文摘gydF4y2Ba

基于弹性地基梁理论,回填采矿support-roof岩石的力学模型beam-gangue充填体条件下建立了综合机械化充填采矿。地基系数确定每个部分,每个部分的沉降计算顶板岩石梁。发现初期蓄水高度的决定性因素是控制沉降和迁移屋顶的每一部分岩石梁的稳定。适当增加backfilling-coal矿山液压支架的推力在充填体还可以有效控制顶板下沉。综合机械化充填采矿工艺研究了相似模拟实验,发现初期蓄水高度的影响规律在屋顶的岩石梁沉降理论分析的是一样的,和实验测量值和拟合函数关系与理论计算结果相一致。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

近年来,指导下的“绿色矿业”的概念和“科学采矿”(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),煤炭的科学开采迅速发展(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。综合机械化固体充填开采技术的有机结合问题解决了“三下”开采技术和综合开采技术和实现生产方式的开采率高,高产,高效,低成本的建筑(下gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。大量的工程实践提出了越来越高的要求,基础研究岩层控制理论和充填体压缩力学性能条件下充填开采。许多学者进行了大量的理论和实验研究在这方面(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。充填采煤过程中,充填体夯实后充填煤矿液压支架的,它将取代原煤支持上覆地层,所以运动和上覆地层的裂缝明显减少了。因此,一方面,没有屈服区会形成,另一方面,断裂带的高度将大大减少,甚至可能没有断裂区。采空区是充满了煤矸石。充填体的形式分散的碎片和粒状结构,及其运动过程的形式整合和压实。最上面的地层沉降区都是弯曲的,岩体结构相对完整,定期和地层切层,这样结构的身体提出了一种分层结构正常的异质性和切向同质性。岩体的变形形式结构梁或板的弯曲变形gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。充填开采条件下,充填体上覆地层有很强的控制效果,和屋顶沉降和内力是大大减少;因此,从理论上讲,基本的屋顶或关键层通常被视为弹性地基上的梁或板考虑屋顶之间的交互,支持和充填体。充填体的基础系数反映了充填体的配角,和它的价值直接相关的压实机械特征煤矸石充填的身体。因此,充分理解的基础上煤矸石充填体的力学性能,更精确的力学模型的“摇滚回填采矿support-roof beam-filling身体”需要确立,具有重要的理论价值和现实意义提高地层运动之间的关系的理论体系和支持围岩在固体充填采煤。gydF4y2Ba

基于弹性地基梁理论,本文建立了力学模型的回填采矿support-roof摇滚beam-gangue充填体。初期蓄水高度和压实的影响力量的支持屋顶上的沉降研究岩石梁通过求解微分方程的沉降条件下顶板岩石梁综合机械化充填采矿、结果验证了相似模拟实验。gydF4y2Ba

2。岩石力学模型“回填采矿Support-Roof Beam-Filling身体”和分析gydF4y2Ba

2.1。力学模型gydF4y2Ba

密度条件下的综合机械化开采和充填,岩石梁,煤炭的身体和充填体可视为弹性地基,以及弹性地基梁的力学模型建立了顶板岩石梁。回填采矿的关系支持,屋顶岩石梁,充填体如图gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba和力学模型如图gydF4y2Ba1 (b)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,屋顶可以被视为一个无限长弹性地基梁的单位宽度、厚度gydF4y2BahgydF4y2Ba。上覆地层产生的重量分布载荷的浓度gydF4y2Ba问gydF4y2Ba在梁上。前面的煤层的主要力量在屋顶上gydF4y2BapgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba(gydF4y2BaxgydF4y2Ba),煤层的厚度gydF4y2BaHgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba。支持的上覆地层是回填采矿支持顶部控制区域内,与力量gydF4y2BapgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(gydF4y2BaxgydF4y2Ba)和长度gydF4y2BalgydF4y2Ba,开采区域的顶部控制之外的区域矿业煤矸石充填体支持的脸与力量gydF4y2BapgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba(gydF4y2BaxgydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

