原巷充填无煤柱掘巷技术研究.pdf

中图分类号I 旦3 2 三 学科分类号 j 垒Q 箜煦 论文编号 安徽理工大学 硕士学位论文 原巷充填无煤柱掘巷技术研究 专业名称丞亚王猩 研究方向贮出压力墨蚩屋控盔』 导师姓名迸亡搓数攫 导师单位安徽理工太堂 答辩委员会主席高明虫教援 论文答辩日期2 0 1 4 年0 5 月 31 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 4 年0 5 月3 1 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM i n i n gE n g i n e e r i n g T h eR e s e a r c ho fT e c h n o l o g yo fO r i g i n a lR o a d w a yF i l l i n g N oP i l l a rE x c a v a t i o n C a n d i d a t e S h iW e n b a o S u p e r v i s o r X i eG u a n g x i a n g S c h o o lo fe n e r g ya n dt e c h n o l o g y A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R 。C H ／N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得塞徽堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名姿叁叠日期趔峙』月丛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徽理王太堂有保留、使用学位 论文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权 单位属于窒筮堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名史乏确签字目期沁I 啦年口6 月。6 日 导师签名 P 飙～咖 万方数据 摘要 摘要 本论文以淮南矿业集团新庄孜煤矿6 2 2 1 0 工作面工程地质与开采技术为背 景，在首次提出新型机械化长距离快速充填工艺的基础上，综合运用数值模拟、 理论计算、现场实测等研究方法，全面、系统、深入的研究了充填体工作阻力影 响因素以及充填体强度、宽度对原巷充填无煤柱掘巷围岩力学特征的影响规律。 研究表明原巷充填无煤柱掘巷围岩应力场、位移场及破坏场分布特征与充填体 宽度、强度具有密切的相关性，且都受控于充填体宽度、强度的变化，揭示了典 型的原巷充填体宽度、强度影响效应。构建了原巷充填无煤柱掘巷围岩控制力学 模型，得出了充填体上方顶板悬顶跨距及充填体宽度是影响原巷充填体工作阻力 大小的关键因素，充填体工作阻力与充填体上覆顶板悬顶跨距成正比的关系，与 充填体宽度成反比的关系。结合工业性试验和理论研究，对原巷充填工艺进行了 设计优化，对充填材料和充填设备进行了选取，确定了合理的原巷充填参数。据 此，论文的研究成果为原巷充填无煤柱掘巷技术的应用与推广提供了理论依据， 对实现工作面连续性接替无煤柱开采具有重要意义。 图[ 4 9 】表【6 】参[ 6 5 】 关键词围岩力学特征；原巷充填；充填体；充填设计优化 分类号T D 3 2 3 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A b s 仃a c t T h ea f f e c t i n gf a c t o r so fw o r k i n gr e s i s t a n c ei nb a c k f i l la n dt h ee f f e c tl a wo f s t r e n g t ha n dw i d t hi nb a c k f i l lo nm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fs u r r o u n d i n gr o c kw i t h o r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n gn op i l l a re x c a v a t i o na r es t u d i e df u l l y , s y s t e m a t i c a l l ya n d d e e p l yt h r o u g ht h ef i e l di n v e s t i g a t i o na n dm o n i t o r i n g ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n d t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o nb a s e do nt h ee n g i n e e r i n gg e o l o g ya n dm i n i n gt e c h n o l o g yi n 6 2 210w o r k i n gf a c eo fX i n z h u a n g z iC o a lM i n eo f H u a i n a nM i n i n gG r o u p ．R e s e a r c h s h o w st h a t D i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs t r e s s ，d i s p l a c e m e n ta n dd a m a g ef i e l d so f s u r r o u n d i n gr o c kw i t l lo r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n gn op i l l a re x c a v a t i o na l ec l o s e l yr e l a t e d w i t ht h ew i d t ha n ds t r e n g t ho f b a c k f i l l ，t h e ya r ec o n t r o l l e db yt h ew i d t ha n ds t r e n g t ho f b a c k f i l l ，a n dt h e yr e v e a lt h ei n f l u e n c ee f f i c i e n c yo ft h ew i d t ha n ds t r e n g t ho fb a c k f i l l 、丽t l lo r i g i n a lr o a d w a y ．T h es u r r o u n d i n gr o c kc o n t r o lm e c h a n i c a lm o d e lo fo r i g i n a l r o a d w a yf i l l i n g n o p i l l a r e x c a v a t i o ni sb u i l t 。C o n c l u s i o ni s g o t t h a tt h e r o o f h a n g i n gs p a no v e rb a c k f i l la n dw i d t ho fb a c k f i l la l et h ek e yf a c t o r st h a ta f f e c t w o r k i n gr e s i s t a n c ei nb a c k f i l l ．T h ew o r k i n gr e s i s t a n c ei nb a c k f i l li sp r o p o r t i o n a lt ot h e r o o fh a n g i n gs p a no v e rb a c k f i l l ，a n dt h ew o r k i n gr e s i s t a n c ei nb a c k f i l li si n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t ot h ew i d t ho fb a c k f i l l ．An e wt y p eo fm e c h a n i c a ll o n gd i s t a n c e q u i c kf i l l i n gs y s t e mi sp r o p o s e dt h r o u g ho p t i m i z i n gt h ep r o c e s so ff i l l i n g ，s e l e c t i n g t h ef i l l i n gm a t e r i a la n df i l l i n ge q u i p m e n t ，a n dd e f i n i t i o no fo r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n g p a r a m e t e r s ．