矸石充填体宏细观力学特性及充填综采支架围岩关系研究
本文关键词:矸石充填体宏细观力学特性及充填综采支架围岩关系研究 出处:《中国矿业大学》2016年博士论文 论文类型:学位论文
更多相关文章: 综合机械化充填开采 矸石充填体 压实蠕变 颗粒流 支架围岩关系
【摘要】:液压支架-围岩-充填体之间的关系是综合机械化充填开采技术体系中最重要的问题之一,而充填体性质研究是解决该问题的基础和保证。本文运用实验测试、理论分析、数值模拟和相似材料物理模拟等方法,研究了矸石充填体的宏细观力学性质,并对综合机械化充填开采过程中的支架-围岩-充填体间的关系展开了系统的研究。论文的主要创新工作和研究成果包括以下几个方面:(1)通过侧限压实试验研究了多种矿渣混合料的应力-应变、压实度和变形模量特征,发现应力-应变满足对数关系,适当增大细小颗粒、石灰或水含量,都有利于提高体系的抗压缩性能。结合Singh-Mitchell蠕变模型对破碎矸石的侧限压实蠕变试验过程进行分析,得到了适合五种破碎矸石的压实蠕变方程。(2)建立了离散元计算模型,分别对矿渣混合料的侧限压缩和矸石充填体的双轴压缩进行数值模拟分析。发现用簇单元模拟的结果更加接近于实际。石颗粒粘结强度或含石率较大时,矸石充填体的双轴压缩峰值强度均较大,峰后软化与涨落的现象也较为明显。含石率大于50%以后,强力链的贯通性逐渐下降,力链也发生倾斜。力链形态会随加载过程不断变化。(3)创建了矸石充填体与充填采煤液压支架夯实机构的相互作用的颗粒流计算模型,研究发现引入振动机制,能减缓推压板的应力增加速度,保证在相同应力下,推压板行进距离更远;增大频率或振幅均能提高夯实效果。(4)建立了充填综采支架-顶板-充填体力学模型,计算顶板岩梁的下沉量和工作面超前应力分布。发现初始充填高度是控制顶板岩梁各部分的下沉和运移稳定性的决定性因素,对工作面超前应力分布也有很大影响。支架作用于充填体的推压作用力对顶板下沉及工作面超前应力的控制作用主要表现在2.0MPa以内;支架让压高度对工作面超前应力也有一定的影响。(5)建立充填采煤液压支架和采场数值模型,对充填开采过程进行计算,验证了顶板变形和工作面超前应力的理论计算结果。支架顶梁上的应力分布整体上前面小后面大,且前、后顶梁上应力都会随开采状态而变化;支架让压高度对支架顶梁的应力分布和数值都会产生极大的影响。(6)在合理确定充填体和支架相似模型后,利用相似模拟试验对充填综采过程进行研究。发现初始充填高度和支架让压高度对顶板下沉量和超前应力的影响规律与理论部分相同,试验测量值与理论计算值及数值计算结果也基本吻合。(7)成功地将充填开采支架-顶板-充填体力学模型应用于某矿工作面,计算顶板下沉和应力分布规律,并与现场实测结果比较,验证了模型的可靠性。
[Abstract]:The relationship between hydraulic support, surrounding rock and filling body is one of the most important problems in the comprehensive mechanized filling mining technology system, and the study of filling properties is the basis and guarantee to solve this problem. Theoretical analysis, numerical simulation and physical simulation of similar materials were used to study the macroscopic and meso-mechanical properties of gangue filling. The relationship between support, surrounding rock and filling body in the process of comprehensive mechanized filling mining is systematically studied. The main innovative work and research results in this paper include the following aspects: 1). The stress-strain of various slag mixtures was studied by lateral compaction test. According to the characteristics of compaction degree and deformation modulus, it is found that the stress-strain relationship is logarithmic, and the content of fine particles, lime or water is increased appropriately. Combined with the Singh-Mitchell creep model, the creep test process of the broken gangue was analyzed. The compaction creep equation for five kinds of broken gangue is obtained. (2) the discrete element calculation model is established. Numerical simulation analysis of the side limit compression of slag mixture and biaxial compression of gangue filling is carried out respectively. It is found that the