矸石固体密实充填矿压时空演化规律研究
发布时间：2021-08-24 06:37
矸石固体充填技术是一项重要的绿色开采技术,它主要是将矸石做为骨料并配以其他辅料混合充填入采空区,控制矿压显现和覆岩运移程度,实现安全绿色置换煤炭的目的。然而矸石充填工程实践中存在充填体密实率不高、矿压时空显现机理认识不足而导致的矿压控制效果不佳等问题制约了矸石固体充填开采技术的长期广泛应用。因此,为了深入认识充填体与覆岩耦合作用和矿压显现的时空特性,提高矸石固体的密实性和充填率,本文以矸石固体密实充填为背景,采用理论分析、数值模拟、相似材料模拟和实验室试验等方法,对密实充填矿压显现和覆岩运移时空演化规律进行了系统研究,获得以下主要成果:（1）分析了充填开采覆岩结构和变形特征,推导了密实充填连续曲形梁的变形曲率与充实率等参数的关系式,建立了密实充填体与覆岩时空耦合作用分区模型,对密实充填矿压时空演化模型进行力学分析,最终确定了密实充填顶板下沉挠度与充填体强度之间的时空量化关系。（2）利用自主设计模拟试验台研究了矸石散体的推实特性,通过压实试验获得了密实充填矸石的最佳级配为泰伯系数n=0.4粒径级配,并以此为骨料掺入粉煤灰、水泥等辅料,研究了矸石固体的力学时效特性。（3）建立密实充填相似材...
【文章来源】：河北工程大学河北省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国充填矿井数量分布图
技术路线图
第2章密实充填矿压时空演化理论分析11差异，采空区很难达到完全充填条件，顶板多产生非贯通性裂隙，但仍然具有传递力的作用，保持有效的几何和力的连续性，工程实践中多见这种曲形梁状态。（1）曲形梁下沉挠度假定采空区充填率极高，充填体非常密实，将充填体视为等效弹性体，覆岩载荷简化为均布载荷，曲形岩梁力学模型示意图如图2-2所示。图2-2曲形梁受力示意图Fig.2-2Stressdiagramofcurvedbeam通过计算得出连续曲形梁的挠度方程[60]为：bababcabaczbbababaczbbLLLxLLEIQLxLEIQxLLxLQqQxEIxLLLxxLEIQxLLxLQqQxEIx,)(24)(6))(64(240),236(12))(64(2422432222(2-1)式中ω——下沉挠度(m)；E——顶板弹性模量(GPa)；I——顶板惯性矩(m4)；Q——上覆岩层载荷(MPa)；q——直接顶自重(MPa)；Qc——充填体强度(MPa)；La——曲形梁充填体段长度(m)；Lb——曲形梁整体长度(m)。在实际工程中，确定直接顶的下沉量是连续曲形梁分析的关键。通过计算得出直接顶下沉量hb工程解为：bvcwccbkKRUHHh2503901(2-2)式中Hc——煤层厚度(m)；
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤矿充填开采应用现状与发展[J]. 刘建功,李新旺,何团. 煤炭学报. 2020(01)
[2]充填矸石夯实模拟试验台的研制及应用[J]. 李新旺,赵新元,程立朝,秦义岭. 煤炭工程. 2019(08)
[3]煤炭开采与岩层运动[J]. 钱鸣高,许家林. 煤炭学报. 2019(04)
[4]我国能源资源现状与发展趋势[J]. 方圆,张万益,曹佳文,朱龙伟. 矿产保护与利用. 2018(04)
[5]煤矿充填开采覆岩连续变形移动规律及曲率模型研究[J]. 左建平,周钰博,刘光文,邵光耀,史月. 岩土力学. 2019(03)
[6]煤炭产业的环境保护问题及建议[J]. 闫楠. 中国环境管理. 2018(03)
[7]矸石-粉煤灰充填采煤覆岩结构与变形规律[J]. 范超军,李胜,海龙,杜文璋,杨振华. 地下空间与工程学报. 2018(01)
[8]充填开采临界充实率理论研究与工程实践[J]. 张强,张吉雄,王佳奇,黄鹏,李猛,闫浩. 煤炭学报. 2017(12)
[9]固体充填采煤矿压显现规律及机理分析[J]. 孙强,张吉雄,巨峰,周楠,张强. 采矿与安全工程学报. 2017(02)
[10]西部高强度采煤区矿山地质灾害现状与防控技术[J]. 范立民,马雄德,李永红,李成,姚超伟,向茂西,仵拨云,彭捷. 煤炭学报. 2017(02)
博士论文
[1]深部大采高矸石充填综采沿空留巷围岩变形机理及应用[D]. 龚鹏.中国矿业大学 2018
[2]煤矿胶结充填开采覆岩移动及矿压显现规律研究[D]. 杨鹏飞.中国矿业大学(北京) 2016
[3]急倾斜煤层充填开采方法及其围岩移动机理研究[D]. 于健浩.中国矿业大学（北京） 2013
[4]充填开采覆岩移动变形及矿压显现规律研究[D]. 冯锐敏.中国矿业大学（北京） 2013
[5]煤矸石充填开采和覆岩控制理论及技术研究[D]. 张德辉.辽宁工程技术大学 2013
