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某煤矿井下矸石充填方案中充填支护理论及效果分析案例

目录

TOC\o1-3\h\u12430某煤矿井下矸石充填方案中充填支护理论及效果分析案例 1

155041.1充填支护理论分析 1

101631.1.1采场围岩及充填体稳定性控制因素 1

160641.2充填效果分析 2

77851.2.1应力分布及影响范围 2

180321.2.3位移变化 4

63991.2.4压力变化 5

87931.3矸石充填效益分析 5

1.1充填支护理论分析

充填力学作为矿山工程力学的一个分支，发展迅速。充填力学的研究对象是由地下采场和充填体组成的地下采矿系统的力学特性和特征。因此，充填力学研究范围相当广泛，涉及填充材料机械性能和散体介质力学问题，参与液压运输包装材料两相流流体力学和流变力学问题，还涉及到对身体和采场围岩的相互作用，以及充填采场地压控制，维护采场稳定性的岩石和土壤的力学问题。总之，矿山充填力学与采矿工程、岩石力学、土力学、流体力学、弹塑性力学、计算力学等学科密切相关。

1.1.1采场围岩及充填体稳定性控制因素

1.煤矿工程地质条件是影响矿区围岩稳定性的内在因素。煤岩体类型，物理力学性质，

地质构造的发育程度和矿岩体的变形流变特征在很大程度上控制着矿岩体的破坏机制、失稳形态和稳定状态。

(1)煤岩体的物理力学性质

煤岩体的物理力学性质包括煤岩体的密度、容重、孔隙率和膨胀性。煤和岩石

物体的强度主要是指其抗剪强度、抗拉强度和抗压强度。煤岩体的变形特征通常取决于节理发育程度、节理平面形状和地质构造力学性质，是煤岩体变形破坏的主要控制因素。

(2)地质构造的赋存与发育程度

地质构造的存在不仅破坏了岩体的连续性，而且地质构造的赋存使岩体具有明显的结构效应。它不仅大大降低了岩体的强度，增加了岩体的变形量，而且控制了岩体的破坏机制和破坏形式。地质结构是矿山工程中影响岩体破坏的重要因素之一。

2.煤的赋存环境

它是指煤层的区域构造应力、原始岩石应力和地下水条件。

3.充填体强度

在充填采矿法中，充填体的强度对维持采场及上覆岩层的稳定起着关键作用，并决定着充填采矿法的实际效果。

4.采矿工程因素

合理的回采顺序可以保证两帮、顶、底及充填体的稳定，减少地表沉陷。

1.2充填效果分析

以4号充填巷道开挖为例，对充填效果进行了数值模拟。

1.2.1应力分布及影响范围

巷道掘进充填应力分布及影响范围如图1.1-2所示。

1.2.2塑性区分布

巷道掘进充填塑性区分布如图1.3~4所示。

图1.3 4巷开挖后塑性区分布

图1.34#巷道回采后塑性区分布

图1.3 4巷填筑后塑性区分布

图1.34#巷道充填后塑性区分布

从上图可以看出，空巷两侧存在明显的塑性区，塑性范围为3~5m，且右侧的塑性区大于左侧。

1.2.3位移变化

通过对充填巷道围岩变形规律的模拟分析，得到围岩变形统计图如图1.4所示。

从图1.4可以看出，充填前后围岩变形明显，且充填前后最大水平变形变化较大。充填前后最大水平变形量为110mm，充填后最大水平变形量为60mm，位移变化量为50mm。最大垂直位移变化幅度很小，只有20mm。填充效果明显。

1.2.4压力变化

通过对充填巷道应力变化规律的模拟分析，得到了如图1.5-6所示的应力与变形统计图。

1.3矸石充填效益分析

经分析计算，一期矸石充填工程一次性固定投入为691.45万元。转换为固定输入:

材料成本+人工成本+设备成本+设备安装成本+电力成本)/总使用寿命

=(314+115+253.20×7%+11.25+3)/10=469，700元/a年度动态投入成本为:

(工程费+矸石充填费)×充填巷道年长度

=(1373+872)×4560=118467万元节约成本=年矸石量×矸石地基处理费=11.9×40=476万元/a。预计该地区每年将开采15.47万吨煤，充填巷道进尺为4560米(暗挖)。假设全部充填完成，经济效益如下:

(1)煤炭产值。按每吨煤销售价格450元计算，产值450×15.47=6961.5万元；

(2)节约地基处理矸石的费用。矸石地基处理费用约40元/m3，可节约476万元。

(3)初期固定投资成本约691.45万元。

(4)当前充填巷道动态投入成本。充填巷道单位造价2245元(含充填巷道工程费1373元/m，矸石充填费872元/m)×4560=1023.72万元，约1023万元。显然，目前的经济效益已达到747.5万元。除初始固定投入和充填巷道动态成本1181万元外，实现净利润5718.05万元。激活煤矸石转储并没有很好的充填采矿技术的设计针对煤矿绿色开采技术的前沿，通过矿煤矸石直接处理损害利润的变化，它不仅可以消除地面，其学术理论研