选择坐标原点O在煤壁。积极的方向gydF4y2BaxgydF4y2Ba设在是正确的,积极的方向gydF4y2BaygydF4y2Ba设在是向下的。论述了近水平煤层工作面的前进方向和水平了。的水平位置gydF4y2BaxgydF4y2Ba作为独立变量和位移函数gydF4y2BaygydF4y2Ba(gydF4y2BaxgydF4y2Ba)作为基本未知量。在负载的作用下gydF4y2Ba问gydF4y2Ba屋顶的沉降rockbeam煤炭墙gydF4y2BahgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba。在采空区沉陷的屋顶岩石梁最大屋顶距离的位置控制gydF4y2BahgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba+gydF4y2BahgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BahgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba前的沉降屋顶岩石梁触动煤矸石充填体。gydF4y2Ba

基于文克尔地基假设,屋顶的沉降方程条件下岩石梁综合机械化充填采矿可以上市gydF4y2Ba

其中,煤炭的身体和充填体简化为弹性地基,会议文克尔地基假设:gydF4y2Ba

的支持力量gydF4y2BapgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba根据综合机械化充填采矿的工作条件,考虑到积极支持充填液压支架的功能主要是让后面的顶梁的支持抵制屋顶的弯曲、下沉,有功负载的支持被认为是:gydF4y2Ba

在方程(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),gydF4y2BaEgydF4y2Ba和gydF4y2Ba我gydF4y2Ba弹性模量和截面惯性矩的屋顶岩石梁分别和gydF4y2BaγgydF4y2Ba岩石的体积密度梁,gydF4y2BakgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba煤层的地基系数和吗gydF4y2BakgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba充填煤矸石地基系数。gydF4y2BapgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}和gydF4y2BapgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba是支持加载前后的支持,分别。gydF4y2Ba

方程(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)是首先解决。相对应的齐次方程形式的方程(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),让gydF4y2Ba

一般的解决方案是gydF4y2Ba

特别的解决方案是gydF4y2Ba ;gydF4y2Ba因此,方程的解决方案(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)可以表示为:gydF4y2BaygydF4y2Ba=gydF4y2BaygydF4y2Ba_0gydF4y2Ba+gydF4y2BaygydF4y2Ba^∗gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

因为岩石梁不受开采影响双方在远端,有gydF4y2Ba 当gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

用一般的解决方案,我们可以得到gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba=gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba= 0。gydF4y2Ba

因此,方程的解决方案(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)是gydF4y2Ba

使用相同的方法,让gydF4y2Ba 方程解(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)可以获得如下:gydF4y2Ba

最后,方程(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)是通过直接集成,解决方案gydF4y2Ba

系数gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba,gydF4y2BaCgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BaCgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba在方程(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)可以通过使用支持之间的边界的边界连续性条件和煤壁(gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 0)和支持和充填体(之间的边界gydF4y2BaxgydF4y2Ba=gydF4y2BalgydF4y2Ba):gydF4y2Ba

作为基础系数gydF4y2BakgydF4y2Ba在文克尔地基模型与变形模量有关gydF4y2BaEgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}和厚度gydF4y2BaHgydF4y2Ba的基础,当双方的压缩变形层都是免费的,gydF4y2Ba

在上面的问题研究中,gydF4y2BakgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaHgydF4y2Ba是矿业的高度gydF4y2BaHgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba,而对于gydF4y2BakgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BaHgydF4y2Ba填补的高度的身体基础吗gydF4y2BaHgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,这是受到的许用压力高度支持充填采矿过程中,初始填充率。gydF4y2BaHgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba可以表示为gydF4y2Ba

同样的,对gydF4y2BakgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaEgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}坚实的煤炭基础变形模量的吗gydF4y2BaEgydF4y2Ba_s0gydF4y2Ba;而对于gydF4y2BakgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BaEgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}对应于充填体的变形模量的基础gydF4y2BaEgydF4y2Ba_s3gydF4y2Ba。gydF4y2BaEgydF4y2Ba_s3gydF4y2Ba主要受压缩力支持的充填体充填采矿过程中。根据压实机械性能测试(渣混合充填体的gydF4y2Ba24gydF4y2Ba),可以看出有一个线性关系gydF4y2BaEgydF4y2Ba_s3gydF4y2Ba和压实压力gydF4y2BaσgydF4y2Ba,可以表示为gydF4y2Ba

