基于多场耦合模型的地下充填方法及其应用

权利要求

1.基于多场耦合模型的地下充填方法，其特征在于：包括构建充填体的三维温度-渗流-力学-化学耦合模型；其中，所述耦合模型的化学场由充填体中的成分与水的水化反应产生，且所述耦合模型基于耦合场的力学平衡条件、物质守恒条件、能量守恒条件和化学反应条件构建，其中，所述力学平衡条件通过如下的力学平衡模型获得：

σ＝σ'-αpδij(2)，

σ'＝D(ε-εP)-Kdβs(T-T0)δij(3)，

其中，▽表示梯度算子，σ表示总应力张量，n表示孔隙度，ρs、ρw和ρg分别表示固体颗粒、孔隙水和孔隙气体的真实密度，S表示水的饱和度，g表示重力加速度，σ’表示充填体受到的有效应力张量，p＝Spw+(1-S)pg表示充填体受到的平均孔隙压力，pw和pg分别表示孔隙水压力和孔隙气压力，α＝1-Kd/Ks表示Biot系数，Kd和Ks分别表示固体骨架和固体颗粒的体积模量，δij表示单位矩阵，D表示充填体的弹性张量，ε和εp分别表示充填体产生的总应变和其塑性应变张量，T和T0分别表示充填体当前温度和初始温度，βs表示充填体的固体体积热膨胀系数；

所述物质守恒条件通过如下的固相物质守恒模型、液相物质守恒模型及气相物质守恒模型获得：

S＝θ/n，

π＝w或π＝g，

k＝Kμπ/ρπg，π＝w或π＝g，

ms＝(ns–1)/ns，

其中，n表示充填体的孔隙度，t表示充填后的时间，εv表示充填体的体积应变，εd表示充填体经水化反应生成的固态水的体积，表示εd的生成速率，Kw表示液体的体积模量，βw表示液体的体积热膨胀系数，pc＝pg-pw表示充填体中的孔隙毛细吸力，vrw表示孔隙液体的流速，εsh表示充填体中化学反应消耗的液态水体积，表示εsh的消耗速率，Mg表示气相的相对分子质量，R表示气体常数，vrg表示孔隙气体流速，S表示饱和度，θ表示水的体积百分比，θs表示饱和含水量，θr表示残余含水量，αs与ns为表征充填体持水能力的参数，μπ表示动态粘滞系数，k表示充填体骨架的真实渗透系数，K表示导水系数，krw(Seff)、krg(Seff)表示其在孔隙液体、孔隙气体上的相对渗透系数，Seff表示有效饱和度；

所述能量守恒条件通过如下的能量守恒模型获得：

其中，Cs、Cw和Cg分别表示充填体颗粒、孔隙水和孔隙气体的比热容，ks、kw和kg分别表示充填体颗粒、孔隙水和孔隙气体的热传导系数，Q表示充填体经化学反应产生的热量，表示Q的产生速率；

所述化学反应条件通过如下的化学反应模型获得：

其中，te表示通过Arrhenius定律由绝对温度T下的化学反应时间t转换得到的参考温度Tr下的等效化学反应时间。

2.根据权利要求1所述的地下充填方法，其特征在于：通过所述耦合模型获得充填体在充填后的水压和/或土压演化规律。

3.根据权利要求1所述的地下充填方法，其特征在于：通过所述耦合模型获得充填顺序、充填速率和/或辅助充填手段。

4.根据权利要求3所述的地下充填方法，其特征在于：所述辅助充填手段包括充填过程中在采空区底部增加排水和/或在充填过程中进行延迟充填。

5.根据权利要求4所述的地下充填方法，其特征在于：进行高温采空区的充填时，充填速率为0.5-0.8m/h。

6.根据权利要求4所述的地下充填方法，其特征在于：所述排水为底部两侧排水。

7.根据权利要求4所述的地下充填方法，其特征在于：所述延迟充填的间断时间为一天。

8.权利要求1-7中任一项所述的地下充填方法在含有无机胶凝成分的充填体的充填中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述充填体为含有无机胶凝成分的尾矿。

说明书

技术领域

本发明涉及地下充填方法的技术领域，特别涉及尾矿地下充填的技术领域。

背景技术

地下采矿在为社会经济发展提供必要矿物资源的同时，也不可避免地产生了大量的尾矿废弃物和地下采空区，对尾矿的常规地表处置方法还常伴随着尾矿坝的溃决和酸性废水的排放，而采空区的存在则可能造成井下岩石冒落以及地表塌陷等一系列的工程和环境问题，因此尾矿废弃物和采空区的存在严重威胁着矿井安全生产和自然生态环境。