A c c o r d i n g l y , t h et h e s i sr e s e a r c hr e s u l t sp r o v i d eat h e o r yb a s i sf o rt h e a p p l i c a t i o na n dp r o m o t i o no ft h eo r i g i n a lr o a d w a yn op i l l a re x c a v a t i o na n dh a v ea g r e a ts i g n i f i c a n c ef o rr e a l i z i n gn o n p i l l a rc o n t i n u o u sr e p l a c e m e n to f w o r k i n gf a c e ． K e yw o r d s o r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n g ，b a c k f i l l ，f i l l i n gd e s i g n a n do p t i m i z a t i o n ， m e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fs u r r o u n d i n gr o c k 万方数据 C o n t e n t s 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．⋯．．．．．⋯．⋯⋯⋯．．．．⋯⋯．．．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．．⋯．⋯．．．⋯．．．．⋯I I 1绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 课题研究的背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2 ．1 覆岩结构及矿压理论研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．2 沿空掘巷和沿空留巷技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 ．3 现阶段充填技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 存在问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4 课题研究的主要内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4 ．1 论文研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，6 1 ．4 ．2 拟采取的研究方法及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．4 ．3 论文的研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 原巷充填无煤柱掘巷数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 原巷充填无煤柱掘巷技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 数值模拟方法与基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，11 2 ．3 模型建立与计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，1 1 2 ．3 ．1 工程地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．3 ．2 计算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．3 计算参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．4 计算过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．4 原巷充填无煤柱掘巷围岩矿压显现规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．4 ．1不同充填宽度下原巷充填无煤柱掘巷矿压显现规律⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 ．2 不同充填体强度情况下原巷充填无煤柱掘巷矿压显现规律⋯2 5 2 ．5 原巷充填掘巷与传统留煤柱掘巷对比研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 2 ．5 ．1 原巷充填掘巷与传统留煤柱掘巷围岩应力分布规律对比研究3 3 2 ．5 ．2原巷充填掘巷与传统留煤柱掘巷围岩位移分布规律对比研究3 4 2 ．5 ．3 原巷充填掘巷与传统留煤柱掘巷围岩破坏特征对比研究⋯．3 6 万方数据 安徽理I 大学硕士学位论文 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 3 原巷充填无煤柱掘巷围岩控制力学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 ．1 原巷充填无煤柱掘巷力学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 3 ．1 ．1 模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 ．1 ．2 力学模型计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 0 3 ．1 ．3 工程实例计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 3 ．2 原巷充填实体煤帮内应力分布特征研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 3 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 原巷充填无煤柱掘巷充填系统及工艺参数优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 4 ．1 工程技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 l 4 ．2 原巷充填支护参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 l 4 ．2 ．1 原巷充填巷道支护参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 l 4 ．2 ．2 原巷充填顺槽充填体参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．2 - 3原巷充填无煤柱掘巷经济合理性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．3 充填系统布置及工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 4 ．3 ．1 充填系统布置方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．3 ．2原巷充填工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 4 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 l 5 工业性试验与监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．1 现场监测目的与测站布置方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 5 ．2 测试结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 6 ．1 论文主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 6 ．2 存在问题与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 l 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 5 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 7 万方数据 C o n t e n t s C o n t e n t s C h i n e s ea b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I E n g l i s ha b s t r a c t ⋯．．．⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1R e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。l 1 ．2 ‘n l es t u d i e sb o t ha th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 ．1R e s e a r c hs t a t u so f s t r u c t u r a lt h e o r i e so f o v e r l y i n gs t r a t a ⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2 ．2R e s e a r c hs t a t u so fg o b s i d ee n t r yr e t a i n i n ga n dr o a d w a yd r i v i n g a l o n gg o a f ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．3R e s e a r c hs t a t u so ft h ef i l l i n gt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3T h em a i np r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 ．4T h em a i nc o n t e n t so f r e s e a r c ha n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．4 ．1M a i nc o n t e n t so f p a p e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 1 ．4 ．2 S t u d yo f r e s e a r c h m e t h o d sa n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．4 ．3 S i g n i f i c a n c eo f 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v a t i o n ⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．．⋯．⋯⋯．⋯．．．⋯⋯⋯．⋯．．1 6 2 ．4 ．1T h ed i f f e r e n tw i d t ho f b a c k f i l l ’si n f l u e n c eo nm i n es t r a t ap r e s s u r e b e h a v i o rl a wo fs u r r o u n d i n gr o c kw i 廿1o r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n gn op i l l a r e x c a v a f i o n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 一V ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 2 ．4 ．2T h ed i f f e r e n ts t r e n g t ho fb a c k f i l l ’Si n f l u e n c eo nm i l l e s t r a t a p r e s s u r eb e h a v i o rl a wo fs u r r o u n d i n gr o c kw i t ho r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n gn o p i l l a re x c a v a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 2 ．5 C o m p a r a t i v es t u d yo no r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n ge x c a v a t i o na n d t r a d i t i o n a le x c a v a t i o nw i t hc o a lp i l l a r ．⋯⋯．．．．⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯．．⋯．．⋯⋯．．．．．．．．．⋯⋯3 3 2 ．5 ．1 C o m p a r a t i v es t u d yo n s t r e s sd i s t r i b u t i o no fs u r r o u n d i n gr o c k b e t w e e no r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n ge x c a v a t i o na n dt r a d i t i o n a l e x c a v a t i o nw i t h o D a lp i l l a r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 3 2 ．5 ，2 C o m p a r a t i v es t u d yo nd i s p l a c e m e n td i s t r i b u t i o no fs u r r o u n d i n g r o c kb e t w e e no r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n ge x c a v a t i o na n dt r a d i t i o n a l e x c a v a t i o n w i t ho o a lp i l l a r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 2 ．5 ．3 C o m p a r a t i v es t u d yo nd a m a g ec h a r a c t e r r i s t i c s o fs u r r o u n d i n g r o c kb e t w e e no r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n ge x c a v a t i o na n dt r a d i t i o n a l e x c a v a t i o n w i t hc o a lp i l l a r ．．．⋯．⋯．．．⋯．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯．．．⋯⋯⋯．．．⋯．．．．．．．．⋯．．一3 6 2 ．6 C h a p t e rs u m m a r y ⋯．．⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯．⋯．．⋯．．．．⋯．．⋯⋯．．．- ．．．⋯”3 6 3 S u r r o u n d i n gr o c k c o n t r o lm o d e lo fo r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n g n op i l l a r e x c a v a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 3 ．1M e c h a n i c a lm o d e lo f o r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n gn op i l l a re x c a v a t i o n ⋯⋯．3 9 3 ．1 ．1E s t a b l i s h m e n to f m o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 3 ．1 ．2C a l c u l a t i o no f m e c h a n i c a lm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 3 ．1 ．3 E n g i n e e r i n g c a l c u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 4 3 ．