条带采空区充填复采技术研究

摘要

条带采空区充填复采技术是通过在条带采空区构建充填条带以控制岩层运动，置换条带煤柱的充填开采方法，它可以克服采空区全部充填成本高、充填材料消耗大的限制，并且消除了条带煤柱受动压冲击失稳破坏的危险。本文采用理论分析、数值模拟、实验研究、工程实践等手段，深入系统地研究了条带采空区充填复采理论及技术:
　　(1)以“以上覆岩层运动为中心的矿山压力理论体系”为指导，通过建立条带充填采场结构力学模型，揭示了条带充填控制地表沉陷机理，分别研究了上覆承载层、条带充填体、底板的稳定性，以此为基础，设计了条带充填覆岩稳定性相关控制准则，为条带充填参数设计提供了理论基础。
　　(2)分析了在条带充填开采中影响地表沉陷的因素，并以级索煤矿16煤作为工程背景，采用FLAC3D数值模拟了主要因素对条带充填地表沉陷规律的影响，结果表明:地表沉陷规律与充填参数密切相关，通过控制相关充填参数（宽度、强度、间距）可以达到控制地表沉陷的目的。
　　(3)采用理论分析和数值模拟手段分析了充填条带的动力响应规律。阐明了纵波、横波条件下充填条带应力、应变变化解析解，以此为基础，揭示了动力扰动下充填条带失稳机理;采用数值模拟分别研究了纵波、横波的强度及频度对条带充填采场稳定性的影响。
　　(4)研发了适合级索煤矿具体条件的条带充填复采相关技术:研发了以建筑废弃物为骨料，以硅酸盐水泥为胶凝材料的新型膏体充填材料;构建了适应浅埋深煤层充填的泵送充填开采系统;设计了适合条带煤柱复采充填的技术工艺。
　　(5)对级索煤矿矿压显现情况及地表沉陷情况进行了监测，以此为根据，对条带充填开采效果进行了评价。矿压监测结果表明:顶底板移近量分别为44mm、45mm、40mm，条带充填后矿压显现较小，充填体内垂直应力分别为5.26MPa、4.88MPa、4.76MPa，条带充填体可以支撑上覆岩层的重量。地表下沉监测表明工作面开采后地表的最大下沉43mm;最大倾斜变形为0.65mm/m;最大曲率变形为0.018mm/m2;最大水平变形为0.16mm/m，均小于建筑物Ⅰ级损坏的地表变形值，验证了条带充填开采方案的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

2 采场条带充填结构力学模型及稳定性研究

2．1 条带充填开采机理

2．2 充填条带稳定性分析

2．3 条带充填“承载层”稳定性分析

2．4 条带充填底板稳定性研究

2．5 本章小结

3 条带充填控制地表沉陷数值模拟

3．1 条带充填地表沉陷影响因素分析

3．2 有限差分方法与FLAC3D程序介绍

3．3 条带充填地表沉陷主要影响因素敏感度分析

3．4 本章小结

4 条带充填空间地震动力响应研究

4．1 引言

4．2 理论分析

4．3 条带充填体动力响应数值模拟

4．4 本章小结

5 新型充填材料研发

5．1 研发内容

5．2 试验材料及试验方法

5．3 试验过程

6 工程应用

6．1 工程背景

6．2 充填参数设计

6．3 充填开采工艺流程

6．4 充填效果评价

6．6 本章小结

7 结论与创新点

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间主要科研及成果