部分现有技术提出了一些针对尾矿和采空区治理的手段，如尾矿胶结充填技术，其通过尾矿对矿柱开采后残留的地下采空区进行充填，可避免尾矿等固体废弃物在地表的大量曝露堆积，还能改善井下采场围岩稳定性。为满足运输效率和强度要求，这些技术方案中，尾矿在回填至采空区之前多需要添加足量的水和胶结剂，如水泥等，在充填后，受到充填体与围岩的热量交换、伴随着放热和耗水的胶结剂水化反应、温度变化造成的水分蒸发和热膨胀变形、通过围岩裂隙和采场挡墙的充填体排水、渗流场导致的热对流、以及充填体自身的固结沉降等多物理场过程的共同影响，填充的多孔介质的行为特性会产生复杂的时空演化，如何根据这些时空演化得到最佳的填充方法，是急需克服的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种地下充填方法，其充分考虑了充填体在多场耦合作用下的复杂的时空演化，可得到最佳的综合充填效果。

本发明首先提供了如下的技术方案：

基于多场耦合模型的地下充填方法，其包括：构建充填体的三维温度-渗流-力学-化学耦合模型。

上述方案所述温度-渗流-力学-化学耦合模型是指的基于温度场(热场)、渗流场、力场(应力场)和化学场及它们之间的相互作用的模型。

为便于阐述，所述温度场(热场)、渗流场、力场(应力场)和化学场在本发明中统称为耦合场。

在一些具体实施方式中，所述耦合模型包含如下的构建因素：由化学场产生的热及温度场的热会导致渗流场的液体发生热膨胀，并在此过程中产生耦合场的改变。

在一些具体实施方式中，所述耦合模型的化学场由充填体中的成分与水的化学反应产生。

在一些具体实施方式中，所述充填体成分与水的化学反应为水化反应。

在一些具体实施方式中，所述耦合模型基于耦合场的力学平衡条件、物质守恒条件、能量守恒条件和化学反应条件构建。

其中，所述力学平衡条件包括所述充填体的固体颗粒在其他充填体颗粒、孔隙气体、孔隙水及重力的共同作用下达到的力学平衡。

所述力学平衡即充填体颗粒的总外力为零。

所述物质守恒条件包括充填体及其孔隙水和孔隙气体在小变形和非等温条件下的固相物质守恒、液相物质守恒及气相物质守恒。

其中，所述小变形是指充填体的沉降变形量远小于其原始尺寸。

所述物质守恒是指的涉及相态改变的物质，在其改变前后的总质量不变。

所述能量守恒条件包括充填体及其孔隙水和孔隙气体在热传导、热对流及化学反应热变化下的能量守恒。

所述能量守恒是指的涉及热量改变的物质，在其改变前后的总能量不变。

所述化学反应条件包括充填体在参考温度下的等效化学反应时间与其在绝对温度下的化学反应时间符合Arrhenius定律。

在一些具体实施方式中，所述力学平衡条件可通过如下力学平衡模型获得：

其中，σ表示充填体的总应力张量，n表示充填体的孔隙度，ρs、ρw和ρg分别表示充填体颗粒、孔隙水和孔隙气体的真实密度，S表示水的饱和度，g表示重力加速度，表示梯度算子。

其中，总应力张量σ可根据广义有效应力原理设定为：

σ＝σ'-αpδij (2)，

其中，σ’表示充填体受到的有效应力张量；p＝Spw+(1-S)pg表示充填体受到的平均孔隙压力，其中，pw和pg分别表示孔隙水压力和孔隙气压力；α＝1-Kd/Ks表示Biot系数，其中，Kd和Ks分别表示固体骨架和固体颗粒的体积模量，δij表示单位矩阵(i＝1,2,3；j＝1,2,3；若i＝j,δij＝1；若i≠j,δij＝0)。

进一步的，所述固体骨架表示由无数充填体固体颗粒组成的集合体。

如，当固体骨架为砂土时，组成它的固体颗粒为石英等颗粒。

进一步的，所述有效应力张量σ’为非等温条件下的有效应力张量，其可设定为：

σ'＝D(ε-εP)-Kdβs(T-T0)δij (3)，

其中，D表示充填体的弹性张量，ε和εp分别表示充填体产生的总应变和其塑性应变张量，T和T0分别表示充填体当前温度(即充填后某一时刻的温度)和初始温度(即充填前的温度)，βs表示充填体的固体体积热膨胀系数。

