巷道矸石充填控制覆岩变形的力学机理研究

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1、巷道肝石充填控制覆岩变形的力学机理研究第37卷第6期中国矿业大学学报vOl.37No・62008年11月JouFnalofChinaUniversityofMining&Technology、Nov.2008李强，茅献彪，b万奎，马占国(中国矿业大学理学院，江苏徐州221116)摘要：建立了巷道肝石充填的力学模型，并应用Ritz法求解了煤柱位移场的弹性解.根据弹性一黏弹性对应原理，通过引入Maxwe11体流变模型，求解了煤柱位移场的黏弹性解•得到了煤柱的压缩变形、侧向变形等随时间及充填体材料特性的变化规律，由此可确定充填巷釆煤柱的变形特征，并估计了煤柱最终变形量及变

2、形稳定吋间等.将研究结果与某矿区充填开采实测变形规律比'较，两者具有较好的吻合.关键词：煤柱；肝石；充填开采；力学分析中图分类号iTD322文献标识码：A文章编号：1000—1964(2008)06—0745—06MechanismofUsingWaste一Fi11inginRoadwaytoContr01theDeformationofCoveredRockStrataMAZhan—guot:Meehinroadwaywaandonofdis—p1sfoundoutbsticCorfoundoutfore,thedeformationcharacteristics

3、ofthecoalpi1larinroadwaywhereusingthewaste—fi11ingcanbedetermined,andthepermanentdeformationvalueofcoalpi11arandthedeformation一sta一bletimecarlbeestimated.Agoodaccordancebetweentheresultsofthestudyandtheresultsofindustrialtessfromonecoa1miningareaiSshown0whichindicatestherationa1ityofth

4、estudy・Keywords：coalpillar；wasterock；backfi11ingmining；mechanica1ana1ysis煤矿开采造成肝石堆积，不仅占用大量土地，工艺的设计与改进、肝石的压实特性以及经济效益引起地表沉陷，而且污染环境•煤矿井下肝石充填和社会效益分析等方面.对于单个煤柱稳定性的研技术有效地解决了肝石的处理和利用问题•同时，究前人己做了大量工作，而且得出了许多有效的稳该技术也是“绿色开采【1]”技术的重要组成部分.定性理论与研究方法‘6'引，但是对于煤柱和石干石充2004年，煤矿井下肝石充填技术首次在邢东填体耦合作用控制覆岩变形的

5、理论研究工作尚欠煤矿试验成功.近年来，该项技术得到大力推广，国缺.本文建立了充填开采的力学模型，考虑煤柱流内外煤炭行业专家及单位对该项技术开展了卓有变特性，分析煤柱与充填体在上覆岩层压力的作用成效的探讨与研究[2‘5],研究成果主要集中在充填下变形的时间效应以及变形量与煤岩性质之间的一••———•一_•I收稿日期：2007—12—17’基金项目：国家自然科学基金重点项目（50634050）1国家重点基础研究发展计划（973）项1口（2007CE209400）作者简介：李强（1979・），男，河北省廊坊市人.助教•闿士研究生，从事采动岩体力学与工程方面的研究.E—ma

6、i1:1iqian99821@l26.C0mTe110516—83885757万方数据746中国矿业大学学报第37卷关系，得出了一系列有价值的结论.矢量都平行于其横截面，不会冇轴向位移，因此，条1条带煤柱与充填体耦合作用机理带开采下的煤柱问题可视为平面应变问题.同理，条带充填开采下的煤柱与充填体耦合问题亦可视1・1力学模型的建立为平面应变问题，对于所研究的煤柱和充填体做出根据关键层理论[9],覆岩主关键层控制其上覆基本假设：1）煤柱和充填体均为连续、均匀、各向直至地表所有岩层的运动，一口主关键层破断，将同性的弹性体；2）煤柱和充填体内不存在弱面；引起地表的急剧下沉.

7、在条带开采条件下，煤柱与3）煤层按全厚开采，煤层和充填体与顶(底)板界上覆关键层及底板围岩相互作用，主要取决于煤休面具有结合力.与围岩之间的结合力.煤柱是一个很长的柱形体，进行理论分析时，考虑到边界条件和载荷的对它的支撑情况不沿长度变化，在柱面上受有平行于称性，取煤柱的右上方四分Z—部分和充填体的左横截面而且不沿长度变化的面力，同时，体力也平上方四分之一部分进行分析，煤柱和充填体的宽度行于横截面而且不沿长度变化，煤柱所有点的位移和高度均为n,如图1所示.图1煤柱与肝石充填体耦合作用力学模型Fig.IMechanicalmodelofcoupledinteract