掘巷充填回收部分条带煤柱的关键技术研究

论文摘要

根据条采留设煤柱状况,在留设的保护煤柱中布置巷道,利用掘进的方法采出煤炭后用矸石进行回填,是目前国内在条带煤柱回收方面采用的一种新技术,其中窄煤柱与充填体二元结构的形成与承载机理是重点和难点,也是这一技术的关键问题。本文在分析前人研究成果的基础上,以某煤矿南翼采区条带保护煤柱回收工程为例,提出了条带煤柱掘巷充填的基本原理。综合运用理论分析、数值模拟和相似材料模拟方法,对条带煤柱回收中的二元承载结构进行了研究,分析了二元承载结构的稳定原理,并对矸石充填体特性进行了测试。从中间煤柱宽度、充填巷数量与尺寸及充填度等不同角度探讨了影响二元承载结构稳定的因素,二元承载结构与地表沉陷的关系,顶板岩层移动的规律。提出的二元承载结构稳定原理在于:合理地在条带煤柱内布置巷道使开采过程不破坏上覆岩层的稳定结构,并保证剩余窄煤柱在出现塑性区扩展的情况下仍有一定核区存在,掘进采出煤炭后将矸石回填,并辅之以一定的密实手段,矸石充填体在巷道产生一定变形后,实现窄煤柱与充填体共同承担覆岩载荷。进一步提出了现场试验方案,并在现场进行了工业性试验。工程应用结果表明:提出的二元承载结构稳定原理与技术可使现场掘巷充填回收条带煤柱后地表变形在国家允许的范围内,提高了煤炭资源的回收率,同时为井下矸石处理、类似条件下煤柱回收提供了新途径,应用结果也证明了论文的研究成果是正确、合理的。本论文有图65幅,表15个,参考文献97篇。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的意义（Research Significance）
• 1.2 国内外研究现状综述（Overview on Present Research Situation）
• 1.2.1 条带开采覆岩变形机理与控制技术（Deformation Mechanism and Control Technology of Overlying Strata in Strip Mining）
• 1.2.2 煤柱稳定性原理与控制技术（Stability Principle and Control Technology of Coal Pillar）
• 1.2.3 煤矿井下保护煤柱回收技术（Recovery Technology of Protective Coal Pillar Underground Coal Mine）
• 1.2.4 煤矿充填开采技术（Technology of Backfill in Coal Mine）
• 1.2.5 存在问题与需开展的工作（Problem and Work Needed）
• 1.3 研究内容与方法（Research Contents and Methods）
• 1.4 论文的创新点（Innovative Points）
• 1.5 本章小结（Brief Summary）
• 2 课题研究基础
• 2.1 开采技术条件（Mining Conditions）
• 2.1.1 地质条件（Geological Conditions）
• 2.1.2 开采条件（Mining Condition）
• 2.2 数值分析模型建立（Establishment of Numerical Model）
• 2.2.1 FLAC 软件简介（Brief Introduction of FLAC Software）
• 2.2.2 模拟模型及方案确定（Simulation Model and Scheme）
• 2.3 相似材料模型建立（Establishment of Similar Material Model）
• 2.3.1 相似模型的制作（Making of Similar Model）
• 2.3.2 模型试验过程（Process of Simulation Test）
• 2.4 本章小结（Brief Summary）
• 3 二元承载结构的稳定原理
• 3.1 条带煤柱掘巷充填的基本原理（Basic Principle of Driving Roadway and Filling in Strip Coal Pillar）
• 3.2 窄煤柱极限承载能力（Ultimate Bearing Capacity of Narrow Coal Pillar）
• 3.3 窄煤柱屈服宽度（Yield Width of Narrow Coal Pillar）
• 3.3.1 屈服宽度计算（Calculation of Yielding Width）
• 3.3.2 屈服宽度影响因素分析（Analysis of Influencing Factors）
• 3.4 窄煤柱与充填体二元结构承载机理（Dual Structure Bearing Mechanism of Narrow Coal Pillar and Backfill）
• 3.4.1 充填材料性能分析（Performance Analysis of Backfill Material）
• 3.4.2 二元结构承载机理（Dual Structure Bearing Mechanism）
• 3.4.3 影响充填效果的因素分析（Analysis of Influencing Factors of Filling）
• 3.5 本章小结（Brief Summary）
• 4 二元承载结构稳定性影响因素分析
• 4.1 中间煤柱宽度效应（Width of The Middle Pillar Effect）
• 4.2 充填巷道数量效应（Quantitative Effect of Filling Roadway）
• 4.3 充填巷道尺寸效应（Size Effect of Filling Roadway）
• 4.4 充填效应（Effect of Filling）
• 4.5 本章小结（Brief Summary）
• 5 二元承载结构与地表沉陷关系分析
• 5.1 巷道位置不同数目相同（Different Position with Same Number）
• 5.2 巷道数目不同位置相同（Different Number with Same Position）
• 5.3 巷道宽度不同位置相同（Different Width with Same Position）
• 5.4 充填程度不同（Different Filling Degree）
• 5.5 本章小结（Brief Summary）
• 6 顶板岩层移动规律的模拟研究
• 6.1 数值模拟结果分析（The Results of Numerical Simulation）
• 6.1.1 开采范围内覆岩下沉规律（The Law of Overlying Strata Subsidence）
• 6.1.2 煤柱与采空区中央覆岩位移分析（Displacement Analysis of Coal Pillar and Overlying Strata on Central Goaf）
• 6.2 相似材料模拟结果分析（Analysia of the Results of Similar Material Simulation）
• 6.2.1 模型试验过程（Process of Simulation Test）
• 6.2.2 模拟结果分析（Analysis of the Results of Simulation）
• 6.3 本章小结（Brief Summary）
• 7 现场工业性试验
• 7.1 现场实施方案（Practical Project）
• 7.1.1 掘巷充填开采方案（Project of Filling Roadway Driving）
• 7.1.2 充填巷支护方案（Support Project in Filling Roadway）
• 7.2 掘巷充填的工艺流程（Technological Process of Driving and Filling）
• 7.2.1 条采保护煤柱的掘充顺序（Sequence of Driving and Filling）
• 7.2.2 充填系统工艺（Process of Filling System）
• 7.3 巷道及地表监测（Roadway and Surface Movement Monitoring）
• 7.3.1 巷道表面位移监测（Surface Displacement of Roadway）
• 7.3.2 地表移动监测及分析（Monitoring and Analysis of Surface Movement）
• 7.4 经济与社会效益（Economic and Social Benefit）
• 7.4.1 经济效益（Economic Benefit）
• 7.4.2 社会效益（Social Benefit）
• 7.5 本章小结（Brief Summary）
• 8 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集