由式(1)-式(3)可进一步得到如下的整合模型：

在一些具体实施方式中，所述固相物质守恒条件可通过如下的固相物质守恒模型获得：

其中，n表示充填体的孔隙度，t表示充填后的时间，εv表示充填体的体积应变，εd表示充填体经化学反应生成的固态水的体积，表示εd的生成速率。

该物质守恒模型可充分模拟充填体的孔隙度演化。

在一些具体实施方式中，所述液相物质守恒条件可通过如下的液相物质守恒模型获得：

其中，Kw表示液体的体积模量；βw表示液体的体积热膨胀系数；pc＝pg-pw，表示充填体中的孔隙毛细吸力；vrw表示孔隙液体的流速；εsh表示充填体中化学反应消耗的液态水体积，表示εsh的消耗速率。

该液相物质守恒模型可充分模拟充填体的孔隙水压力演化。

在一些具体实施方式中，所述气相物质守恒条件可通过如下的气相物质守恒模型获得：

其中，Mg表示气相(一般为空气)的相对分子质量，R表示气体常数，vrg表示孔隙气体流速。

上述各式中的饱和度S可由水的体积百分比θ和孔隙度n通过如下计算得到：

S＝θ/n；

而水的体积百分比可进一步由下式得到：

其中，θs表示残余含水量，αs与ns为表征充填体持水能力的参数。

进一步的，在不饱水条件下充填体中的流体流速可由下式计算：

其中，孔隙液体为π＝w，孔隙气体为π＝g。μπ表示动态粘滞系数，k表示充填体骨架的真实渗透系数，其与充填体的导水系数的关系为k＝Kμπ/ρπg，相对渗透性krπ可进一步由下式得到：

其中，ms＝(ns–1)/ns，有效饱和度Seff可由下式获得：

在一些具体实施方式中，所述能量守恒条件可通过如下的能量守恒模型获得：

其中，Cs、Cw和Cg分别表示充填体颗粒、孔隙水和孔隙气体的比热容，ks、kw和kg分别表示充填体颗粒、孔隙水和孔隙气体的热传导系数，Q表示充填体经化学反应产生的热量，表示Q的产生速率。

该能量守恒模型可充分模拟当充填体处于局部热平衡状态(即气液固三相温度相等)时的热传导、热对流和化学放热的情况。

在一些具体实施方式中，所述化学反应条件可通过如下的化学反应模型获得：

其中，te表示通过Arrhenius定律由绝对温度T下的化学反应时间t转换得到的参考温度Tr下的等效化学反应时间。

该化学反应模型可充分模拟化学反应速率的温度敏感性。

在一些具体实施方式中，通过获得的充填体的物理化学参数，构建所述耦合模型。

所述物理化学参数可根据实际测定和查询已知资料获得。

在一些具体实施方式中，通过有限元法获得所述耦合模型的数值解。

更具体的，如，通过Matlab，FlexPDE，或COMSOL Multiphysics等工具对所述耦合模型中的各独立模型进行联立，同时求解。

在一些具体实施方式中，通过所述耦合模型获得充填体在充填后的水压和/或土压的演化规律。

在一些具体实施方式中，在获得数值解后，以p＝Spw+(1-S)pg的数值表征充填体受到的孔隙压力。

优选的，因水在重力作用下的流动，充填体底部一般处于饱和状态，即S＝1，由此p＝pw，以pw的数值随时间的变化表征充填体的水压演化。

在一些具体实施方式中，在获得数值解后，以充填体的总应力张量σ的数值表征充填体受到土压，以其随时间的变化表征充填体的土压演化。

在一些具体实施方式中，所述充填方法还包括：基于所述耦合模型获得实际充填顺序和充填速率。

优选的，所述充填顺序为优先充填低温采空区，即围岩温度低于充填体温度的区域，其次充填相近温度采空区，即围岩温度与充填体温度相近的区域，最后充填高温采空区，即围岩温度不低于充填体温度的区域。

