麻黄梁煤矿CT301工作面窄条带膏体充填开采技术研究.pdf

工程硕士专业学位论文 麻黄梁煤矿 CT301 工作面窄条带膏体充填 开采技术研究 Research on Narrow Strip Paste Filling Mining Technology in CT301 Working Face of Mahuangliang Coal Mine 作 者屈稚林 导 师周华强 教授 中国矿业大学 二〇一九年五月 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰 写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理 作为申请学位的条件之一， 学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位 论文的部分使用权，即①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电 子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和 科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书 馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国 国家图书馆保存研究生学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 。 作者签名 导师签名 年 月 日 年 月 日 万方数据 中图分类号 TD823 学校代码 10290 UDC 622 密 级 公开 中国矿业大学 工程硕士专业学位论文 麻黄梁煤矿 CT301 工作面窄条带膏体充填 开采技术研究 Research on Narrow Strip Paste Filling Mining Technology in CT301 Working Face of Mahuangliang Coal Mine 作 者 屈稚林 导 师 周华强 教授 申请学位 工程硕士专业学位 培养单位 矿业工程学院 学科专业 矿业工程 研究方向 绿色开采 答辩委员会主席 郑西贵 评 阅 人 盲审 二○一九年五月 万方数据 致谢致谢 时光飞逝，转眼间两年紧张而又充实的研究生生活即将画上句号。在这两年 的学习期间，我得到了很多老师、同学和朋友的关怀和帮助。在学位论文即将完 成之际，我要向期间所有给予我支持、帮助和鼓励的人们表示我最诚挚的谢意。 感谢恩师周华强老师的认真指导和无微不至的关怀，在论文的撰写方面，周 华强老师给了我悉心的指导和热情的帮助，使我的毕业论文能够顺利的完成。同 时感谢常庆粮老师对我的论文完成过程中提供的大量指导和建议， 两位老师用最 专业的知识、严谨的教学态度深深地影响着我们。在此诚挚地感谢老师。 在现场的调研和工程实践中， 得到了榆林泰发祥矿业集团麻黄梁煤矿的各位 领导和相关的工作人员的大力支持和帮助，在此向他们表示衷心的谢意。 感谢同窗刘泽旭硕士，师弟张任义硕士、郭文豪硕士、刘经民硕士、张彪硕 士在论文撰写、现场实测和生活中提供的热心帮助。在此感谢他们。 感谢家人、身边的朋友在两年内对本人学习、生活上的理解和照顾，在此表 示深深的谢意。 感谢在百忙之中抽出时间对本论文进行评审和答辩的各位专家 敬请给予指 导和启迪。 感谢论文中所引用文献的作者。 万方数据 I 摘摘 要要 近年来由于我国煤炭资源日益紧缺，而陕西榆林地区为了保护地表建筑物， 普遍采用采 9m，留 12m 的开采方式，形成了大量的留设煤柱，导致煤炭资源采 出率较低、资源浪费严重。为了进一步提高资源采出率，延长矿井服务年限，建 设生态文明矿区，研究提出了窄条带膏体充填开采技术。 本文以麻黄梁煤矿 CT301 工作面为工程背景，针对该矿井建筑物下压煤量 大、采出率低的实际情况，提出了窄条带膏体充填开采技术。通过理论分析、数 值模拟等方法，分析了窄条带开采与充填过程中的围岩变形与受力特征，探讨了 膏体充填体的承载特性及其长期稳定性，并提出了充填体强度指标，初步研究了 膏体充填材料配比组成，初步得到了以下主要结论 （1）建立固支梁力学模型，通过理论分析计算得出麻黄梁煤矿 CT301 工作 面窄条带膏体充填开采过程中的重要参数，即窄条带宽度设为 8m、煤柱留设 宽度设为 24m，整个开采过程分四轮进行。保障开采安全所必需的充填体强度不 小于 4.9MPa。 （2）基于麻黄梁煤矿的地质条件，构建了数值模拟研究模型。通过数值模 拟分析验证了理论分析所得结论的合理性， 以及充填体强度为 5MPa 前提下窄条 带开采第一轮充填后的围岩矿压显现规律。 （3）探讨了窄条带开采第四轮完毕后不充填方案的可行性。与全部充填的 结果比较得出顶板下沉量由 110 mm 增加到 180 mm，增幅在 64 。虽然增幅较 大，但仍能保持顶板的长期稳定。 （4）根据当地原材料赋存情况，提出五种膏体材料（粉煤灰膏体、矸石膏 体、矸石-粉煤灰膏体、矸石-黄土膏体、风积沙-黄土膏体）的配比方案，即并 通过试验得到其最优化配比。 本文的研究成果，不仅为解决建筑物下压煤问题提供了新思路，而且对绿色 开采在全国的推广起到了良好的促进作用。 本论文有图 57 幅，表 20 个，参考文献 83 篇。 关键词关键词窄条带开采；膏体充填；数值模拟；膏体材料配比 万方数据 II Abstract In recent years, due to the increasing shortage of coal resources in China, and in order to protect the surface buildings in Yulin area of Shanxi Province, mining s of 9 m and 12 m are generally adopted, resulting in a large number of retained coal pillars, resulting in low recovery rate of coal resources and serious waste of resources. In order to further improve the resource recovery rate, prolong the service life of the mine, and construct an ecologically civilized mining area, the narrow strip paste filling mining technology was studied and put forward. Based on the research of paste backfilling mining in CT301 working face of Mahuangliang Coal Mine, aiming at the actual situation of large coal pressure under buildings and low recovery rate, this paper puts forward the narrow strip paste backfilling mining technology. By means of theoretical analysis and numerical simulation, the deation and stress characteristics of surrounding rock in narrow strip mining and filling process are analyzed, the bearing characteristics and long-term stability of paste filling body are discussed, and the strength index of filling body is put forward. The composition of paste filling material is studied preliminarily, and the following main conclusions are obtained preliminarily 1 The mechanical model of retaining beam is established, and the important parameters of narrow strip paste filling in CT301 face of Mahuangliang Coal Mine are obtained by theoretical analysis and calculation, that is, the width of narrow strip is set to 8 m, the width of coal pillar is set to 24 m, and the whole mining process is divided into four rounds. The strength of filling body necessary for mining safety is not less than 4.9 MPa. 2 Based on the geological conditions of Mahuangliang Coal Mine, a numerical simulation model was established. The rationality of the conclusions obtained from the theoretical analysis is verified by numerical simulation analysis, and the rock pressure behavior law of the surrounding rock after the first round of filling in narrow strip mining under the premise that the strength of filling body is 5 MPa. 3 The feasibility of no filling scheme after the fourth round of narrow strip mining is discussed. Compared with the results of all filling, the roof subsidence increased from 110 mm to 180 mm, with an increase of 64. Although the increase is large, it can still maintain the long-term stability of the roof. 4 According to the existing situation of local raw materials, five kinds of gypsum materials fly ash gypsum, gangue gypsum, gangue-fly ash gypsum, gangue-loess gypsum, aeolian sand-loess 万方数据 III gypsum are put forward, that is to say, their optimum proportion is obtained through experiments. The research results of this paper not only provide a new way to solve the problem of coal reserves under buildings, but also play a good role in promoting the promotion of green mining in the country. The dissertation contains 57 figures, 20 tables , 83 references. Keywords narrow strip mining; paste filling; numerical simulation; paste material ratio 万方数据 IV 目目 录录 摘摘 要要.............................................................................................................................I 目目 录录.......................................................................................................................... IV 图清单图清单....................................................................................................................... VIII 表清单表清单........................................................................................................................ XII 变量注释表变量注释表 .............................................................................................................. XIV 1 绪论绪论............................................................................................................................ 1 1.1 选题的背景与意义 ................................................................