因此,gydF4y2BakgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba和gydF4y2BakgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba可以表示为gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaHgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba是基础的厚度,这等于初期蓄水高度gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba填充区域的,所以gydF4y2BakgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba也可以表示为gydF4y2Ba

可以看出,对于一个给定的煤矸石充填材料的价值gydF4y2BakgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba受两个因素影响,初期蓄水高度gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba和压实压力gydF4y2BaσgydF4y2Ba充填体的熊。用方程(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba)(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)可以得到顶板岩石梁沉降量之间的关系gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba,gydF4y2BaσgydF4y2Ba,gydF4y2BaHgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba,gydF4y2BaEgydF4y2Ba,gydF4y2Ba我gydF4y2Ba,gydF4y2BakgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba等。gydF4y2Ba

山西煤矿,中国,作为一个例子进行分析,gydF4y2BahgydF4y2Ba= 4米,gydF4y2BaHgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba= 3 m,gydF4y2BaEgydF4y2Ba= 10 GN / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 5.33,gydF4y2Ba问gydF4y2Ba= 3.11 MPa,gydF4y2BaγgydF4y2Ba= 25 kN / mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba,gydF4y2BapgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}= 0.73 MPa,gydF4y2BapgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba= 0.80 MPa,gydF4y2BalgydF4y2Ba= 7.5 m,gydF4y2BakgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba= 0.6 GN / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。根据方程(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba),拟合系数基本渣混合物(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba433702年=−gydF4y2BabgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba= 15.987)被选中,然后方程(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba)可以得到:gydF4y2Ba

之间的关系gydF4y2BaygydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaygydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba和gydF4y2BaσgydF4y2Ba将在下面讨论。用上面的参数方程(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba),表达式gydF4y2BaygydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaygydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba可以得到如下:gydF4y2Ba

方程的系数gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BaBgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba,gydF4y2BaCgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,gydF4y2BaCgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba都是相关的gydF4y2BaσgydF4y2Ba和gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba。为每个组gydF4y2BaσgydF4y2Ba和gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba值,的具体表达式gydF4y2BaygydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaygydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba可以获得。的影响gydF4y2BaσgydF4y2Ba和gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba在gydF4y2BaygydF4y2Ba_1gydF4y2Ba,gydF4y2BaygydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba分别将在下面讨论。gydF4y2Ba

2.2。初期蓄水高度对顶板岩石梁沉降的影响gydF4y2Ba

屋顶的沉降量gydF4y2BaygydF4y2Ba_1gydF4y2Ba|gydF4y2Ba_{xgydF4y2Ba= 0gydF4y2Ba}在煤壁gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 0,屋顶的沉降量gydF4y2BaygydF4y2Ba_2gydF4y2Ba上面的支持和屋顶的沉降量gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba以上计算煤矸石充填体压实条件下的压力gydF4y2BaσgydF4y2Ba= 2 MPa和gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 1.8米,2.1米,2.4米,2.7米和2.85米,分别代入方程(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba)。结果如图所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

从图可以看出,当填充体受到的推动和紧迫的压力2 MPa捣固的支持机制,不同位置的屋顶岩石梁沉在灌装后不同程度。密集的充填采矿,在推动和捣固压作用机制,充填体基本上可以连接到顶部。然而,由于采矿、某一沉降发生在屋顶的煤矸石,所以最初的填充高度gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba也是不同的。的大小gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba屋顶上的沉降有重要影响岩石梁。gydF4y2Ba

首先,大gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba是,最终的稳定沉降越小屋顶上方岩石梁填充区域。当gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 1.8 m,填充高度的60%开采高度,最后稳定沉降的屋顶在填充区域是1.38米以上;当gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 2.4 m,填充高度的80%开采高度,最后稳定沉降的屋顶在填充区域是0.85米以上;当gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 2.85 m,填充高度的95%开采高度,最后稳定沉降充填上方的屋顶面积只有0.44米。gydF4y2Ba

