一种根据顶板垮落特征进行采空区部分充填的方法与流程

技术特征：

1.一种根据顶板垮落特征进行采空区部分充填的方法，其特征在于包括以下内容：

根据采空区直接顶初次垮落步距，在采空区关键位置布置高强度充填条带，高强度充填条带与开采方向垂直或平行，控制直接顶的垮落；根据空顶区直接顶的弯曲挠度，在充填条带间均匀布置数排不同形状的高强度充填单体，控制直接顶的变形；存在特殊地质构造，则在特殊地质构造位置进行大范围充填，控制应力集中点；高强度充填条带和充填单体控制直接顶的稳定，形成“高强充填体-直接顶”结构控制体系，一起支撑上覆岩层；布置窄充填条带沿空留巷，减少下一工作面的掘巷工作量，并封闭充填采空区。

2.根据权利要求1所述的根据顶板垮落特征进行采空区部分充填的方法，其特征在于：所述采空区关键位置为直接顶破断处、直接顶变形控制点、顶板应力集中点、沿空留巷处。

3.根据权利要求1所述的根据顶板垮落特征进行采空区部分充填的方法，其特征在于：所述不同形状的高强度充填单体包括十字形、T形、方形或棱柱体结构。

4.根据权利要求1所述的根据顶板垮落特征进行采空区部分充填的方法，其特征在于：所述特殊地质构造位置指断层、陷落柱、褶皱、裂隙带或薄弱层涌水区。

5.根据权利要求1所述的根据顶板垮落特征进行采空区部分充填的方法，其特征在于：所述高强度充填条带和高强度充填单体采用强度为6-10MPa的充填材料，并根据需要在充填体外表和内部进行配筋或其他加固处理。

6.根据权利要求1所述的根据顶板垮落特征进行采空区部分充填的方法，其特征在于：具体操作步骤如下：

(1)根据矿区地质条件，计算直接顶所受均布荷载q，直接顶初次垮落步距L；

所述

当(q_n+1)₁<(q_n)₁时，q＝(q_n)₁；

其中：E₁、E₂、…E_n为各岩层的弹性模量，n为岩层数，h₁、h₂…h_n为各岩层的厚度，h₁为直接顶厚度，R_T为直接顶抗拉强度，q为作用在直接顶的上覆载荷，k₁为安全系数；V₁、V₂、V₃、......V_n为各岩层的容重；

(2)根据直接顶垮落步距合理设计充填条带的间距L₁，根据条带间直接顶变形量W_max在充填条带间布置间距为L₂的充填单体；

所述L₁<L，

式中，I₁为直接顶惯性矩；L₁为充填条带间距，E₁为直接顶的弹性模量，h₁为直接顶的厚度，q为作用在直接顶的上覆载荷，L₂为充填单体间距；

(3)选择高强充填材料，根据充填材料的强度f_cu和作用在直接顶的上覆载荷q设计充填条带的宽度a，在充填条带间均匀布置数排不同形状的高强度充填单体，高强度充填单体的横截面积A根据自身稳定性设计，等效高宽比不大于2；等效高宽比是指充填单体的高度h与其宽度的比值，所述宽度为将不同形状的高强度充填单体等效成与其具有相同横截面积A的正四棱柱时的宽度

所述

其中：L为直接顶初次垮落步距，q为作用在直接顶的上覆载荷，f_cu为充填体抗压强度，k₂为安全系数；

(4)设计沿空留巷充填条带宽度c：为满足支护要求，c≥2.5m

(5)随着工作面的推进，在开采到设计充填位置时搭设模板进行充填,充填条带采用滑模进行充填。

7.根据权利要求6所述的根据顶板垮落特征进行采空区部分充填的方法，其特征在于：所述高强充填材料为矸石-粉煤灰膏体充填材料，其强度能达到6-10MPa，具体的质量配比为：水泥∶粉煤灰∶水∶矸石＝1∶2∶2∶5，其中0-5mm细矸石占总矸石的30％，5-10mm中矸石、10-15mm粗矸石用量均占总矸石的35％，充填材料的质量分数为80％，根据实际要求添加不同的添加剂。

8.根据权利要求6所述的根据顶板垮落特征进行采空区部分充填的方法，其特征在于：所述高强充填材料为矸石-废弃混凝土膏体充填材料，强度能达到6-10MPa，具体的质量配比为：水泥∶粉煤灰∶水∶矸石∶废弃混凝土＝1∶2∶2∶3.5∶1.5，其中：其中0-5mm细矸石和10-15mm粗矸石均占总矸石的25％，5-10mm中矸石占总矸石的50％；0-5mm细废弃混凝土占总废弃混凝土的40％，5-10mm中废弃混凝土和10-15mm粗废弃混凝土用量分别占总废弃混凝土的30％；充填材料的质量分数为80％；充填材料的质量分数为80％，根据实际要求添加不同的添加剂。