一種建筑物下固體充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)的一種建筑物下固體充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法，建立了一套完整的固體充填開(kāi)采的設(shè)計(jì)方法，包括：地面保護(hù)的建筑物抗變形能力評(píng)估、沉陷損害保護(hù)等級(jí)的確定、地表建筑物沉陷值與所承受的最大采高預(yù)計(jì)、煤層采高與采空區(qū)充實(shí)率設(shè)計(jì)與控制、地表建筑物沉陷實(shí)測(cè)與反饋等，其方法簡(jiǎn)單，易操作，準(zhǔn)確性高，可提高充填效果，避免充填成本過(guò)高，具有廣泛的實(shí)用性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種建筑物下固體充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體充填采煤設(shè)計(jì)方法，尤其是一種適用于建筑物下固體充填采煤設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，煤炭大規(guī)模高強(qiáng)度開(kāi)采下造成了一系列的資源與環(huán)境問(wèn)題，其中“三下”壓煤?jiǎn)栴}與矸石、粉煤灰等礦山固體廢棄物造成的環(huán)境問(wèn)題成為礦區(qū)亟需解決的問(wèn)題。固體充填采煤技術(shù)研發(fā)成功以來(lái)，成為解決“三下”壓煤與礦區(qū)污染問(wèn)題的有效技術(shù)途徑之一，目前已經(jīng)推廣至全國(guó)十多個(gè)礦區(qū)。為推進(jìn)煤炭生產(chǎn)方式變革，解決“三下”(建筑物下、鐵路下、水體下等)壓煤和邊角殘煤等資源開(kāi)采問(wèn)題，提高煤炭資源開(kāi)發(fā)利用水平，改善礦區(qū)環(huán)境，促進(jìn)煤炭工業(yè)健康發(fā)展，建設(shè)和諧社會(huì)，2013年I月，國(guó)家能源局、財(cái)政部、國(guó)土資源部和環(huán)境保護(hù)部研究制定了《煤礦充填開(kāi)采工作指導(dǎo)意見(jiàn)》，要求在全國(guó)范圍內(nèi)結(jié)合礦區(qū)實(shí)際貫徹落實(shí)。
[0003]固體充填采煤技術(shù)以矸石、粉煤灰、黃土等為充填材料，在對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“三下”壓煤規(guī)模性開(kāi)采，達(dá)到了提高煤炭資源回采率及解決固體廢棄物矸石與粉煤灰的排放處理問(wèn)題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。但固體充填采煤技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，采空區(qū)充填主要以密實(shí)充填為主，即充實(shí)率在90%以上，充填成本高，而地面許多建筑物并不需要非常高的充實(shí)率；同時(shí)，固體充填采煤技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中，沒(méi)有一套完整的開(kāi)采設(shè)計(jì)方法，例如:井下充填的目的與地表保護(hù)對(duì)象沒(méi)有建立起聯(lián)系，充填均以密實(shí)充填為主。因此，固體充填采煤技術(shù)的發(fā)展迫切需要一種建筑物下充填采煤設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種方法簡(jiǎn)單、易操作、準(zhǔn)確性高、可提高充填效果、避免充填成本過(guò)高的用于建筑物下充填采煤的設(shè)計(jì)方法。
[0005]技術(shù)方案；本發(fā)明的建筑物下固體充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
[0006]a.根據(jù)地面保護(hù)的建筑物結(jié)構(gòu)形式、材料以及對(duì)建筑物的抗變形能力進(jìn)行評(píng)估，再由《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》確定其沉陷損害保護(hù)等級(jí)；
[0007]b.參照礦區(qū)地表沉陷實(shí)測(cè)預(yù)計(jì)參數(shù)，采用概率積分法預(yù)計(jì)不同采高下地表建筑物沉陷值，確定建筑物所能承受的最大采高M(jìn)max ；
[0008]c.根據(jù)已知煤層設(shè)計(jì)采高M(jìn)，確定煤層采高與采空區(qū)充實(shí)率，按公式:Mmax =M(l-n)得出最大采高M(jìn)max，式中:η為采空區(qū)充實(shí)率，從而確定采空區(qū)的臨界充實(shí)率:nmin=l_Mmax/M ；
[0009]d.采用質(zhì)量配比為1:0.2?1:0.6的矸石與粉煤灰對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，同時(shí)采用充填液壓支架的夯實(shí)機(jī)構(gòu)對(duì)充填入采空區(qū)的矸石與粉煤灰進(jìn)行夯實(shí)，控制采出煤炭與充填材料的質(zhì)量比例不低于1: 1.2?1: 1.6 ;[0010]e.通過(guò)在地面設(shè)立沉陷觀測(cè)站，對(duì)地表建筑物沉陷進(jìn)行實(shí)測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并及時(shí)反饋用于調(diào)整采空區(qū)的充實(shí)率。
[0011]所述概率積分法預(yù)計(jì)不同采高下地表建筑物沉陷值包括預(yù)計(jì)建筑物傾斜、曲率與水平變形。
[0012]有益效果:本發(fā)明建立了一套完整的固體充填開(kāi)采的設(shè)計(jì)方法，包括:地面保護(hù)的建筑物抗變形能力評(píng)估、沉陷損害保護(hù)等級(jí)的確定、地表建筑物沉陷值與所承受的最大采高預(yù)計(jì)、煤層采高與采空區(qū)充實(shí)率設(shè)計(jì)與控制、地表建筑物沉陷實(shí)測(cè)與反饋等，其方法簡(jiǎn)單，易操作，準(zhǔn)確性高，可提高充填效果，避免充填成本過(guò)高，具有廣泛的實(shí)用性。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明的建筑物下固體充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法，具體步驟如下:
[0014]a.根據(jù)地面保護(hù)的建筑物結(jié)構(gòu)形式、材料特征，對(duì)建筑物抗變形能力進(jìn)行評(píng)估，再由《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》確定其沉陷損害保護(hù)等級(jí)；
[0015]b.根據(jù)建筑物沉陷損害保護(hù)等級(jí)，參照礦區(qū)地表沉陷實(shí)測(cè)預(yù)計(jì)參數(shù)，采用概率積分法預(yù)計(jì)不同采高下地表建筑物沉陷值，包括預(yù)計(jì)建筑物傾斜、曲率與水平變形，以上值均在建筑物沉陷損害保護(hù)等級(jí)之內(nèi)，確定建筑物所能承受的最大采高；
[0016]c.根據(jù)預(yù)計(jì)建筑物所能承受的最大采高，設(shè)計(jì)采空區(qū)充實(shí)率，其計(jì)算式為=Mmax =Md-1I)，式中Mmax為建筑物所能承受的最大采高，M為煤層設(shè)計(jì)采高，η為采空區(qū)充實(shí)率；
[0017]d.根據(jù)Mmax = M(1-1l)可得，對(duì)于某個(gè)具體充填開(kāi)采保護(hù)的地面對(duì)象(建筑物)而言，存在臨界充實(shí)率Hmin= l_Mmax/M，因此，固體充填采煤采空區(qū)的充實(shí)率η不能小于nmin ；
[0018]e.根據(jù)臨界充實(shí)率Hmin，通過(guò)選擇合適的固體充填材料、優(yōu)化固體充填采煤工藝、控制工作面采煤量與采空區(qū)充填量措施，控制充實(shí)率；
[0019]f.在固體充填開(kāi)采實(shí)施過(guò)程中，采用常規(guī)的地表沉陷觀測(cè)的方法對(duì)地表保護(hù)的建筑物沉陷值(包括傾斜、曲率與水平變形等)進(jìn)行測(cè)量，及時(shí)反饋并調(diào)整采空區(qū)的充實(shí)率。
[0020]實(shí)施例1、
[0021]a.某礦地面保護(hù)建筑物為農(nóng)村民房,其結(jié)構(gòu)為磚木結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu),磚墻承重,磚石基礎(chǔ)，抗變形能力較差，依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》，區(qū)內(nèi)大部分為III級(jí)保護(hù)的磚瓦結(jié)構(gòu)平房，因此其水平變形極限值6.0mm/m、曲率極限值為
0.61(T3/m、傾斜極限值為 10.0mm/m ；
[0022]b.根據(jù)概率積分法預(yù)計(jì)不同采高條件下的建筑物沉陷值，得到建筑物所能承受的最大采高M(jìn)max為460mm，已知煤層設(shè)計(jì)采高M(jìn)為3000mm，因此采空區(qū)的臨界充實(shí)率為nmin =
1-Mmax/M = 1-460/3000 = 0.847，即固體充填采空區(qū)充實(shí)率不能低于0.847，才能保證地表建筑物的安全使用；
[0023]c.在固體充填開(kāi)采技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，采用質(zhì)量配比為1:0.2的矸石與粉煤灰對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，同時(shí)采用充填液壓支架的夯實(shí)機(jī)構(gòu)對(duì)充填入采空區(qū)的矸石與粉煤灰進(jìn)行夯實(shí)，控制采出煤炭與充填材料的質(zhì)量比例不低于1:1.5。
[0024]d.通過(guò)在地面設(shè)立沉陷觀測(cè)站，對(duì)地表建筑物沉陷進(jìn)行實(shí)測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并及時(shí)反饋用于調(diào)整采空區(qū)的充實(shí)率。
【權(quán)利要求】
1.一種建筑物下固體充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法，其特征在于: a.根據(jù)地面保護(hù)的建筑物結(jié)構(gòu)形式、材料以及對(duì)建筑物的抗變形能力進(jìn)行評(píng)估，再由《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》確定其沉陷損害保護(hù)等級(jí)； b.參照礦區(qū)地表沉陷實(shí)測(cè)預(yù)計(jì)參數(shù)，采用概率積分法預(yù)計(jì)不同采高下地表建筑物沉陷值，確定建筑物所能承受的最大采高M(jìn)max ； c.根據(jù)已知煤層設(shè)計(jì)采高M(jìn)，確定煤層采高與采空區(qū)充實(shí)率，按公式:Mmax= M(l-1l)得出最大采高M(jìn)max，式中:η為采空區(qū)充實(shí)率，從而確定采空區(qū)的臨界充實(shí)率:nmin = 1-Mmax/M ； d.采用質(zhì)量配比為1:0.2?:1:0.6的矸石與粉煤灰對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，同時(shí)采用充填液壓支架的夯實(shí)機(jī)構(gòu)對(duì)充填入采空區(qū)的矸石與粉煤灰進(jìn)行夯實(shí)，控制采出煤炭與充填材料的質(zhì)量比例不低于1: 1.2?1: 1.6 ; e.通過(guò)在地面設(shè)立沉陷觀測(cè)站，對(duì)地表建筑物沉陷進(jìn)行實(shí)測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并及時(shí)反饋用于調(diào)整采空區(qū)的充實(shí)率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建筑物下固體充填開(kāi)采設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述概率積分法預(yù)計(jì)不同采高下地表建筑物沉陷值包括預(yù)計(jì)建筑物傾斜、曲率與水平變形。
【文檔編號(hào)】E21F15/00GK104033152SQ201410291130
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】張吉雄, 繆協(xié)興, 黃艷利, 姜海強(qiáng), 郭帥 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)