优选的，进行所述高温采空区的充填时，充填速率为0.5-0.8m/h。

优选的，在进行对所述高温采空区的充填时，增加辅助工程手段。

进一步优选的，所述辅助充填手段包括充填过程中在采空区底部增加排水和/或在充填过程中进行延迟充填。

优选的，所述排水为底部两侧排水。

优选的，所述延迟充填的间断时间为一天。

本发明进一步公开了所述充填方法的应用，其用于含有无机胶凝成分的充填体的充填中。

优选的，所述充填体为含有无机胶凝成分的尾矿。

所述无机胶凝成分可选择如水泥、石灰、石膏、沥青、树脂等材料，也可选择具有胶凝作用的复合材料等。

本发明具有以下有益效果：

相对于现有技术多通过温度-渗流-力学耦合模型进行充填手段选择的方案，本发明充分考虑了在实际充填过程中，充填体中会存在与水等介质发生化学反应的成分，进一步引入了化学场，同时还充分考虑化学场对其他作用的影响，如化学反应产生的热量会改变液体及气体的相态、压力等等，可获得更准确、高效的充填方案。

相对于现有技术中少数通过渗流-力学-化学场耦合作用进行充填手段选择的方案，本发明在引入温度场的作用外，充分考虑了温度场对其他场作用的影响，如化学反应释放的热量还将加速水化反应，会导致充填体强度增加，会导致液体的相态变化、进而改变孔隙水压力，会造成流体粘滞系数改变、进而影响渗流场的演化规律等等，可基于对复杂赋存环境中的充填体行为特性的准确描述，获得更准确、高效的充填方案。

本发明的温度-渗流-力学-化学耦合模型中，充分考虑了化学反应产生的放热对水的热膨胀作用，在一般放热会对自由水产生消耗、进而降低孔隙压力之外，考虑到了水的热膨胀会造成充填体水压增加的现象，相对于未考虑水的热膨胀效应的方案，更准确地描述了由温度变化造成的水压改变。

本发明首次在三维条件下建立了充填体的温度-渗流-力学-化学耦合模型，充分考虑了水的热膨胀效应与充填体-围岩之间的拱效应，可准确评估不同环境温度和工程手段条件下的充填体水压和土压力演化规律，进而可实现对不同采空区的优化充填。可显著提升复杂开采环境条件下的充填工艺技术，进而实现矿山的安全高效开采。

本发明可应用于通过尾矿进行的充填中，不仅能够避免尾矿等固体废弃物在地表的大量曝露堆积，还能改善井下采场围岩的稳定性，通过尾矿-采空区协同处置技术，突破了现有资源、能源、环境的制约瓶颈，实现了矿山安全清洁高效开采。

附图说明

图1为实施例1所述充填体底部水压随不同围岩温度的变化统计图。

图2为实施例1所述充填体底部竖直应力随不同围岩温度的变化统计图

图3为实施例1所述充填体底部温度随不同围岩温度的变化统计图。

图4为实施例2所述充填体底部水压随不同排水条件的变化统计图。

图5为实施例2所述充填体底部竖直应力随不同排水条件的变化统计图。

图6为实施例3所述充填体底部水压随不同充填速率的变化统计图。

图7为实施例3所述充填体底部竖直应力随不同充填速率的变化统计图。

图8为实施例4所述充填体底部水压随不同延迟充填时间的变化统计图。

图9为实施例4所述充填体底部竖直应力随不同延迟充填时间的变化统计。

图10为实施例所述最优充填方案的实施效果统计图。

图11为实施例5所述模型计算结果与实际测量结果的对比图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。

以澳大利亚某金矿使用的尾矿作为充填材料充填采空区，该尾矿中的水泥含量百分比为3.1％，待充填的采空区高40米、宽8米，通过本发明的温度-渗流-力学-化学耦合模型获得充填条件。

模型选择包括以下各部分：

σ＝σ'-αpδij (2)，

σ'＝D(ε-εP)-Kdβs(T-T0)δij (3)，

通过Matlab，FlexPDE，或COMSOL Multiphysics求解。

其中初始条件设置为充填速率m及初始温度T0，边界条件设置为围岩温度Tb。

输入参数如下表所示：

表1尾矿的物理化学参数

*：使用摩尔库伦准则计算εp所需

在以下实施例中：

充填体底部温度为通过式(7)获得的T在充填体底部的值。

充填体底部水压为通过式(5)获得的pw在充填体底部的值。

充填体底部的竖向总应力及竖向土压力为同一表征值，其为通过式(1)获得的σ的竖直方向分量在充填体底部的值。

最优充填速率的选择标准为：充填过程中产生的短期峰值土压力与充填结束后边界加热作用产生的长期峰值土压力相等时的充填速率为最优充填速率。

该标准考虑到若实际充填速率高于最优充填速率，则可能在充填过程中产生过高的挡墙压力，进而造成充填体失稳；若实际充填速率低于最优充填速率，由于高温边界对充填体的加热膨胀持续作用时间远大于采空区充填所需要的时间，因此通过使用较低的充填速率并不能显著降低长期峰值土压力，同时反而会造成充填作业效率的降低。

