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薄煤层泵送矸石充填开采技术与地表沉陷控制研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 矸石充填控制地表沉陷机理研究

2.1 充填开采条件下覆岩运动的基本理论

2.2 充填开采地表下沉影响因素分析

2.3 充填率影响沉陷控制数值模拟

2.4 开采沉陷影响因素的控制措施

2.5 小结

3 泵送充填材料性能研究

3.1 充填材料选择

3.2 泵送充填料输送性能研究

3.3 胶凝材料与充填料强度关系实验

3.4 小结

4 泵送矸石充填采空区方法研究

4.1 试验工作面概况

4.2 泵送矸石充填系统设计

4.3 泵送矸石充填工艺

4.4 泵送充填关键技术研究

4.5 小结

5 充填效果分析及评价

5.1 充填工作面顶板下沉分析

5.2 充填工作面皮带运输巷顶底板移近量分析

5.3 地表沉陷计算

5.4 充填效果评价

5.5 小结

6 主要结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果

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摘要

目前,我国煤矿“三下”压煤问题尤为突出,严重影响着矿山企业的正常生产;同时矸石排放量大、环境污染严重等问题,研发解决“三下”压煤及消除矸石排放造成的环境污染等问题的开采技术,是煤矿急需解决的重大技术难题。结合北宿煤矿实际地质条件,研究制定了薄煤层泵送矸石充填开采工艺,该工艺系统布置简单及充填成本低等特点,实现了矸石不上井,解决“三下”压煤问题,对北宿煤矿具有重大的现实意义。
  矸石充填的目的在于保证地表变形在允许范围之内,本课题结合矸石充填的相关理论,分析充填体对采场围岩的作用及相互关系;研究了顶板下沉量因素、充填体压缩量因素和岩性因素对地表沉陷控制的影响,并提出了相关控制措施。另外采用数值模拟的方法研究了不同充填率对顶板岩层移动的影响,研究表明充填率对顶板下沉值的影响较大,随着充填率的增加,顶板最大下沉值逐渐减小。
  其次,本课题分析了影响充填材料力学性能的主要因素;为了满足远距离泵送要求,保证充填料具有良好的流动性能,能够顺利流过输送管道,因此制定了适合薄煤层泵送的充填料配合比,使得矸石充填料不离析、不阻塞,并分析了不同掺量的胶凝材料对填充料力学性能的影响;另外从薄煤层泵送矸石充填开采系统布置设计入手,对泵送矸石充填工艺做了详细介绍。同时提出了“Y”型双向选择截止闸板阀和挡矸支架等关键技术工作,以保证工作面安全、高效的运行。
  最后,运用现场实测的方法,通过对矸石充填开采控制地表变形进行预计和现场岩移实际观测,对地面建筑物安全性进行评价。

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