results of cluster element simulation are closer to the reality. When the bond strength or rock content of stone particles is higher. The peak strength of biaxial compression of gangue filling is larger, and the phenomenon of softening and fluctuation after peak is also obvious. When the rock content ratio is more than 50%, the permeability of strong chain decreases gradually. The shape of the force chain will change with the loading process.) the particle flow calculation model of the interaction between the gangue filling body and the tamping mechanism of the filling coal mining hydraulic support is established. It is found that the vibration mechanism can slow down the increasing speed of the stress of the push plate and ensure that the pressure plate travels farther under the same stress. Increasing the frequency or amplitude can improve the compaction effect. It is found that the initial filling height is the decisive factor to control the stability of subsidence and migration of each part of roof slate beam. It also has a great influence on the distribution of the leading stress in the working face. The controlling effect of the pushing and pressing force acting on the filling body on the roof subsidence and the leading stress of the working face is mainly within 2.0 MPA. The hydraulic support and stope numerical model is established to calculate the filling mining process. The theoretical calculation results of roof deformation and working face advance stress are verified. The stress distribution on the top beam of the support is small and large on the whole, and the stress on the front and back top beam will all change with the mining state. The stress distribution and value of the top beam will be greatly affected by the pressure height of the support. (6) after the reasonable determination of the similar model of the filling body and the support. The similarity simulation test was used to study the filling process of fully mechanized coal mining. It was found that the influence of initial filling height and support pressure height on roof subsidence and lead stress was the same as that of theory. The experimental results are in good agreement with the theoretical values and the numerical results.) the steve-roof filling mechanics model is successfully applied to the mining face of a certain mine. The reliability of the model is verified by calculating the law of roof subsidence and stress distribution and comparing with the field measured results.
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TD823.7