其次,沉降gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba岩石梁上面填满身体距离的增加而增加gydF4y2BaxgydF4y2Ba从煤壁。一定距离后,上述岩石梁沉降充填体可以达到稳定gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba有很大的影响的最终稳定沉降距离的屋顶岩石梁。当gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 2.85米,gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 25米(填充支持背后的距离大约17米),gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba趋于稳定;当gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 2.4米,gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 30米(填充距离约22米)背后的支持,gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba趋于稳定;当gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 1.8米,gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 40米(约32米填补背后的支持),gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba往往是稳定的。gydF4y2Ba

第三,无论怎样的高度gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba等于,沉降gydF4y2BaygydF4y2Ba_2gydF4y2Ba岩石梁上面支持的增加而增加gydF4y2BaxgydF4y2Ba,基本上满足线性关系。沉降的前端支持很小,和沉降的后端支持很大。同时,上方的屋顶支持的沉降随的增加而减小gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba。gydF4y2Ba

最后,沉降gydF4y2BaygydF4y2Ba_1gydF4y2Ba|gydF4y2Ba_{xgydF4y2Ba= 0gydF4y2Ba}煤壁随的增加而减小gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba,基本上满足线性关系。填充高度从60%增加到95%的矿业高度,可以减少沉降的煤壁从0.199米到0.067米,减少近2/3。可以看出,增加了初期蓄水高度可以有效控制沉降和迁移每个部分的屋顶岩石梁的稳定。gydF4y2Ba

2.3。Self-Ramming回填的压实的影响力量开采液压支架沉降的屋顶岩石梁gydF4y2Ba

当gydF4y2BahgydF4y2Ba= 4米,gydF4y2BaHgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba= 3 m,gydF4y2BaEgydF4y2Ba= 10 GN / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 5.33,gydF4y2Ba问gydF4y2Ba= 3.11 MPa,gydF4y2BaγgydF4y2Ba= 25 kN / mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba,gydF4y2BapgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}= 0.73 MPa,gydF4y2BapgydF4y2Ba_bgydF4y2Ba= 0.80 MPa,gydF4y2BalgydF4y2Ba= 7.5米,gydF4y2BakgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba= 0.6 GN / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba433702年=−gydF4y2BabgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba= 15.987,gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 2.4 m,gydF4y2BaσgydF4y2Ba为1.0 MPa, 1.5 MPa, 2.0 MPa, 2.5 MPa,分别为3.0 MPa,gydF4y2BaygydF4y2Ba_{1 |gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 0gydF4y2Ba},gydF4y2BaygydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba计算在方程(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba)∼(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba)。填充推压应力的影响探讨了顶板岩石的沉降梁,如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

从图可以看出,当self-ramming回填开采液压支架产生不同数量的充填体压缩力,屋顶的沉降量在不同尺寸岩石梁也将改变。gydF4y2Ba

首先,gydF4y2BaσgydF4y2Ba有很大的影响的最终稳定沉降屋顶上岩石梁在填充区域。更大的gydF4y2BaσgydF4y2Ba最终沉降越小。也可以看到,当gydF4y2BaσgydF4y2Ba从1.0 MPa提高到2.0 MPa,最终沉降gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba减少0.25米;当gydF4y2BaσgydF4y2Ba增加到3.0 MPa,最终沉降gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba只有减少0.09。因此,当压实压力约为2.0 MPa,屋顶的沉降岩石梁可以有效地控制。如果压实压力是增加更多的在此基础上,这种控制效果不会明显增加。gydF4y2Ba