[6]固体密实充填采煤的矿压控制理论与应用研究[D]. 黄艳利.中国矿业大学 2012
[7]固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究[D]. 王磊.中国矿业大学 2012
[8]矸石直接充填综采岩层移动控制及其应用研究[D]. 张吉雄.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]破碎矸石压实特性的时效性研究[D]. 王逸鸣.中国矿业大学 2019
本文编号：3359478
【文章来源】：河北工程大学河北省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国充填矿井数量分布图
技术路线图
第2章密实充填矿压时空演化理论分析11差异，采空区很难达到完全充填条件，顶板多产生非贯通性裂隙，但仍然具有传递力的作用，保持有效的几何和力的连续性，工程实践中多见这种曲形梁状态。（1）曲形梁下沉挠度假定采空区充填率极高，充填体非常密实，将充填体视为等效弹性体，覆岩载荷简化为均布载荷，曲形岩梁力学模型示意图如图2-2所示。图2-2曲形梁受力示意图Fig.2-2Stressdiagramofcurvedbeam通过计算得出连续曲形梁的挠度方程[60]为：bababcabaczbbababaczbbLLLxLLEIQLxLEIQxLLxLQqQxEIxLLLxxLEIQxLLxLQqQxEIx,)(24)(6))(64(240),236(12))(64(2422432222(2-1)式中ω——下沉挠度(m)；E——顶板弹性模量(GPa)；I——顶板惯性矩(m4)；Q——上覆岩层载荷(MPa)；q——直接顶自重(MPa)；Qc——充填体强度(MPa)；La——曲形梁充填体段长度(m)；Lb——曲形梁整体长度(m)。在实际工程中，确定直接顶的下沉量是连续曲形梁分析的关键。通过计算得出直接顶下沉量hb工程解为：bvcwccbkKRUHHh2503901(2-2)式中Hc——煤层厚度(m)；
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤矿充填开采应用现状与发展[J]. 刘建功,李新旺,何团. 煤炭学报. 2020(01)
[2]充填矸石夯实模拟试验台的研制及应用[J]. 李新旺,赵新元,程立朝,秦义岭. 煤炭工程. 2019(08)
[3]煤炭开采与岩层运动[J]. 钱鸣高,许家林. 煤炭学报. 2019(04)
[4]我国能源资源现状与发展趋势[J]. 方圆,张万益,曹佳文,朱龙伟. 矿产保护与利用. 2018(04)
[5]煤矿充填开采覆岩连续变形移动规律及曲率模型研究[J]. 左建平,周钰博,刘光文,邵光耀,史月. 岩土力学. 2019(03)
[6]煤炭产业的环境保护问题及建议[J]. 闫楠. 中国环境管理. 2018(03)
[7]矸石-粉煤灰充填采煤覆岩结构与变形规律[J]. 范超军,李胜,海龙,杜文璋,杨振华. 地下空间与工程学报. 2018(01)
[8]充填开采临界充实率理论研究与工程实践[J]. 张强,张吉雄,王佳奇,黄鹏,李猛,闫浩. 煤炭学报. 2017(12)
[9]固体充填采煤矿压显现规律及机理分析[J]. 孙强,张吉雄,巨峰,周楠,张强. 采矿与安全工程学报. 2017(02)
[10]西部高强度采煤区矿山地质灾害现状与防控技术[J]. 范立民,马雄德,李永红,李成,姚超伟,向茂西,仵拨云,彭捷. 煤炭学报. 2017(02)
博士论文
[1]深部大采高矸石充填综采沿空留巷围岩变形机理及应用[D]. 龚鹏.中国矿业大学 2018
[2]煤矿胶结充填开采覆岩移动及矿压显现规律研究[D]. 杨鹏飞.中国矿业大学(北京) 2016
[3]急倾斜煤层充填开采方法及其围岩移动机理研究[D]. 于健浩.中国矿业大学（北京） 2013
[4]充填开采覆岩移动变形及矿压显现规律研究[D]. 冯锐敏.中国矿业大学（北京） 2013
[5]煤矸石充填开采和覆岩控制理论及技术研究[D]. 张德辉.辽宁工程技术大学 2013
[6]固体密实充填采煤的矿压控制理论与应用研究[D]. 黄艳利.中国矿业大学 2012
[7]固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究[D]. 王磊.中国矿业大学 2012
[8]矸石直接充填综采岩层移动控制及其应用研究[D]. 张吉雄.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]破碎矸石压实特性的时效性研究[D]. 王逸鸣.中国矿业大学 2019
本文编号：3359478
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