“充填体-煤柱”复合支撑体稳定性分析及减沉效果评价

作     者：王海龙 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵兵朝;李瑞斌

授予年度：2022年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：巷柱式采空区 “充填体-煤柱” 复合支撑体 充填开采 

摘      要：近年来,随着我国浅层煤炭资源不断的减少,巷柱式、刀柱式等旧式采煤方法造成的采空区遗煤已受到社会各界的高度关注,而遗煤回采是一个复杂的系统工程,采用“采-留-充协调开采方法,不仅可以降低充填成本、提高资源采出率,还能有效控制地表沉陷。故本文以巷柱式采空区“充填体-煤柱作为研究对象,通过理论分析、实内试验和数值模拟等方法,围绕充填体与煤柱共同承载结构的稳定性展开相关研究。论文主要研究成果如下:(1)根据巷柱式采空区遗煤回采的特点,将“充填体-煤柱协同承载作用过程分为三个阶段,确定了计算煤柱载荷和煤柱强度的计算方法,基于“充填体-煤柱复合支撑体承载结构力学模型,分析了煤柱与充填体承载阶段的均布载荷。(2)以煤柱、充填体和“充填体-煤柱复合支撑体为研究对象,通过室内试验测试岩体的物理力学参数,分析其变形破坏特征与应力-应变,揭示充填体强度与复合支撑体稳定性之间的相互作用关系:当充填体强度在5～7MPa范围内,复合支撑体峰值应力增加8.14%～18.61%之间。(3)运用FLAC3D数值模拟软件模拟分析巷柱式采空区遗煤回收过程中“充填体-煤柱的破坏形式及垂向应力分布特征,当充填体强度大于6MPa时,“充填体-煤柱复合支撑体可为采场稳定性提供保障;基于数值模拟结果,建立煤柱与充填体协同作用关系,分析了不同充填体强度与复合支撑体峰值应力变化及破坏形态的关系,并给出其函数关系式。(4)借助开采损害预计评价系统,对巷柱式采空区(采8m留12m)、充填回采(采12m留28m,其中煤柱宽度12m,充填体宽度16m)和不充填回采(采28m留12m)3种工况条件下地表移动变形值进行预计,分析了“采-留-充协调开采对地表沉陷的控制效果。论文研究成果可为“采-留-充协调开采方法提供一定的理论依据,对国内大面积残采区遗煤、“三下开采及矿区生态环境保护具有参考和借鉴价值。