梧桐庄矿可缩自适应墩柱沿空留巷及充填料级配试验研究与应用

摘要

本文以冀中能源峰峰集团梧桐庄矿182208外工作面为工程研究背景，在考虑到现阶段梧桐矿工作面储煤量比较小，工作面搬家相对比较频繁且工作面的接替比较紧张，煤炭回采率不高等一系列问题，本文认为梧桐庄矿182208外工作面应采用无煤柱沿空留巷的开采方法，采用无煤柱沿空留巷的方案将能大大解决煤矿回采率低、吨煤成本高、工作面接替紧张、通风困难等问题。目前我国的沿空留巷技术已相对比较成熟，巷旁支护材料多种多样，通过综合煤矿实际情况及巷旁支护材料等方面的因素，本文自行提出了一种巷旁支护材料即可缩自适应墩柱。
　　目前，沿空留巷巷旁支护体需在工作面后方进行构筑（如木垛、矸石袋、密集支柱、混凝土块和高水材料等），安全程度低、工人劳动强度大、且影响工作面的推进速度。因此，研究开发结构简单、施工安全、对工作面生产影响小、工人劳动强度低、可回收的巷旁支护体是推进该技术发展的关键。本文提出的可缩自适应墩柱即能解决目前面临的问题，然而可缩自适应墩柱能否发挥其支护作用的关键为充填墩柱石料的选取，本文通过实验室物理试验研究与数值模拟相结合的研究方法对墩柱内填充石料的级配的选取提供了充足的理论依据。
　　课题以墩柱内充填石料级配的选取为研究，通过对墩柱内不同级配情况下充填料的支撑力、压缩量及墩柱壁的微变形量进行对比分析得到了适合的石料级配比例。合适的石料级配的选取既能提供足够支撑力来支护顶板又能满足其具备一定的可缩量来适应顶板下沉。结果证明了合适级配石料的选取既保证了沿空留巷的成功，也解决了煤矿开采及支护成本高的问题，为沿空留巷支护材料新方向提供了借鉴。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 课题研究的背景

1．1．2 课题研究的意义

1．2 矿井概况

1．3 研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 研究内容及方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 重点解决的问题

1．5 研究方法

1．6 研究流程

第二章 梧桐庄矿沿空留巷围岩性质研究

2．1 深部巷道围岩的变形破坏特征

2．2 巷道支护形式研究

2．3 沿空留巷巷旁支护参数计算及理论

2．3．1 工作面前后支承压力分布

2．3．2 沿空留巷巷旁支护阻力计算

2．4．本章小结

第三章 182208外工作面地质与生产技术条件

3．1 工作面情况简介

3．2 工作面地质概况

3．3 开采范围及赋存状况

3．4 煤层情况

3．5 煤层顶底板情况

3．6 瓦斯、煤层及自然发火情况

3．7 本章小结

第四章 自适应可缩柱结构设计及井下布置

4．1 可缩柱结构

4．2 自适应可缩柱的井下布置

4．3 本章小结

第五章 连续级配矸石压缩性能的试验研究

5．1 级配理论及设计

5．1．1 级配理论

5．1．2 石料的选取

5．1．3 试验设备

5．2 试验过程

5．3 试验分析

5．3．1 不同泰波系数n的特性关系分析

5．3．2 不同泰波系数下轴向压缩率与轴压对比分析

5．3．3 不同泰波系数下轴向压缩率与厚壁钢桶侧向微应变关系的分析

5．4 结论

第六章 充填料压缩性能的数值模拟研究

6．2 数值模型建模

6．3 数值模型结果分析

6．3．1 PFC2D数值模拟级配碎石在老顶来压时增阻速率的对比分析

6．3．2 PFC2D数值模拟对不同级配时可缩量的分析

6．4 结论

第七章 工业性试验

7．1 沿空留巷工艺流程

7．2．施工设计

7．2．1 施工材料

7．3 施工设备选型与布置

7．3．1 井下混凝土制做与输送系统的选型与布置

7．4 施工技术要点及安全措施

7．4．1 充填混合料

7．4．2 打设密闭墙及隔离墙

7．5 矿压观测

7．5．1 试验过程

7．6 试验效果

第八章 经济社会效益分析

8．1 经济效益

8．2 社会效益

第九章 结论

9．1 主要结论

9．2 创新点

9．3 本文存在不足之处

致谢

参考文献

作者简介