在分析山西盂县东坪煤矿建筑物下采煤过程中出现的开采沉陷问题时,研究者采用了理论分析、实验测试与数值模拟等方法,对比研究了不同膏体材料充填开采与垮落法开采对地表和覆岩变形的影响。膏体充填是一种有效的控制开采沉陷的方法,尤其适用于建筑物下采煤的环境。它能显著减少开采引起的地表沉降,保护地面建筑物和生态环境不受破坏。
膏体充填的原理是使用特定配比的膏状物质填充采空区,通过这种方法增加地下支撑强度,减缓覆岩层的移动速度和幅度。膨润土是一种常用的膏体充填材料,因为它具备良好的流动性和凝结性能,可以有效地填充采空区。除此之外,膨润土的渗透性较低,有助于隔绝水与充填区的接触,从而减少充填体的流失,维持长期的稳定性。
研究中提到的数值分析包括使用FLAC3D这类数值模拟软件进行模拟实验。FLAC3D是一个先进的三维岩土力学有限差分计算程序,可以模拟岩石、土壤或其他材料在静力或动力荷载作用下的三维响应。通过数值模拟,可以在实验室条件下无法实现的复杂环境中,模拟和评估不同充填策略对于控制地表沉降的效应。
在研究过程中,对东坪煤矿的特定条件进行了分析,包括但不限于煤层的倾角、开采深度、开采厚度、开采面积以及覆岩层的特性等参数。这些因素都会影响到膏体充填效果以及最终的开采沉陷控制效果。
实验测试可能包括了室内小比例尺模型测试和现场实地测试,通过这些测试可以获取膏体材料的物理力学性能数据,如压缩强度、抗剪强度、渗透系数等,这些数据对于评估充填材料的适用性和长期稳定性至关重要。
通过对比充填开采与垮落法开采的效果,研究结果揭示了膏体充填在减少地面沉降、控制覆岩变形方面的优势。垮落法开采往往由于缺乏有效支撑,导致覆岩层断裂、塌陷,进而引发地面沉降。而充填法通过提前填充采空区,形成有效支撑,从而有效控制了地表变形。
在分析和总结了膏体充填对开采沉陷的控制效果后,研究者提出了一系列的结论和建议。这些建议可能包括膏体材料的优化配方、充填方案的优化设计、开采顺序和方法的调整等,以期达到最佳的开采沉陷控制效果。
建筑物下膏体充填是一种有效的开采沉陷控制技术,通过理论分析、实验测试和数值模拟的方法可以科学地评估不同充填材料和充填方案的效果,从而指导实际的煤矿开采作业,确保地面建筑和生态环境的安全。