本文關(guān)鍵詞：矸石充填體宏細觀力學(xué)特性及充填綜采支架圍巖關(guān)系研究　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：液壓支架-圍巖-充填體之間的關(guān)系是綜合機械化充填開采技術(shù)體系中最重要的問題之一,而充填體性質(zhì)研究是解決該問題的基礎(chǔ)和保證。本文運用實驗測試、理論分析、數(shù)值模擬和相似材料物理模擬等方法,研究了矸石充填體的宏細觀力學(xué)性質(zhì),并對綜合機械化充填開采過程中的支架-圍巖-充填體間的關(guān)系展開了系統(tǒng)的研究。論文的主要創(chuàng)新工作和研究成果包括以下幾個方面:(1)通過側(cè)限壓實試驗研究了多種礦渣混合料的應(yīng)力-應(yīng)變、壓實度和變形模量特征,發(fā)現(xiàn)應(yīng)力-應(yīng)變滿足對數(shù)關(guān)系,適當增大細小顆粒、石灰或水含量,都有利于提高體系的抗壓縮性能。結(jié)合Singh-Mitchell蠕變模型對破碎矸石的側(cè)限壓實蠕變試驗過程進行分析,得到了適合五種破碎矸石的壓實蠕變方程。(2)建立了離散元計算模型,分別對礦渣混合料的側(cè)限壓縮和矸石充填體的雙軸壓縮進行數(shù)值模擬分析。發(fā)現(xiàn)用簇單元模擬的結(jié)果更加接近于實際。石顆粒粘結(jié)強度或含石率較大時,矸石充填體的雙軸壓縮峰值強度均較大,峰后軟化與漲落的現(xiàn)象也較為明顯。含石率大于50%以后,強力鏈的貫通性逐漸下降,力鏈也發(fā)生傾斜。力鏈形態(tài)會隨加載過程不斷變化。(3)創(chuàng)建了矸石充填體與充填采煤液壓支架夯實機構(gòu)的相互作用的顆粒流計算模型,研究發(fā)現(xiàn)引入振動機制,能減緩?fù)茐喊宓膽?yīng)力增加速度,保證在相同應(yīng)力下,推壓板行進距離更遠;增大頻率或振幅均能提高夯實效果。(4)建立了充填綜采支架-頂板-充填體力學(xué)模型,計算頂板巖梁的下沉量和工作面超前應(yīng)力分布。發(fā)現(xiàn)初始充填高度是控制頂板巖梁各部分的下沉和運移穩(wěn)定性的決定性因素,對工作面超前應(yīng)力分布也有很大影響。支架作用于充填體的推壓作用力對頂板下沉及工作面超前應(yīng)力的控制作用主要表現(xiàn)在2.0MPa以內(nèi);支架讓壓高度對工作面超前應(yīng)力也有一定的影響。(5)建立充填采煤液壓支架和采場數(shù)值模型,對充填開采過程進行計算,驗證了頂板變形和工作面超前應(yīng)力的理論計算結(jié)果。支架頂梁上的應(yīng)力分布整體上前面小后面大,且前、后頂梁上應(yīng)力都會隨開采狀態(tài)而變化;支架讓壓高度對支架頂梁的應(yīng)力分布和數(shù)值都會產(chǎn)生極大的影響。(6)在合理確定充填體和支架相似模型后,利用相似模擬試驗對充填綜采過程進行研究。發(fā)現(xiàn)初始充填高度和支架讓壓高度對頂板下沉量和超前應(yīng)力的影響規(guī)律與理論部分相同,試驗測量值與理論計算值及數(shù)值計算結(jié)果也基本吻合。(7)成功地將充填開采支架-頂板-充填體力學(xué)模型應(yīng)用于某礦工作面,計算頂板下沉和應(yīng)力分布規(guī)律,并與現(xiàn)場實測結(jié)果比較,驗證了模型的可靠性。
[Abstract]:The relationship between hydraulic support, surrounding rock and filling body is one of the most important problems in the comprehensive mechanized filling mining technology system, and the study of filling properties is the basis and guarantee to solve this problem. Theoretical analysis, numerical simulation and physical simulation of similar materials were used to study the macroscopic and meso-mechanical properties of gangue filling. The relationship between support, surrounding rock and filling body in the process of comprehensive mechanized filling mining is systematically studied. The main innovative work and research results in this paper include the following aspects: 1). The stress-strain of various slag mixtures was studied by lateral compaction test. According to the characteristics of compaction degree and deformation modulus, it is found that the stress-strain relationship is logarithmic, and the content of fine particles, lime or water is increased appropriately. Combined with the Singh-Mitchell creep model, the creep test process of the broken gangue was analyzed. The compaction creep equation for five kinds of broken gangue is obtained. (2) the discrete element calculation model is established. Numerical simulation analysis of the side limit compression of slag mixture and biaxial compression of gangue filling is carried out respectively. It is found that the results of cluster element simulation are closer to the reality. When the bond strength or rock content of stone particles is higher. The peak strength of biaxial compression of gangue filling is larger, and the phenomenon of softening and fluctuation after peak is also obvious. When the rock content ratio is more than 50%, the permeability of strong chain decreases gradually. The shape of the force chain will change with the loading process.) the particle flow calculation model of the interaction between the gangue filling body and the tamping mechanism of the filling coal mining hydraulic support is established. It is found that the vibration mechanism can slow down the increasing speed of the stress of the push plate and ensure that the pressure plate travels farther under the same stress. Increasing the frequency or amplitude can improve the compaction effect. It is found that the initial filling height is the decisive factor to control the stability of subsidence and migration of each part of roof slate beam. It also has a great influence on the distribution of the leading stress in the working face. The controlling effect of the pushing and pressing force acting on the filling body on the roof subsidence and the leading stress of the working face is mainly within 2.0 MPA. The hydraulic support and stope numerical model is established to calculate the filling mining process. The theoretical calculation results of roof deformation and working face advance stress are verified. The stress distribution on the top beam of the support is small and large on the whole, and the stress on the front and back top beam will all change with the mining state. The stress distribution and value of the top beam will be greatly affected by the pressure height of the support. (6) after the reasonable determination of the similar model of the filling body and the support. The similarity simulation test was used to study the filling process of fully mechanized coal mining. It was found that the influence of initial filling height and support pressure height on roof subsidence and lead stress was the same as that of theory. The experimental results are in good agreement with the theoretical values and the numerical results.) the steve-roof filling mechanics model is successfully applied to the mining face of a certain mine. The reliability of the model is verified by calculating the law of roof subsidence and stress distribution and comparing with the field measured results.
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD823.7

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本文編號：1436747