其次,gydF4y2BaσgydF4y2Ba也有一定的影响的最终稳定沉降的距离上方的顶梁填充区域。当gydF4y2BaσgydF4y2Ba= 3.0 MPa,gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 25米(填充支持背后的距离大约17米),gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba趋于稳定;当gydF4y2BaσgydF4y2Ba= 1.0 MPa,gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 45 m(填充背后支持的距离大约是37米)。gydF4y2BaygydF4y2Ba_3gydF4y2Ba往往是稳定的。它可以观察到,压实压力越小,时间越长顶板沉降运动的不稳定区域。gydF4y2Ba

第三,当压实压力gydF4y2BaσgydF4y2Ba变化,下沉gydF4y2BaygydF4y2Ba_2gydF4y2Ba上面的岩石梁的支持仍然增加而增加gydF4y2BaxgydF4y2Ba,基本上满足线性关系。沉降的前端支架很小,和沉降的后端架很大。与此同时,屋顶的沉降随的增加而减小gydF4y2BaσgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

最后,沉降gydF4y2BaygydF4y2Ba_1gydF4y2Ba|gydF4y2Ba_{xgydF4y2Ba= 0gydF4y2Ba}煤壁随的增加而减小gydF4y2BaσgydF4y2Ba,但它是非线性的。一般来说,gydF4y2BaσgydF4y2Ba对煤壁的沉降几乎没有影响。可以看出,增加压实压力gydF4y2BaσgydF4y2Ba的支持可以有效地紧凑回填体的一部分,增加其变形模量,从而控制沉降和不稳定顶板岩石梁的范围。gydF4y2Ba

3所示。物理模拟的综合机械化充填开采gydF4y2Ba

相似材料模拟实验不仅是直观的和可重复的,但也是一个实验方法与良好控制的灵活性和效率高。因此,它已成为一个重要手段来研究地层的特点,运动和矿山采矿工程压力变化的规律。本文的理论研究的基础上,充填采矿的力学模型,用相似理论的帮助下,进行相似材料模拟实验的观察运动,失败,和压力变化的岩石地层过程中充填采矿和验证理论计算的结果。gydF4y2Ba

3.1。相似材料模型试验的设备和材料gydF4y2Ba

在相似材料模型实验中,飞机模型试验台长度××高度宽度= 2.50米×1.50米×0.20米的煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学和技术使用。试验台的上部设有气缸加载系统,和模型可以通过气泵被加载。使用数字摄影测量的图像采集系统gydF4y2Ba24gydF4y2Ba)由中国矿业大学和独立开发的技术跟踪和拍摄整个过程与固定相机的位置和准确地计算每个点的岩层的运动通过后期的图像处理软件。在模型铺设过程中,土压力细胞嵌入,数字高速应变仪连接到监控每一层的岩石压力实验。支持模型是由一个手动液压油泵加压调整高度和支持力量的支持。gydF4y2Ba

相似模型,以下类似的岩层材料选择:总:普通细粒度的筛选后河沙(粒径小于3毫米);胶结材料:石膏、水泥、碳酸钙;层状材料:云母粉。之前模型、骨料和水泥重根据不同比例,与水混合并搅拌均匀,和相似材料实验部分,干燥后和他们的机械性能测量。经过反复测试,模型材料的最终比例决心满足机械相似的要求。gydF4y2Ba

高密度泡沫、低密度泡沫和海绵材料选择不同高度组合形成6种材料填充的身体相似,如表所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。这六个材料检测压实强度的特点。与此同时,根据压实试验曲线(原渣混合充填体的gydF4y2Ba25gydF4y2Ba),应力和应变的理论价值的模型材料充填体中使用类似的模型是根据机械相似比计算。理论价值与六个模型材料的压实曲线填充体,如图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。其中,6号材料的应力-应变曲线是最接近理论曲线,所以本文最后确定6号模型材料被选为模型材料填充的身体。gydF4y2Ba

3.2。相似材料模型的实验方案和流程gydF4y2Ba

上述煤矿在山西省,中国。的煤层开采工作面位于山西形成的地层的二叠纪系统,大陆湖积物。煤层的结构很简单,煤层的厚度是稳定的和可开采的煤层的平均厚度是3米,平均煤层的倾角是7°。它可以近似认为是水平煤层。2 #煤层的直接顶板砂质泥岩和细砂岩组成,和2 #煤层的直接地板由泥岩组成。煤层深125米,道路和建筑物在地面上。上面的地层的岩性特征和煤层下表所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