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;“矸石充填置换煤关键技术研究与应用”获国家科技进步二等奖[J];采矿与安全工程学报;2009年01期
2 欧阳宝塔;郭春秀;;山东新汶矿业集团翟镇煤矿立业公司设计研发矸石充填支架提升矸石充填效率[J];矿产保护与利用;2009年06期
3 尹承水;;建筑物下矸石充填开采技术的研究与应用[J];山东煤炭科技;2012年06期
4 张孝飞;;矸石充填留巷技术的研究应用[J];黑龙江科技信息;2013年27期
5 王怀德;;矸石充填系统的设计与应用[J];山东煤炭科技;2006年06期
6 缪协兴;张吉雄;;矸石充填采煤中的矿压显现规律分析[J];采矿与安全工程学报;2007年04期
7 窦晓峰;;煤矿井下矸石充填工艺系统研究[J];河北煤炭;2007年06期
8 郭广礼;缪协兴;查剑锋;马占国;周振宇;;长壁工作面矸石充填开采沉陷控制效果的初步分析[J];中国科技论文在线;2008年11期
9 李荣德;关祥勇;刘子平;;井下煤炭矸石充填置换设备的选型及技术改造[J];科技信息;2008年33期
10 陈东;;矸石充填留巷技术的研究应用[J];山东煤炭科技;2008年06期
相关会议论文 前10条
1 马占国;李玉寿;朱发浩;赵国贞;;巷采矸石充填围岩稳定性的试验研究[A];2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2010年
2 秦立伦;;泵送矸石充填技术研究与应用[A];第四届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2009年
3 刘增平;吕卫东;孙文亮;刘森;;串采矸石充填技术研究[A];2005年度山东煤炭学会优秀学术论文集[C];2005年
4 祁方坤;董军;王君;;探询绿色开采新途径:矸石充填机及矸石运输系统的改造[A];控制“三废”污染 搞好矿区生态安全论文集[C];2008年
5 于德亮;岳尊彩;刘光旭;;兴隆庄煤矿矸石充填开采技术研究[A];全国“三下”采煤学术会议论文集[C];2012年
6 鲁叶江;;唐山市矸石充填对水环境影响分析[A];2010全国“三下”采煤与土地复垦学术会议论文集[C];2010年
7 高荣久;李树志;何浩;;矸石充填采煤沉陷区复垦建筑用地研究进展[A];全国“三下”采煤学术会议论文集[C];2008年
8 张国杰;;基于矸石充填的煤柱回收技术探讨[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2010年学术年会论文集[C];2010年
9 冀联合;崔清才;冀大伟;;大倾角复杂顶板条件下原生矸石充填技术应用[A];中国煤炭学会成立五十周年系列文集2012年全国矿山建设学术会议专刊(上)[C];2012年
10 黄永忠;韩永斌;王遗南;;煤巷矸石充填开采巷间煤柱的合理留设[A];2010全国“三下”采煤与土地复垦学术会议论文集[C];2010年
相关重要报纸文章 前10条
1 陈涛 郭春秀;翟镇矿立业公司 矸石充填有了“捣实装置”[N];中国矿业报;2009年
2 程矿生 乔瑞波;郭二庄矿:105万吨矸石充填到井下[N];中国矿业报;2013年
3 汪炳青;煤矸石充填置换技术环保显效[N];中国化工报;2009年
4 通讯员 李良 刁琳波 记者 韩广臣;矸石充填技术输出兄弟矿[N];中国煤炭报;2008年
5 程占国 周书振;云驾岭矿创新矸石充填技术[N];地质勘查导报;2009年
6 记者 王民;金牛公司首创矸石充填技术[N];经济参考报;2009年
7 陈伟邋江记文;兖矿井下矸石充填技术创效显著[N];经理日报;2008年
8 江记文;济三矿实现井下矸石充填[N];济宁日报;2007年
9 本报通讯员 张国文;矸石充填开采再造“新矿”[N];安徽日报;2009年
10 梅术坚 刘建华;河北金能:矸石充填的成功典范[N];中国煤炭报;2006年
相关博士学位论文 前5条
1 黄志敏;矸石充填体宏细观力学特性及充填综采支架围岩关系研究[D];中国矿业大学;2016年
2 李剑;含水层下矸石充填采煤覆岩导水裂隙演化机理及控制研究[D];中国矿业大学;2013年
3 查剑锋;矸石充填开采沉陷控制基础问题研究[D];中国矿业大学;2008年
4 王曦;基于煤矸石充填的重构土壤水分运移特征及环境效应[D];安徽理工大学;2014年
5 董守义;建筑物下急倾斜煤层群矸石充填开采研究[D];中国矿业大学(北京);2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 宫传刚;淮北矿区煤矿开采对土地资源影响及煤矸石充填复垦技术研究[D];安徽理工大学;2016年
2 李青青;基于高光谱的煤矸石充填复垦地土壤重金属含量估算研究[D];安徽理工大学;2016年
3 欧懿;矸石充填法在上行开采中的应用研究[D];湖南科技大学;2015年
4 李勤;西马矿1327工作面矸石充填开采可行性研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
5 王东升;矸石充填与垮落法混合综采关键技术研究与应用[D];中国矿业大学;2015年
6 李志江;新元矿矸石充填开采地表变形规律分析与研究[D];中国矿业大学;2014年
7 李树兴;唐山矿建筑物下综采工作面矸石充填系统开发设计研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
8 章如芹;煤矸石充填复垦地水盐运移特征及复垦效应研究[D];安徽理工大学;2014年
9 高晓云;淮南矿区煤矸石充填对土地复垦的影响研究[D];安徽理工大学;2013年
10 莫学飞;西马矿矸石充填特性及地表移动变形控制分析[D];辽宁工程技术大学;2013年
,本文编号:1436747
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/1436747.html