最优排水方案的选择标准为：可充分耗散充填体中的孔隙水压力，增加有效应力，促进充填体-围岩拱效应，最终降低充填体作用在挡墙上的土压力的排水方案。

最佳延迟方案的选择标准为：在充填作业中断时间较短的条件下可降低充填体中的长期和短期土压力，增强充填系统的稳定性。

实施例1

对充填体初始温度(T0)为20℃，采空区下部不设排水，充填速率为0.5m/h(即充填在第80小时时结束)，围岩温度(Tb)不同的区域进行充填，根据模型，其中采空区充填体底部水压、充填体底部竖向应力及充填体底部温度随围岩温度Tb(即边界温度)变化的情况如图1～3所示。

从中可以看出：

(1)当充填体初始温度(T0)与围岩温度(Tb)相同且均为20℃时：

随着充填后时间的延长，水泥的水化耗水反应使得水压在充填过程中就产生下降，同时由化学反应导致水压降低而产生的水力梯度也逐渐积累，因此充填体中出现向下的流体运移，进而抵消化学反应造成的水压降低，最终使得水压在95小时开始上升。

(2)当充填体初始温度(T0)为20℃，围岩温度(Tb)为10℃时：

由于水的热膨胀系数比固体的热膨胀系数大，低温边界对充填体产生的冷却收缩作用使得此时的充填体水压比T0＝Tb＝20℃更低。同时由于更低的水压所产生的更大的水力梯度，因此水压将在90小时就开始缓慢上升。

(3)当充填体初始温度(T0)为20℃，围岩温度(Tb)为30℃时：

由于水的热膨胀系数比固体的热膨胀系数大，高温边界对充填体产生的加热膨胀作用使得此时的充填体水压比T0＝Tb＝20℃更高。同时由于更高的水压所产生的更小的水力梯度，因此水压在105小时才开始上升。随着边界加热的持续作用，水压的上升速度也将逐渐加快。

另，在上述情况下，虽然在160小时以前，T0＝20℃，Tb＝30℃的水压远高于T0＝Tb＝20℃情况的水压，但由于高温环境加速了与围岩接触的充填体中的化学反应，因此边界处的充填体具有更高的强度，进而使得充填的自重能更有效地通过拱效应传递至围岩之中，所以T0＝20℃，Tb＝30℃情况下的总应力与T0＝Tb＝20℃情况下的总应力较为接近。但由于充填体的热导率和导水系数较低，因此尽管充填体的化学反应将在约220小时时基本完成，而高温边界对其产生的持续加热膨胀仍将继续作用并造成水压上升，最终使得160小时以后的总应力急剧增长。

可以看出，在向具有更高温度的采空区进行充填时，高温边界处的充填体水化反应迅速，强度增长较快，由此而增强的拱效应将在一定程度上抵消高温边界的加热膨胀作用造成的水压上升，充填体压力和挡墙压力无异常现象，所以高温边界可能并不会在早期对充填系统的稳定性构成威胁。然而，当充填体的水化反应完成后，高温边界的加热膨胀作用仍将持续，此时充填体将无法通过边界处快速的强度增长来抵消边界加热造成的水压上升，最终造成充填体中土压力的快速上升，进而可能引发充填系统失稳。因此，高温采空区的充填作业是充填采矿中最不利的工况，进行充填时可考虑通过不同的工程处置手段降低高温采空区充填作业安全风险。

实施例2通过排水系统降低高温采空区充填风险

在实施例1的条件下，由T0＝20℃的充填体向Tb＝30℃的高温采空区进行1米每小时的连续充填，同时增加排水系统进行排水(即，将充填体底部坑道的不排水条件改为达西流速边界条件)。排水条件包括采空区底部不排水、采空区底部单侧排水和采空区底部两侧排水。其产生的充填体底部水压和充填体底部竖直应力随排水条件的变化如附图4-5所示。

