《深井大采高矸石充填綜采沿空留巷變形機理及控制》是依託中國礦業大學，由馬占國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深井大采高矸石充填綜采沿空留巷變形機理及控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬占國
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
矸石充填綜采沿空留巷是實現煤礦綠色開採、提高煤炭采出率、降低深井開採三高危害的有效途徑。本項目針對我國迫切需要開發的深井大采高矸石充填綜采無煤柱沿空留巷技術展開深入的基礎理論與套用研究，主要研究內容和思路為：運用采動岩體結構運動的關鍵層理論及充填開採沉陷控制理論，系統研究矸石充填材料壓實和蠕變特性以及矸石充填綜采沿空留巷圍岩的變形特點、應力分布特徵和支護結構的作用機理；建立考慮充填矸石變形過程的矸石充填綜采巷道覆岩運動關鍵層礦壓模型，揭示其礦山壓力與岩層運動控制機理。建立頂板-煤幫-支護結構-充填矸石耦合動力學模型，探討耦合系統回響計算的方法，得到充填條件下關鍵層的破斷、運動規律及成拱的條件。提出矸石充填綜采沿空留巷的原理，完善沿空留巷理論和技術。在分析采深、采高和充填物變形性質對沿空留巷圍岩變形和破壞影響的基礎上，提出矸石充填綜采沿空留巷控制措施。
結題摘要
本項目針對我國迫切需要開發的深井大采高矸石充填綜采無煤柱沿空留巷技術，運用理論研究、力學實驗、數值計算、相似材料實驗等手段，展開深入的基礎理論與套用基礎研究，取得了以下結論和創新點： (1) 研究了自然含水、飽和及級配矸石的壓實特性，結果表明：原生矸石的卸載回彈應變值較小，約為0.5%，發生的應變基本為不可逆的塑性應變；連續矸石級配n=0.4時，矸石體的抗壓縮能力最強。 (2)研製了破碎岩體多相耦合蠕變試驗裝置，系統研究了破碎矸石蠕變階段的位移、孔隙率、碎脹係數、壓實度、剛度係數等特徵參數隨時間變化的規律以及水和粒徑對蠕變特性的影響。探討了破碎矸石的蠕變本構關係，得到了破碎矸石固液耦合蠕變過程中的位移、孔隙率、碎脹係數、壓實度、剛度係數等特徵參數隨時間變化的關係式。 (3)研究了矸石混凝土和土工袋裝矸石混合等巷旁支護體的承載和變形特性。矸石混凝土材料彈性模量與齡期的正相關關係主要體現在0～14d，之後彈性模量趨於穩定，能較好適應矸石充填綜采沿空留巷條件下頂板的給定變形；袋裝混合料壓實過程中載荷-位移關係由非線性向線性轉變，變形模量逐漸增大，最終趨於穩定，能較好地適應矸石充填綜采沿空留巷側面充填破碎矸石的擠壓變形。 (4)建立了矸石充填綜采多軟體耦合計算模型，研究了不同充實率下覆岩變形規律，提出了矸石充填綜采沿空留巷的原理：利用充填體對頂板和關鍵層位移的控制作用，降低作用在巷旁支護體上的載荷，確保巷旁支護體的穩定性，增加留巷的成功率和安全性。建立了矸石充填綜采沿空留巷計算模型，研究了不同空頂距、支護體高度、支護體寬度及支護參數時巷道圍岩的變形規律和應力分布特徵。 (5)建立了頂板—支護結構—充填矸石耦合力學模型，系統研究了頂板、支護結構、充填矸石的相互作用， 進行了工程算例分析、巷旁支護體阻力計算和穩定性分析，得到了巷旁支護體的滑移和迴轉失穩判據。 (6)發明了矸石充填開採實驗方法，研製了充填開採相似試驗系統，構建了矸石充填開採沿空留巷模型，研究了充填開採後覆岩的破壞特徵、導水裂隙帶高度範圍以及充填沿空巷道圍岩和支護體的變形規律和應力分布特徵。 (7)提出了充填綜采沿空留巷的新方法、新工藝，進行了深井大采高矸石充填綜采沿空留巷方案最佳化，為相關工程實施提供了基礎數據和理論指導。