为了研究支持之间的交互关系,屋顶的岩石,和充填体条件下的完全机械化开采,两个平行相似模型。条件下,开采高度是固定的,初次蓄水高度不同,模拟地层的运动规律。模型开采时,双方的接缝被削减,没有左边界,用于模拟变形法从工作面综合机械化固体充填采场的中间部分的方向。gydF4y2Ba

两种模型的几何相似比gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba安装高度为1.015米,总模拟岩层的厚度是27.41米,其中煤层的厚度是3 m。模型的体积密度相似系数gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba根据相似模拟理论,弹性模量相似系数的乘积是几何相似比和容重相似比。经过计算,其价值gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba上部荷载为0.06 MPa模拟105上覆岩层的重力。相似材料的混合比率的岩石地层表所示gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在实际的灌装和采矿过程中,充填体填充后推到采空区,使其连接到顶部。因此,在实验中,两人的身高总和为泡沫和海绵首先达到开采高度,和压缩海绵的过程是用来模拟初始推动的过程。自从初次蓄水高度的两个模型是不同的,当合并后的泡沫和海绵的高度达到了初期蓄水高度的压缩力的作用下10 kPa,每个材料的高度终于确定的原则的高度比6号模型材料。相似模型试验方案和回填材料的组合设计的泡沫和海绵如表所示gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

模型铺设后,相应的位移测量点安排,和三行位移测量线路安排从下到上,垂直高度为0.27米,0.36米,0.80米,分别。每一行的位移测量线路安排在19日测量点从右到左,间距为12.5厘米。每一行的位移测量线被安排与19点,测量测点①是位于右边缘的位置12.5厘米,然后测点②∼测点⑲从右到左依次排列,彼此之间的距离12.5厘米。转换后根据相似比,在实际的岩层,测点的相应位置①是矿业的长度是3.375米的位置从右边边界,和对应的测点位置2的位置是矿业的长度是6.75米。以此类推,每个测量两点之间的实际距离为3.375米。gydF4y2Ba

在实验期间,各种各样的材料和设备需要准备首先,河沙,石膏,碳酸钙和水泥、和其他材料筛选和完全风干,然后将模型。后用电吹风,相应的位移测量点安排,数字高速应变仪连接,气缸就从模型到模型的顶部加载完全稳定。边界效应被认为是在相似材料模型实验。为了减少边界效应的影响,双方的模型。具体实验步骤如下:(1)发掘从右到左不离开边界在右边。首次发掘25厘米,把支持模型,设置初始支持力量和高度根据每个方案的支持。模型完全稳定后,数据记录,照片,照片数量记录。(2)发掘5厘米,数据记录,照片,照片数量记录。(3)支持移动5厘米,填补在后方。模型完全稳定后,数据记录,照片,照片数量记录。 (4) Repeated steps (2) to (3) until the model was fully mined and filled.

3.3。初期蓄水高度对顶板岩石和回填的身体变形gydF4y2Ba

模型I和II的初始填充高度是6.67厘米和10.56厘米,分别是60%和95%的矿业高度。围岩的变形规律和压力的变化规律和充填体充填采矿过程中单元格数据记录。矿业的实际照片20米的长度,32 m,如图49米gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。顶板岩层的位移是通过使用图像处理软件Photoinfor跟踪和分析。位移是根据图像的像素坐标,计算位移云图和矢量图,如图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba和gydF4y2Ba7gydF4y2Ba。每个测点的位移的1号线高于煤层充填采矿过程中提取,结果如图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

