最新采矿工程开题报告范文(3)

　

    6固体充填采场覆岩移动规律的物理模拟
  　6.1固体充填采煤相似材料模型的建立
　　6.2充填体模拟材料的合理选取
　　6.3不同充实率下覆岩移动变形破坏规律
　　6.4本章小结

　　7工程应用
　　7.1试验区域采矿地质条件
　　7.2固体充填采煤工作面系统设计
　　7.3充实率及支架支护强度设计
　　7.4基本顶挠度分布曲面
　　7.5采场矿压实测及分析
　　7.6地表沉陷实测及分析
　　7.7本章小结

　　8结论与展望
　　8.1主要结论
　　8.2几点展望

　　5、论文的理论依据、研究方法、研究内容。

　　固体充填采煤采场围岩变形及矿压控制是在采空区研石等固体废弃物充填体参与作用下的采空区覆岩及矿压控制理论，是一个涉及采矿、力学等多学科的研究课题。
　　本论文将以平煤十二矿为工程应用现场，在简要介绍固体充填采煤技术系统布置、关键设备与工艺的基础上，系统研究固体充填材料压实变形特征，建立固体充填采煤采场覆岩弹性薄板力学模型，对固体充填采煤采场围岩变形及矿压显现规律与采空区充实率、充填采煤液压支架支护强度之间的关系进行系统研究，对不同充实率条件下固体充填采煤采场围岩变形及矿压显现规律进行数值模拟及物理模拟分析，设计平煤十二矿试验区域采空区充实率指标及充填采煤液压支架支护强度，并进行工程应用。主要研究内容如下：

　　（1）固体充填采煤岩层移动计算的等价采高理论及控制分析根据等价采高理论，结合固体充填采煤方法的关键设备及技术工艺等因素修正固体充填采煤岩层控制的等价采高计算公式，并根据固体充填采煤岩层移动计算的等价采高理论对影响充填采煤岩层移动的关键因素：充填之前顶板的下沉量、充填体的欠接顶量、充填体的压实率等进行分析，提出通过控制以上关键因素降低固体充填采煤等价采高的方法。

　　（2）固体充填材料压实变形特征分析通过实验室测试的方法对试验矿井的固体充填材料进行压实变形特征及本构关系测试，为研究固体充填采煤采场围岩变形特征及矿压显现提供基础数据。

　　（3）固体充填采煤矿压模型及分析建立固体充填采场覆岩弹性薄板力学模型并进行求解，对固体充填采煤采场围岩变形与采空区充实率、充填采煤液压支架支护强度之间的关系进行研究，得到基本顶不发生破断时的充填体充实率及充填液压支架支护强度的计算公式，并结合具体实例进行分析。

　　（4）固体充填采煤采场覆岩变形规律及矿压显现特征分析采用美国Itasca公司开发的FLAC3D数值模拟软件对不同充实率条件下充填采煤采场覆岩变形移动规律进行数值模拟分析，在基于研石充填体应力一应变及本构关系，通过动态更新充填体弹性模量的方法来模拟现实中研石充填入采空区后在上覆岩层作用下的压实过程，同时对压实过程中采场覆岩变形移动规律进行模拟分析；在数值模拟分析结果的基础上，采用相似材料模拟试验的方法对特定充实率条件下的固体充填采煤采场围岩变形规律进行模拟研究。

　　（5）根据试验矿井的采矿地质条件，设计试验矿井的固体充填采煤技术系统布置方案、充填工艺、充实率指标及支架的支护强度，并进行工程应用，对固体充填采煤采场围岩变形及矿压显现规律进行实测分析。

　　6、研究条件和可能存在的问题。

　　（1）不同级配条件下研石充填体压实变形特征及本构关系的进一步研究试验表明研石的级配对研石的压实变形特征及本构关系影响很大，而研石的压实变形特征直接影响着固体密实充填开采的岩层移动与地表沉陷的控制效果，因此必须对不同研石级配条件下充填体压实变形特征及其时间相关性、本构关系等进一步研究。此外，由于实验室条件的限制，实验中所采用的研石与井下实际采用的充填研石在粒径方面有一定的差别，其压实过程也有一定的区别，因此应开展井下充填研石的压实特征测试，建立实验室压实特征与现场压实特征之间的关系。

