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超高水材料袋式充填开采覆岩活动规律与控制研究

贾凯军  
【摘要】:超高水材料袋式充填开采技术是超高水材料矿山充填开采技术的一种基本技术,因其具有适用性强、充填效果直观、不受工作面涌水影响等优点,得到了许多开采中厚及厚煤层煤炭企业的青睐。但其充填开采技术参数及工艺设计上仍缺乏足够的理论基础,极大地限制了该技术的发展。本文以城郊矿充填试验面的地质条件为例,综合运用理论分析、数值模拟、实验研究等手段,对超高水材料袋式充填开采覆岩活动规律与控制问题进行了全面系统的研究,并将研究成果用于指导城郊煤矿超高水材料袋式充填开采技术参数和工艺的优化设计。主要取得如下成果和创新点:(1)运用相似材料模拟实验和数值模拟手段,研究了超高水材料袋式充填开采的覆岩活动规律。研究表明:超高水材料袋式充填开采情况下,充填体对采场围岩活动起到显著的控制作用,采空区上覆岩层整体上一直保持着连续性,不会出现垮落带,仅存在弯曲下沉带和微小的裂隙带,上覆岩层活动表现为平缓的弯曲下沉过程。(2)分析了超高水材料袋式充填开采条件下充填体和直接顶的变形特征,给出了直接顶发生破断的条件,提出了采场支护设计思路,认为在支架后顶梁的设计过程中,需要考虑充填前顶板下沉量与充填体欠接顶量的博弈关系。(3)提出了超高水材料袋式充填体存在垮塌失稳、滑移失稳和倾倒失稳3种失稳形式,建立力学模型分析了各种失稳形式的充填体失稳机理,研发出了充填体稳定性控制方法,并从采高和工作面俯斜角两个方面分析了超高水材料袋式充填开采技术的适用性。(4)将研究成果用于城郊煤矿超高水材料袋式充填开采关键技术参数及工艺设计过程中,取得了良好的应用效果。该论文有图63幅,表11个,参考文献186篇。


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