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膏体充填开采控制地表沉陷影响因素研究

作　者: 刘明
导　师: 郭惟嘉
学　校: 山东科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 开采沉陷充填开采作用机理影响因素数值模拟
分类号: TD823.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

矿山开采沉陷和矿山固体废弃物的排放是造成矿区生态环境破坏的直接根源,有效控制和减轻地表沉陷、合理地处理和利用矿山废弃物、实现“绿色开采”是减轻矿区生态环境破坏的根本途径。针对此问题,本论文综合运用充填力学、流体力学、开采沉陷学等理论并结合数值模拟方法,对煤矸石膏体充填开采条件下的地表沉陷规律进行了初步探讨。本论文首先分析了膏体充填开采及其基本特点和膏体料浆的流动特性、流变特性及可泵性。然后介绍了常用充填材料,并对煤矸石膏体充填体强度及充填料浆可泵性的影响因素进行了分析。分析和研究了膏体充填体的力学作用机理及其变形破坏特性。试验表明,膏体胶结充填体在单轴压缩和拉伸条件下的峰值荷载后基本没有残余抗拉强度,但残余抗压强度很高,仍然具有一定的承载能力;膏体充填体在三向受力状态下即使是低围压条件下也表现出明显的塑性强化特征,可以充分利用这个性能,在膏体充填开采设计中适当降低对充填体强度的要求,降低充填材料成本,取得更好的经济效益。充填开采时,顶板一般只出现开裂性破坏而无冒落性破坏。因此,若使顶板不冒落,充填体初期须满足一定的强度要求,即充填体初期能够保持自稳并对直接顶板有一定的支撑能力。影响充填开采控制地表沉陷的主要因素是充填前顶板下沉量、充填欠接顶量和充填体压缩量。采用UDEC数值模拟软件对充填开采控制地表沉陷的主要因素与地表最大下沉值的关系进行了数值模拟研究,得出了充填体强度、充填率与地表最大下沉值的关系曲线;并对充填开采时工作面前方支承压力分布和工作面后方顶板下沉进行了模拟研究,研究表明,充填开采时工作面前方支承压力的影响范围、支承压力峰值距工作面煤壁的距离及支承压力的峰值随着充填体强度的增加逐渐减小,充填开采能够较好地控制顶板运动,充填体强度越高,对顶板的控制效果越好。

膏体充填开采控制地表沉陷影响因素研究

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