岱庄煤矿膏体充填工作面覆岩运动规律与支护优化研究

摘要

论文以岱庄煤矿2351膏体充填工作面为工程地质原型，通过室内试验、现场监测、理论分析等方法，对顶板力学性质、松木支柱承载能力、膏体充填工作面覆岩运动规律等进行了研究，并综合试验研究和实测研究结果，对膏体充填工作面进行了支护优化，取得了一些有益成果。
　　采用MTS815.03电液伺服岩石试验系统对岱庄煤矿顶板进行了拉伸试验和单轴压缩试验，得到平均抗拉强度为7.3125MPa，平均单轴压缩强度为53.85MPa。应用岛津AG-X250电子万能试验机对东北落叶红松木支柱进行了承载能力测试，研究表明取自同一根支柱上的试件顺纹抗压强度相差不大，但横纹抗压强度差别较大，这主要与加载面有关；红松木在作为单体支柱使用时，主要考虑顺纹抗压强度，其总体平均横压强度约为总体平均顺压强度的12.5％；木材强度与含水率有极大的相关性，木材的顺压强度和横压强度都呈现出随含水率增加而降低的趋势，干燥的木材顺压强度大大增加。
　　现场实测研究表明2351膏体充填工作面充填效果良好，工作面覆岩重力更多的作用在工作面前方煤壁和采空区的充填膏体上，覆岩运动不明显；随着工作面的推进，覆岩由“C”型空间结构逐渐转化成不等高支撑的铰接岩梁；工作面的直接顶即为老顶，初次来压步距33.6m，前4次周期来压步距分别为18.3m、8.8m、13.7m、9m；顶板超前应力及影响范围较小，主要影响范围小于15m；在现行工艺技术条件下，最大合理控顶距为8.8m，充填支架合理工作阻力为27MPa，合理初撑力为21MPa，最大充填步距为4m。
　　最后，综合室内试验结果和现场监测成果，基于矿山岩体力学理论和实用矿山压力理论，对2351膏体充填工作面及顺槽超前支护方式进行了优化，进一步提高了生产效率。

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1 绪论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的主要内容

1.4 研究方法和技术路线

2 充填工作面顶板力学性质试验

2.1 试验条件及取样方案

2.2 试验方案

2.3 试验结果

2.4 顶板力学性质分析

3 松木支柱承载能力试验

3.1 木材力学强度

3.2 岛津试验机简介

3.3 松木抗压强度试验方法

3.4 松木抗压强度试验结果及分析

3.5 本章小结

4 2351膏体充填工作面覆岩运动规律实测研究

4.1 矿井地质概况及工作面生产技术条件

4.2 覆岩运动规律现场监测方案

4.3 工作面综采支架工作阻力监测结果及分析

4.4 工作面顺槽监测结果及分析

4.5 膏体充填工作面覆岩运动规律

4.6 本章小结

5 2351膏体充填工作面覆岩结构及支护优化

5.1 2351膏体充填工作面覆岩结构模型

5.2 2351膏体充填工作面顺槽原有支护方式

5.3 2351膏体充填工作面顺槽原有超前支护方式

5.4 2351膏体充填工作面支护方案优化

5.5 顺槽超前支护优化

5.6 本章小结

6 主要结论及创新性工作

6.1 主要结论

6.2 本文的创新性工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果