摘要
随采煤装备、技术的提升，煤资源长期高强开采，多数矿区面临可采资源枯竭、“三下”压煤无法高效开采、煤炭伴生固废严重污染环境等问题，“三下”压煤开采是亟待解决的问题。膏体充填开采是有效解决“三下”压煤、回收煤炭资源的绿色开采方法之一。本文结合高河现场实际条件，通过理论研究、实验室实验与物理模拟、数值模拟及现场实测相结合的方法，研究了高效膏体分层充采工艺及覆岩移动规律，取得以下创新性研究成果： （1）根据潞安矿区膏体充填材料组分，现场取材制备试样进行试验室实验，记录实验中充填体试样的破坏过程及测试结果，通过颗粒流模拟软件进行多次反演试验，得出与实验相一致的结果，进而标定了充填体的细观参数，将细观参数赋予颗粒流模型，探明了充填体的三向受载时的破坏损伤及承载机制，建立了膏体充填开采协同承载力学模型，分析了充填开采采场不同区域煤岩及充填体受力变形特征； （2）提出了4种厚煤长壁式分层充填开采的技术方案，结合最新选型的膏体充填开采相关装备的技术参数及充填材料的力学特征，优化了充填开采工艺，实现了高效膏体充填开采，研究了充填开采工作面超前应力影响范围及不同区域充填体的承载效果，确定了厚煤层分层充填同采同充的关键技术参数； （3）建立了“固支梁”力学模型，研究了下行充填开采上分层充填面顶板断裂临界条件。并结合“砌体梁”理论，探寻了下分层开采时膏体假顶与直接顶的联结稳定性，确定了膏体假顶的失稳条件，提出了不同分层充填面顶板稳定控制策略； （4）建立了充填开采与垮落法开采覆岩的破坏模型，研究了充填开采与垮落法开采覆岩裂隙发育情况的对应关系，给出了充填开采裂隙发育高度计算方法。根据现场实测结果评判了膏体充填开采地表砖混结构的保护效果。
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