2M e c h a n i c a la n a l y s i so no r i g i n a lr o a d w a yf i n i n g ’Si n f l u e n c ef o rs t r e s s d i s t r i b u t i o no f i n t e r g a t e dc o a li no r i g i n a lr o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～4 4 3 ．3 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4F i l l i n gs y s t e ma n dt e c h n o l o g yo fo r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n gn op i l l a re x c a v a t i o n 5 1 4 ．1 E n g i n e e r i n gt e c h n o l o g yc o n d i t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 1 4 ．2 S u p p o r tp a r a m e t e r so f o r i g i n a lr o a d w a y r u l i n g ⋯⋯⋯⋯⋯．．．．- ⋯- ⋯- 5 1 4 ．2 ．1 C r o s s h e a d i n gs u p p o r tp a r a m e t e r si no r i g i n a lr o a d w a y6 l l i n g ⋯⋯5 l 4 ．2 ．2 C r o s s h e a d i n gs u p p o r tp a r a m e t e r so fp a c k i n gb o d yf o ro r i g i n a l r o a d w a yf i l l i n g ⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．．⋯⋯⋯．⋯．．．．．⋯．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．⋯．．．⋯．⋯．．- ．．⋯⋯～5 2 ．V I 万方数据 一一 竺竺堡塑． - _ _ P 一 4 ．2 ．3 E c o n o m yr a t i o n a l i t ua n a l y s i so fo r i g i n a lr o a d w a yf i l l i n gn op i l l a r e x c a v a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．3 F i l l i n gs y s t e ma n dt e c h n o l o g y ．．⋯⋯⋯．．⋯．．⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯5 7 4 ．3 。1T h ew a yo ff i l l i n gs y s t e m ．．⋯。．．．．⋯．。⋯．。．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯。。。⋯⋯。．5 7 4 ．3 ．2T h et e c h n o l o g yo f o r i g i n a lr o a d w a y ．．．．．⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯⋯．⋯．．．．⋯⋯．5 7 4 ．4 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5F i e l dm o n i t o r i n go f r o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c ki no r i g i n a lr o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 5 ．1S t a t i o nl a y o u ta n dt e s t i n gp u r p o s e s ⋯．⋯⋯．⋯．．．⋯．．⋯．．．．．⋯。⋯．．⋯．⋯⋯。⋯⋯。6 3 5 ．2E x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n da n a l y s i s ⋯．．．⋯⋯．⋯．．．⋯．．⋯⋯．．⋯⋯．．．⋯．⋯⋯．⋯⋯．6 4 5 ．3 C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．- ⋯⋯．6 7 6C o n c l u s i o n sa n dP r o s p e c t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。。．。．⋯⋯．．．．．⋯⋯．⋯⋯．．．．⋯⋯．．．．．⋯．．⋯⋯．6 9 6 ．1T h em a i nc o n c l u s i o n so f p a p e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 6 ．2P r o b l e m sa n dP r o s p e c t s ．．⋯⋯⋯⋯．⋯．．．．．．⋯．⋯．．．．⋯．⋯．．．⋯．．．⋯．，⋯．．．⋯．．⋯⋯．7 0 R e f e r e n c e S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 A c k n o w l e d g m e n t ．．⋯⋯．⋯．．．⋯⋯．．．．．．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．．．．⋯⋯．．．⋯．．⋯⋯⋯⋯7 5 B i o g r a p h ya n d s c i e n t i f i ca c h i e v e m e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“7 7 一V I I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 一V I I I ． 万方数据 第1 章绪论 1绪论 1 ．1 课题研究的背景 我国是以煤炭为主体能源的国家，煤炭需求量逐年递增，2 0 1 3 年煤炭年需求 量已超过3 7 亿吨，而随着煤炭的开采，浅部资源同趋匮乏，开采深度以每年8 ～ 1 2 m 的速度增加，尤其我国东部矿区，都相继进入深部开采。由此，深部巷道将 遭受大埋深、构造应力、采动不均匀的叠加应力影响，破坏程度十分严重，巷道 维护更加困难，在进行采场连续性开采准备时，采场巷道极难维护，从而造成采 场连续性开采困难的局面。特别是老矿区，矿井巷道布置复杂，采场布置不合理， 随着采深的增加，采场接替更加困难。同时煤炭开采过程中因各种煤柱的留设大 大降低了煤炭资源回收率，产生了较大的资源浪费。因此，针对资源回收率低， 采场接替困难的局面，矿井生产急需寻求一种新的巷道布置与掘进方法，以保证 矿井安全高效生产。 目前，我国工作面回采准备巷道方式主要有留煤柱沿空掘巷和沿空留巷两类。 但是面对现阶段矿井采场接替困难、巷道维护困难的局面，这两种常用的巷道准 备方法难以解决。因此，对新的巷道布置方式和掘进方法进行研究具有重要的意 义。 1 ．2 国内外研究现状综述 1 ．2 ．1 覆岩结构及矿压理论研究现状 矿山压力是在矿山开采导致地下岩体原岩应力场破坏，应力重新分布，直至 形成新的应力平衡状态这一过程中，采场、巷道和硐室周围岩体中形成的和作用 在其内支护体上的力，同时在此过程中岩体上的力学显现，即为矿山压力显现【l 】。 因此矿山压力产生的根源就是矿山开采活动，矿山压力显现就是矿山开采活动的 具体表现。所以研究覆岩活动规律是研究矿山压力显现规律的重要途径。 1 8 6 7 年德国学者舒里兹提出悬臂梁假说，此假说对地下岩体的性质和受力进 行了定义，首先将地下岩体当成一种层状的连续弹性介质，其次认为地下未采动 岩体受力主要来自于上覆岩层给予的垂直应力，并把采空区初次垮落后的顶板视 为悬臂梁，梁的一端为固支于岩体中，一端为自由处于悬伸状态，并且岩梁悬伸 长度随着工作面的推进不断增加，在自重和上覆岩层的作用下，逐渐弯曲、下沉 以致于折断与垮落【】。 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 1 9 2 8 年德国人WH a c k 和GO i l l i t z e r 提出了压力拱假说。该假说认为，采动 空间处于一种形似“拱”的结构的保护之下，该结构具有前拱脚和后拱脚两个部 分，前拱脚位于工作面前方实体煤内，后拱脚位于工作面后方采空区已冒落压实 的矸石或充填体上，因而压力拱结构的下方是减压区，