超高水材料袋式充填开采工作面“支架-围岩”关系研究

摘要

我国煤矿目前面临“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）压煤多，传统开采方法引起的采动损害大和环境污染严重等问题，超高水材料充填开采是一种能有效解决传统开采方法对水资源、土地资源、建筑物等造成破坏的开采方法，具有安全性高、采出率高的优点，其中袋式充填法具有适应性强、充填效果直观且不受工作面涌水影响等诸多优点，能够实现“三下”压煤的规模化开采。本文以采场覆岩结构特征为基本出发点，针对袋式充填开采的不同充填率，综合运用物理相似模拟、数值模拟、理论分析等方法与手段，研究了超高水材料袋式充填开采的采场覆岩活动规律、“支架-围岩”关系及支架轻型化的可行性。
　　本研究主要内容包括：⑴基于采场覆岩控制的要素，将超高水材料袋式充填开采分为三个控制阶段；分析了充填开采参数对覆岩活动的影响，得出控制覆岩移动与地表沉陷关键因素。⑵采用物理相似模拟实验与数值模拟分析，研究了超高水材料袋式充填开采的覆岩活动规律，分析了不同充填率条件下的“支架-围岩”关系，得出了支架工作阻力P与顶板最终下沉量ΔL变化特征的“P-ΔL”曲线，揭示了不同充填率时，工作阻力的变化对顶板下沉量的影响，当工作阻力从4500 kN增加至6600 kN，充填率为77%、86%、92%时，顶板下沉量分别减小了3.4%、2.7%、1.4%。⑶基于袋式充填工作面支架需控围岩的组成，将支架需控岩层划分为冒落直接顶Z、不稳定直接顶B以及高位基本顶E三部分结构，分析了需控围岩的变化特征，充填率较高时，支架需控岩层主要是冒落直接顶Z，与不稳定直接顶B，在充填率较低时，支架需控岩层还包括高位基本顶 E，并提出了袋式充填条件下支架支护强度的计算公式。⑷利用FLAC3D对支架在保证一定充填率的条件下是否可以轻型化进行了数值模拟验证，分析支架工作阻力分别为4200kN、6600 kN时的工作面超前支承应力、顶板下沉量及巷道围岩变形量的变化规律，得出了支架轻型化时围岩控制效果和对回采巷道影响二者变化不大，支架可以选取轻型化的规格。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究背景与意义（Background and significance of Research）

1.2 国内外研究现状（Research Status at Home and Abroad）

1.3 研究存在的问题（The Current Existing Problems for Super-high-water Material Bag-type Filling Mining）

1.4 主要研究内容与方法（Main Research Contents and Methods）

2 超高水材料袋式充填开采覆岩沉降控制影响因素

2.1 超高水袋式充填简介（Brief introduction of bag filling method for super high water material）

2.2 袋式充填开采覆岩控制机理（ Control mechanism of overburden in bag-type filling）

2.3 影响充填效果的因素分析（Factors Affecting Filling Effect）

2.4 本章小结（Chapter Summary）

3 超高水材料袋式充填开采覆岩活动特征模拟分析

3.1 充填开采与垮落法开采覆岩结构对比（ Comparison of overlying structure between filling method and caving method）

3.2 袋式充填开采覆岩活动特征相似材料模拟试验（Experimental on Similar Material Simulation of Overburden Activities in Bag Filling and Mining）

3.3 超高水材料袋式充填开采覆岩活动特征数值模拟（Numerical simulation on characteristics of overlying strata of super high water material bag filling mining）

3.4 本章小结（Chapter Summary）

4 超高水材料袋式充填开采“支架-围岩”相互作用关系

4.1“支架-围岩”相互作用体系（Support rock interaction system）

4.2 支架工作阻力计算方法（ Calculation method of working resistance of support）

4.3 超高水材料袋式充填液压支架选型（Selection of super high water material bag filling hydraulic support）

4.4 本章小结（Chapter Summary）

5 超高水材料袋式充填开采支架的轻型化

5.1 模型建立与测点布置（ Model establishment and measuri ng point arrangement）

5.2 工作阻力变化对围岩控制效果影响（Influence of working resistance change on surrounding rock control）

5.3 本章小结（Chapter Summary）

6 主要结论

参考文献

作者简历

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