从数据可以看出gydF4y2Ba5gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba8gydF4y2Ba当初始填充高度的60%矿业高度(我),岩层的运动是非常明显的。当采矿长度是8米(图gydF4y2Ba6(一)gydF4y2Ba),采空区上方的屋顶开始下沉,和最大沉降屋顶上方的岩层破碎直接是0.01米。矿业长度20米时,采空区上方的屋顶开始下沉更明显,最大沉降为0.30 m,顶板岩层不连续裂缝开始出现(如红色虚线所示图gydF4y2Ba5(一个)gydF4y2Ba),第一个相对完整的扶轮地区出现(如红四边形在图所示gydF4y2Ba6 (b)gydF4y2Ba);位移测量的点①和②煤层上方的1号线也开始显著增加(图gydF4y2Ba8(一个)gydF4y2Ba)。矿业长度32 m时,第一个扶轮地区继续下沉,逐渐转向水平方向(图gydF4y2Ba6 (c)gydF4y2Ba)、小裂缝开始出现在它前面(红色虚线所示图gydF4y2Ba5 (b)gydF4y2Ba),第二个扶轮地区出现(如红四边形在图所示gydF4y2Ba6 (c)gydF4y2Ba);位移测量的点①,②,③测量线高于煤层逐步增加(图1gydF4y2Ba8(一个)gydF4y2Ba),最大沉降是0.87米。gydF4y2Ba

矿业长度时40米,第二个扶轮地区基本上形成(图gydF4y2Ba6 (d)gydF4y2Ba),屋顶上有许多裂缝。测点位移的速度增加①,②,③1号线以上煤层慢了下来。测点位移④⑤增加更大的速度(图gydF4y2Ba8(一个)gydF4y2Ba),最大沉降是1.14米。矿业是49米长,上面的屋顶上的裂缝第一扶轮地区逐渐关闭,工作面上方的屋顶开始生产小型裂缝(红色虚线所示图gydF4y2Ba5 (c)gydF4y2Ba),第三个扶轮地区出现(如红四边形在图所示gydF4y2Ba6 (e)gydF4y2Ba)。位移测量的点①,②,③往往是稳定的,和测点位移的增加速度④减慢车速,最大沉降为1.21 m。矿业长度时(图57米gydF4y2Ba6 (f)gydF4y2Ba),第三个扶轮地区基本形成,屋顶上还有更多的裂缝。同时,前两个领域继续下沉,和第二个区域逐渐转向水平方向;测点的位移④往往是稳定的,和测点位移的增加速度⑤减慢车速,最大沉降是1.27米。当开采长度是65米(图gydF4y2Ba6 (g)gydF4y2Ba),第三区域旋转,裂缝在前两个地区基本上是封闭的,测量的位移点⑥⑧继续迅速增长,和最大沉降为1.36 m。gydF4y2Ba

总的来说,当初始填充高度的60%开采高度、屋顶明显下沉。在采矿过程中,传统屋顶的运动类似于屈服的方法,定期发生断裂,砌体梁结构形成。然而,综合机械化充填采矿方法开采和充填在同一时间限制的范围和速度屋顶坍塌,屋顶,这样可以保持完整性。充填体逐渐压实推进时期采矿的脸,和屋顶的每个扶轮地区逐渐接触充填体在旋转的过程中,最初和充填体压实。完成后旋转,在卧式沉降阶段,充填体完全压实;只有在这个时候,充填体可以扮演支持屋顶和控制顶板下沉。它也可以从测点位移的变化,在矿业面临推动测点,屋顶层迅速下沉,经过20∼30 m的填充,然后逐渐慢慢下沉,直到他们是稳定的。最后稳定沉降的屋顶是1.36年的实验,这是在良好的协议与1.38时的理论计算值gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 1.8(60%的矿业高度)的部分gydF4y2Ba2。2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

从数据可以看出gydF4y2Ba5gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba8gydF4y2Ba当初始填充高度的95%矿业高度(II)模型,岩层的整体沉降相对较小。在整个开采和充填过程中,没有明显的弯曲屋顶层的观察,只有小沉降发生(数字gydF4y2Ba5 (d)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba5 (f)gydF4y2Ba)。当开采长度是20米(图gydF4y2Ba7 (b)gydF4y2Ba),最大沉降是只有0.14;当开采长度为40 m(图gydF4y2Ba7 (d)gydF4y2Ba),最大沉降是只有0.39;当开采长度是65米(图gydF4y2Ba7 (g)gydF4y2Ba),最大沉降只有0.47米,这是在良好的协议与0.44时的理论计算值gydF4y2BahgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 2.85(开采高度的95%)gydF4y2Ba2.2节gydF4y2Ba。每个测点的位移测量线1煤层上面没有显示一个情景性增加,但它继续增加工作面后稳步推动测点和填充约22米后达到一个稳定值。这个距离也非常接近的理论计算值填充的距离gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 25 m对应于屋顶的稳定沉降在部分填充区域gydF4y2Ba2。2gydF4y2Ba。这表明,当初始填充高度的95%开采高度、充填体可以替代煤层支持屋顶及时发挥重要作用在控制顶板岩石梁的沉降和迁移。gydF4y2Ba

