向煤壁片帮；