　　（2）不同采空区充实率条件下关键层与地表变形特征进一步分析本文的研究涉及了不同采空区充实率条件下关键层与地表变形特征，但并没有在理论分析、工程实践等方面进行深入的研究，因此必须对不同充实率条件下上覆岩层（尤其是关键层）活动规律与地表沉陷规律之间的关系进一步研究，完善固体充填采煤岩层控制理论和地表沉陷控制理论，为固体充填采煤技术大范围的推广应用、不同设防标准条件下充实率设计等提供理论依据与指导，这亦是作者以后的研究方向。

　　（3）固体充填采煤覆岩弹塑性力学方面研究在固体密实充填采煤技术中上覆岩层以弯曲下沉为主，保持了连续变形及完整性，因此本文将覆岩看成弹性地基上的薄板，利用弹性力学理论进行求解，但是岩体具有复杂的力学性质，包括弹性、塑性、流变性、应变硬化和应变软化等，因此，进一步的研究应考虑此方面的问题。

　　（4）固体充填采煤设备自动化控制研究固体充填采煤工作面是一个多设备、多系统相互融和的复杂系统，既要实现前部采煤作业的同时，又要实现后部充填作业，而目前固体充填工作面中的采煤机、前部刮板输送机、充填采煤液压支架及多孔底卸式充填输送机等关键设备主要通过人工或机械控制，效率低，人工成本高，且安全性较差，因此有必要对充填采煤设备自动化进行研究，充分发挥设备的生产效能，实现采煤自动化、充填自动化。

　　（5）固体充填采煤技术进一步推广应用研究固体充填采煤技术已经成功应用于我国多个矿区，但仍处于推广应用起步阶段，必须加大推广应用力度，以获得固体充填采煤技术在各种采矿地质条件的应用资料与数据，为进一步改进固体充填采煤设备、提高充实率、降低充填成本与优化充填采煤工艺提供指导。

　　7、预期的结果。

　　（1）在简要介绍固体密实充填技术系统布置、关键设备及技术工艺等基础上，修正了固体充填采煤岩层控制等价采高的计算公式，并根据等价采高理论对影响充填采煤岩层移动的关键因素：充填体的压实率、充填之前顶板的下沉量、充填体的欠接顶量等进行了分析，提出了通过控制以上关键因素以降低固体充填采煤等价采高的方法。

　　（2）针对试验矿井的固体充填材料进行了压实变形特征实验测试，得出：在研石压实变形过程中应变一应力关系呈对数形式，其过程可分为0-2MPa的快速变形阶段、2-6MPa的缓慢变形阶段和6MPa以后的变形平稳阶段，其中在初始阶段0-2MPa内压实率增速最快，占总应变量的85%以上，因此必须对充填体进行的初步压实；研石的粒径条件对充填体试样的变形特征具有显着影响，粒径为O-5O+mm研石试样抗压缩变形能力最强；得到了研石压实特征的时间相关性曲线，得出研石蠕变的稳定时间为3-6个月。

　　（3）在分析固体充填采场覆岩变形特征的基础上，建立了固体密实充填采煤采场覆岩弹性薄板力学模型，利用虚功原理推导出了固体充填采煤工作面基本顶的挠度方程、弯矩方程及最大拉应力方程，得到了基本顶不发生破断的临界条件。

　　（4）根据基本顶不发生破断的临界条件，得到了固体充填采煤工作面基本顶的最大拉应力与充填采煤液压支架支护强度P和采空区充实率的关系，分析得出基本顶的破断主要由充实率}P控制；给出了控顶范围之内基本顶最大下沉量与支架支护强度P之间的关系，分析得出：充填采煤液压支架支护强度对控顶范围之内顶板的下沉量具有明显的控制作用，但具有一定的限度。

　　（5）采用FLAC3D数值模拟软件对不同充实率条件下充填采煤采场覆岩移动规律进行数值模拟分析，得出：当充实率为50%时，主关键层以下岩层均发生垮落；当充实率为65%时，上覆岩层中亚关键层及以上岩层不发生断裂；当采空区充实率为75%时，直接顶发生垮落，基本顶发生破断而未垮落；当采空区充实率为85%时，工作面基本顶及以上覆岩仅存在连续的弯曲下沉变形而不发生垮落。