从中可以看出，排水系统可以明显降低充填体的孔隙水压力，进而增加有效应力并提升拱效应，最终显著降低充填体中的长期土压力。

另一方面，由于充填体的渗透系数较小，因此排水系统需要较长的时间才能降低充填体的水压，所以排水系统对充填体的短期土压力影响较小，需要配合同时使用其他工程手段才能提升充填体的短期稳定性。

实施例3增加排水系统，并调整充填速率

在实施例2的单侧排水的条件下，改变充填速率，由T0＝20℃的充填体以不同的充填速率向Tb＝30℃的高温采空区进行连续充填。充填速率包括0.25m/h，0.5m/h和1m/h。其产生的充填体底部水压和充填体底部竖直应力随充填速率的变化如附图6-7所示。

从中可以看出，充填速率越慢，充填过程中的排水作用和水化反应越明显，因此孔隙水压力越低、有效应力越大，同时充填体的粘聚力(强度)也更高，所以拱效应更强，总应力更低。

另一方面，虽然减慢充填速率可以显著降低连续充填过程中产生的(短期)峰值水压和土压力，但由于高温边界对充填体的加热膨胀持续作用时间远大于采空区充填所需要的时间，因此减慢充填速率对长期水压和土压力的降低作用相对较弱。同时由于高温边界对充填体的加热膨胀持续作用时间较长，因此仅通过减慢充填速率来降低充填中的土压力并不经济可行。

可见，在实际工程中宜采用减慢充填速率的方法来降低充填体中的短期峰值土压力，同时可结合其他工程手段来降低充填体中的长期土压力。

与实际工程要求结合后，则为最优的充填速率不应过高，否则会造成充填过程中的安全问题；同时，最优充填速率也不应过低，否则会影响充填采矿的工作效率。

实施例4进行延迟充填

在实施例2的单侧排水的条件下由T0＝20℃的充填体对Tb＝30℃的高温采空区进行充填速率为1m/h的延迟充填，延迟条件设定为当充填至采空区高度的1/4处停止充填半天或一天，其后继续充填至指定高度，以连续充填作为对比。在延迟充填的停滞时间内，充填体高度不变而化学反应持续正常进行。其产生的充填体底部水压和充填体底部竖直应力随充填延迟条件的变化如附图8-9所示。

从图中可以看出，在延迟充填过程中的排水作用和水化反应作用下，充填体中的孔隙水压力迅速降低，由此产生的有效应力上升与充填体粘聚力增长共同促进了拱效应并最终降低了土压力。因此在随后的充填过程中，延迟充填时间越长，充填结束时所产生的峰值水压和峰值土压力也就越低。同时由于采用延迟充填时，第二阶段的充填体堆积到了更稳固的第一阶段充填体上，因此延迟充填时间越长，充填体中的长期土压力也越低。可见，以采矿充填作业临时中断为代价的延迟充填技术对降低充填体的短期与长期土压力均有较好的效果。

根据耦合模型，结合实施例1-4的情况可知，在实际充填采矿过程中应优选先向温度较低的采空区充填，其次再向围岩温度与充填体温度相近的采空区充填，而向高温采空区充填则是最不利的工况。

在进行高温采空区充填时，优选增加其他辅助工程手段降低风险。

在本发明的具体实施方式中，结合对充填采矿的工作效率的考虑，在充填体温度为20℃、围岩温度为30℃的高温采空区充填时，其最优方案为：

以0.65m/h的充填速率进行充填，充填时进行底部两侧排水，充填过程中进行间断一天的延迟充填。

该优选方案所产生的采空区底部水压与土压力如附图10所示。从图中可见，该方案相对于实施例1-4的其他方案，具有更低的短期和长期土压力以及更高的充填效率。

同时，可以看出图7中充填速率为0.25m/h的情况下充填体产生了相比于最优方案更低的短期土压力，但该方案产生的长期土压力与最优方案相近，即对挡墙的强度要求与最优方案相同，而且该方案的充填效率(160小时完成充填)比最优方案(85小时完成充填)低近一半。

因此，通过本方案可实现高温采空区充填过程中安全与效率的平衡。

实施例5

在该金矿矿区(澳大利亚，Kalgoorlie)20℃的年平均温度条件下求解本模型，将所得采空区底部的孔隙水压力及土压力与现场测量结果进行对比，如图11所示。结果表明本模型的预测结果与实验数据吻合较好。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。