总之,初次蓄水高度显著影响运动和上覆地层的沉降开采和充填的过程。开采和充填的过程完成后,每个测点的最终沉降位移测量1号线的记录和比较两个模型,如图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。可以看出,随着距离的增加采矿的脸,也就是说,填充长度的增加,每个模型的最终沉降屋顶呈现快速增长的趋势,然后逐渐稳定。最后稳定沉降模型我约1.1米,这是只有约0.4年的模型II。填充距离对应于屋顶的稳定沉降也随初始填充高度的增加而减小。在模型我35米的灌装后,屋顶沉降逐渐稳定;在模型II, 22米的填充,屋顶塌陷变得稳定。gydF4y2Ba

屋顶的最终沉降曲线测量1号线模型I和II function-fitted,如图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。拟合函数gydF4y2Ba

拟合函数的形式是一样的理论公式(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。拟合的相关系数是0.996和0.985,分别,这有很好的拟合结果。这表明相似模拟实验结果与理论计算值一致的屋顶沉降法。gydF4y2Ba

4所示。结论gydF4y2Ba

基于弹性地基梁理论,回填采矿support-roof岩石的力学模型建立beam-gangue充填体。综合机械化充填开采条件下,沉降顶板岩石梁的微分方程是解决,和地基系数模型中讨论了结合煤矸石充填体的压缩力学性能。屋顶在煤壁的沉降位移,以上的支持和充填体。在相似理论的基础上和机械试验类似的材料,煤矸石充填体的充填采矿进行了仿真实验。从理论分析和实验观察,初期蓄水高度和压实的影响力量的支持屋顶上的沉降分别讨论了岩石梁。可以得出一些结论如下:gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba初期蓄水高度的决定性因素是控制沉降和迁移屋顶的每一部分岩石梁的稳定。初期蓄水高度越大,越小的最终沉降的每个部分屋顶岩石梁,和相应的灌装长度越短当填充区域上方的顶板岩石梁达到最终稳定沉降。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba回填的压实力矿业支持煤矸石充填体的沉降有一定的影响屋顶岩石梁,主要反映在填充区域。适当增加压实的支持可以有效地紧凑回填体和增加其变形模量,从而控制沉降和不稳定顶板岩石梁的范围。当压实压力约为2.0 MPa时,顶板岩石的沉降梁可以有效地控制。如果压实压力增加,控制效果并不会显著增加。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba针对两种情况下,初次蓄水高度开采高度的60%和95%,分别两个相似模拟实验模型建立进行了模拟实验研究充填开采过程。实验结果表明,屋顶的最大沉降岩石梁和相应的灌装长度当顶板岩石梁达到最终稳定沉降与理论计算值一致。最终沉降的实验曲线拟合函数的表达形式是一致的理论计算结果。此外,相似模拟实验可以更好地反映顶板岩层的运动特性在整个充填采矿的过程。gydF4y2Ba

本文提出的力学模型和研究结果阐明了更好地理解之间的交互的支持,屋顶岩石梁,回填体综合机械化回填采矿过程中。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

这项工作是由中国国家自然科学基金支持,授予51804302和51804302号,中国博士后科学基金会批准号2019 m652018,中国国家自然科学基金重大项目,批准号。51734009和51734009,和中国国家重点研究和开发项目,批准号2019 yfc1904304。作者真诚地承认前研究人员对他们的出色工作,大大帮助我们的学术研究。gydF4y2Ba