采空區(qū)矸石充填控制覆巖變形破壞機(jī)理研究.pdf

1、隨著我國(guó)煤礦高強(qiáng)度、粗放式開采，因煤層開采造成的煤矸石占?jí)和恋?、地表建筑物損害等問題越來越突出。矸石充填開采技術(shù)是綠色采礦的重要發(fā)展方向，不僅可以解決煤柱回收與地面矸石堆放問題，還可以控制地表移動(dòng)變形。矸石充填開采覆巖變形破壞機(jī)理的研究對(duì)充填開采推廣應(yīng)用至關(guān)重要。為此，本文綜合采用室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論分析和現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)相結(jié)合方法，揭示了采空區(qū)充填開采控制覆巖變形破壞機(jī)理。主要結(jié)論如下：
　　（1）系統(tǒng)研究充填矸石物理力學(xué)特性，通過

2、室內(nèi)壓縮試驗(yàn)測(cè)試獲得了矸壓實(shí)特性及流變特性。研究得出矸石的應(yīng)力-壓縮率曲線整體上呈現(xiàn)對(duì)數(shù)規(guī)律分布，矸石變形模量與應(yīng)力近似為線性關(guān)系，變形模量隨著應(yīng)力的增大而不斷增大。
　?。?）采用 FLAC3D數(shù)值模擬方法，對(duì)比研究了充填開采覆巖應(yīng)力分布及變形破壞規(guī)律，揭示了充填開采覆巖動(dòng)態(tài)損傷演化規(guī)律。采空區(qū)矸石充填對(duì)控制覆巖變形破壞有重要作用，采用充填開采后覆巖塑性破壞高度降低達(dá)63％。頂板沉降量約占傳統(tǒng)綜采的60%。充填體壓縮過程中產(chǎn)生反

3、作用力給圍巖，改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)從而提高了圍巖自身強(qiáng)度及承載能力，減緩了礦壓顯現(xiàn)程度。
　　（3）通過建立薄板力學(xué)模型，考慮了充填矸石對(duì)頂板的支撐反力，推導(dǎo)了充填矸石對(duì)覆巖變形的撓曲面方程，揭示了采空區(qū)矸石充填控制覆巖變形破壞機(jī)理。并利用簡(jiǎn)化的彈性地基梁理論分析走向剖面巖層移動(dòng)變形問題，并對(duì)影響覆巖變形效果的彈性地基系數(shù)、充填體欠接頂量進(jìn)行了定量分析。
　　（4）在矸石充填開采頂板沉降及覆巖變形破裂連續(xù)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，分析了