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ..................................................................................................... 2 1.3 研究内容和研究方法 ............................................................................................. 8 2 开采区域条件开采区域条件 .......................................................................................................... 10 2.1 矿井概况 ............................................................................................................... 10 2.2 设计区域概况 ....................................................................................................... 11 2.3 煤层地质条件 ....................................................................................................... 11 2.4 地面建筑物情况 ................................................................................................... 13 2.5 建筑物压煤情况 ................................................................................................... 16 2.6 本章小结 ............................................................................................................... 17 3 窄条带开采支撑体系稳定性分析窄条带开采支撑体系稳定性分析 ......................................................................... 18 3.1 条带顶板稳定性影响因素分析 ........................................................................... 18 3.2 条带煤柱稳定性影响因素分析 ........................................................................... 19 3.3 窄条带开采充填支撑体系稳定性分析 ............................................................... 20 3.4 本章小结 ............................................................................................................... 27 4 窄条带开采围岩矿压显现规律数值模拟研究窄条带开采围岩矿压显现规律数值模拟研究 ..................................................... 28 4.1 FLAC 数值模拟软件简介 .................................................................................... 28 4.2 数值模拟模型的建立 ........................................................................................... 29 4.3 数值模拟计算结果分析 ....................................................................................... 31 4.4 本章小结 ............................................................................................................... 36 5 窄条带开采膏体充填材料配比试验研究窄条带开采膏体充填材料配比试验研究 ............................................................. 37 5.1 充填材料调查取样 ............................................................................................... 37 5.2 膏体充填材料性能参数的选择 ........................................................................... 37 万方数据 V 5.3 膏体充填材料配比试验 ....................................................................................... 38 5.4 膏体充填材料最优配比 ....................................................................................... 57 5.5 本章小结 ................................................................................................................ 58 6 工程实践工程实践 ................................................................................................................. 59 6.1 地表变形实测方案 ............................................................................................... 59 6.2 实测结果分析 ........................................................................................................ 61 6.3 充填开采地表沉陷预测结果分析 ....................................................................... 62 6.4 本章小结 ............................................................................................................... 68 7 结论结论.......................................................................................................................... 69 参考文献参考文献 ..................................................................................................................... 70 作者简历作者简历 ..................................................................................................................... 74 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 ................................................................................................. 75 学位论文数据集学位论文数据集 ......................................................................................................... 76 万方数据 VI Contents Abstract ........................................................................................................................ II Contents ...................................................................................................................... VI List of Figures .......................................................................................................... VIII List of Tables ............................................................................................................. XII List of Variables ....................................................................................................... XIV 1 Introduction ............................................................................................................... 1 1.1 Purpose application/pdfapplication/pdf 电子版论文出版（发布）者电子版论文出版（发布）者 电子版论文出版（发布）地电子版论文出版（发布）地 权限声明权限声明 论文总页数论文总页数* * 7 76 6 注共注共 3333 项，其中带项，其中带* *为必填数据，共为必填数据，共 2222 项。项。 万方数据