某煤礦井下矸石充填方案中充填支護理論及效果分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u12430某煤礦井下矸石充填方案中充填支護理論及效果分析案例 1155041.1充填支護理論分析 1101631.1.1采場圍巖及充填體穩(wěn)定性控制因素 1160641.2充填效果分析 277851.2.1應力分布及影響范圍 2180321.2.3位移變化 463991.2.4壓力變化 587931.3矸石充填效益分析 51.1充填支護理論分析充填力學作為礦山工程力學的一個分支，發(fā)展迅速。充填力學的研究對象是由地下采場和充填體組成的地下采礦系統(tǒng)的力學特性和特征。因此，充填力學研究范圍相當廣泛，涉及填充材料機械性能和散體介質力學問題，參與液壓運輸包裝材料兩相流流體力學和流變力學問題，還涉及到對身體和采場圍巖的相互作用，以及充填采場地壓控制，維護采場穩(wěn)定性的巖石和土壤的力學問題?？傊V山充填力學與采礦工程、巖石力學、土力學、流體力學、彈塑性力學、計算力學等學科密切相關。1.1.1采場圍巖及充填體穩(wěn)定性控制因素1.煤礦工程地質條件是影響礦區(qū)圍巖穩(wěn)定性的內在因素。煤巖體類型，物理力學性質，地質構造的發(fā)育程度和礦巖體的變形流變特征在很大程度上控制著礦巖體的破壞機制、失穩(wěn)形態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)。(1)煤巖體的物理力學性質煤巖體的物理力學性質包括煤巖體的密度、容重、孔隙率和膨脹性。煤和巖石物體的強度主要是指其抗剪強度、抗拉強度和抗壓強度。煤巖體的變形特征通常取決于節(jié)理發(fā)育程度、節(jié)理平面形狀和地質構造力學性質，是煤巖體變形破壞的主要控制因素。(2)地質構造的賦存與發(fā)育程度地質構造的存在不僅破壞了巖體的連續(xù)性，而且地質構造的賦存使巖體具有明顯的結構效應。它不僅大大降低了巖體的強度，增加了巖體的變形量，而且控制了巖體的破壞機制和破壞形式。地質結構是礦山工程中影響巖體破壞的重要因素之一。2.煤的賦存環(huán)境它是指煤層的區(qū)域構造應力、原始巖石應力和地下水條件。3.充填體強度在充填采礦法中，充填體的強度對維持采場及上覆巖層的穩(wěn)定起著關鍵作用，并決定著充填采礦法的實際效果。4.采礦工程因素合理的回采順序可以保證兩幫、頂、底及充填體的穩(wěn)定，減少地表沉陷。1.2充填效果分析以4號充填巷道開挖為例，對充填效果進行了數(shù)值模擬。1.2.1應力分布及影響范圍巷道掘進充填應力分布及影響范圍如圖1.1-2所示。1.2.2塑性區(qū)分布巷道掘進充填塑性區(qū)分布如圖1.3~4所示。圖1.3 4巷開挖后塑性區(qū)分布圖1.34#巷道回采后塑性區(qū)分布圖1.3 4巷填筑后塑性區(qū)分布圖1.34#巷道充填后塑性區(qū)分布從上圖可以看出，空巷兩側存在明顯的塑性區(qū)，塑性范圍為3~5m，且右側的塑性區(qū)大于左側。1.2.3位移變化通過對充填巷道圍巖變形規(guī)律的模擬分析，得到圍巖變形統(tǒng)計圖如圖1.4所示。從圖1.4可以看出，充填前后圍巖變形明顯，且充填前后最大水平變形變化較大。充填前后最大水平變形量為110mm，充填后最大水平變形量為60mm，位移變化量為50mm。最大垂直位移變化幅度很小，只有20mm。填充效果明顯。1.2.4壓力變化通過對充填巷道應力變化規(guī)律的模擬分析，得到了如圖1.5-6所示的應力與變形統(tǒng)計圖。1.3矸石充填效益分析經分析計算，一期矸石充填工程一次性固定投入為691.45萬元。轉換為固定輸入:材料成本+人工成本+設備成本+設備安裝成本+電力成本)/總使用壽命=(314+115+253.20×7%+11.25+3)/10=469，700元/a年度動態(tài)投入成本為:(工程費+矸石充填費)×充填巷道年長度=(1373+872)×4560=118467萬元節(jié)約成本=年矸石量×矸石地基處理費=11.9×40=476萬元/a。預計該地區(qū)每年將開采15.47萬噸煤，充填巷道進尺為4560米(暗挖)。假設全部充填完成，經濟效益如下:(1)煤炭產值。按每噸煤銷售價格450元計算，產值450×15.47=6961.5萬元；(2)節(jié)約地基處理矸石的費用。矸石地基處理費用約40元/m3，可節(jié)約476萬元。(3)初期固定投資成本約691.45萬元。(4)當前充填巷道動態(tài)投入成本。充填巷道單位造價2245元(含充填巷道工程費1373元/m，矸石充填費872元/m)×4560=1023.72萬元，約1023萬元。顯然，目前的經濟效益已達到747.5萬元。除初始固定投入和充填巷道動態(tài)成本1181萬元外，實現(xiàn)凈利潤5718.05萬元。激活煤矸石轉儲并沒有很好的充填采礦技術的設計針對煤礦綠色開采技術的前沿，通過礦煤矸石直接處理損害利潤的變化，它不僅