黄土充填采煤直接顶运动规律及充填黄土压实强度研究

论文摘要

本文首先对拟充填黄土进行物理力学实验,着重研究其压缩和蠕变特性,在此基础上绘制其变化规律曲线并进行回归分析,拟出相应函数。继而建立固体充填开采的结构模型,在该模型的基础上推导出固体充填采煤直接顶的初次断裂步距和周期断裂步距计算公式,并运用材料力学的相关公式推导出直接顶达到初次断裂步距和周期断裂步距时的最大挠度,将这两种挠度进行分析比较后知直接顶达到初次断裂步距时的最大挠度是永远大于其达到周期断裂步距时的最大挠度的,故将这两种挠度与合理等价采高进行分类讨论,最终总结出固体充填采煤直接顶的运动规律。在此基础上,通过温克尔弹性地基梁理论,并结合黄土压缩实验中应力应变的变化函数,推导出充填开采中黄土的充填压实强度公式；通过黄土压缩蠕变试验中压实系数与应力的变化函数、蠕变系数与应力的变化函数,推导出充填开采时黄土的充填压实强度公式。这两种方法推导出的黄土压实强度在工程实践中的差距很小,对指导工程实践具有重要意义。论文首次从理论分析的角度研究了固体充填开采直接顶的运动规律和黄土充填开采中黄土体的充填压实强度,并得出了相应计算公式,这些工作为今后进一步深入研究黄土充填采煤打下了良好基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 充填开采技术方法
• 1.2.1 充填开采技术的发展历程与现状
• 1.2.2 我国充填开采应用于建筑物下压煤开采的研究现状
• 1.2.3 充填开采岩层移动规律研究现状
• 1.3 问题的提出
• 1.4 主要研究内容和研究方法
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 第二章 工程背景简要介绍
• 2.1 霍州矿区概况
• 2.2 黄土充填提出的必要性
• 2.3 丰裕煤业有限公司概况
• 2.3.1 地形地貌
• 2.3.2 黄土充填采煤的技术条件
• 2.3.4 试验区域地表建筑物状况
• 2.3.5 试验区域煤层顶底板情况
• 第三章 充填黄土的物理力学特性测试与分析
• 3.1 充填黄土的物理特性分析
• 3.1.1 物质成分
• 3.1.2 黄土的微观结构
• 3.1.3 自然状态下充填黄土含水量测试
• 3.2 充填黄土的压缩蠕变特性试验
• 3.2.1 试验设备及试验方案
• 3.2.2 破碎黄土的σ-ε曲线
• 3.2.3 破碎黄土的K-σ曲线
• 3.2.4 破碎黄土的蠕变曲线
• 第四章 固体充填采煤顶板运动规律研究
• 4.1 传统综采岩层移动特征
• 4.2 充填采煤直接顶初次断裂步距理论分析
• 4.2.1 充填开采直接顶初次断裂步距受力分析
• 4.2.2 充填开采直接顶初次断裂的两种破坏形式
• 4.2.3 充填开采直接顶两种初次断裂步距的总结分析
• 4.3 充填开采直接顶周期断裂步距理论分析
• 4.3.1 充填开采直接顶周期断裂步距受力分析
• 4.3.2 充填开采直接顶周期断裂的两种形式
• 4.3.3 充填开采直接顶两种周期断裂步距的总结分析
• 4.4 充填开采初次断裂步距和周期断裂步距分析总结
• 4.4.1 充填采煤直接顶初次断裂和周期断裂的断裂形式分类讨论
• 4.4.2 充填开采直接顶的三种破坏形态的最大挠度分析
• 4.5 充填开采直接顶运动规律分析总结
• 4.5.1 充填空顶距和等价采高的定义
• 4.5.2 充填采煤直接顶初次断裂和周期断裂的断裂形式分类讨论
• 4.5.3 充填采煤直接顶运动规律总结
• 第五章 黄土充填开采充填黄土压实性研究
• 5.1 黄土充填开采直接顶下沉分析
• 5.2 黄土充填开采中黄土的充填压实强度计算
• 5.2.1 运用温克尔弹性地基梁理论计算黄土的充填压实强度
• 5.2.2 运用压实系数和蠕变性计算黄土的充填压实强度
• 5.3 本章小结
• 第六章 工程应用
• 6.1 丰裕煤业黄土充填开采合理等价采高的确定
• 6.1.1 开采对建筑物的影响规律
• 6.1.2 预计充填开采中参数的选取及房屋保护临界变形值的确定
• 6.1.3 等价采厚的确定
• 6.2 丰裕煤业黄土充填开采直接顶运动规律分析
• 6.2.1 丰裕煤业黄土充填开采黄土的充填强度的确定
• 6.2.2 丰裕煤业黄土充填开采直接顶初次和周期破断步距的计算
• 6.2.3 丰裕煤业黄土充填开采直接顶运动规律总结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文情况