本书以房式开采遗留煤柱为研究对象，系统阐述采用固体充填采煤技术回收房式开采遗留煤柱的相关理论与方法，主要包括：房式煤柱稳定性判别理论、固体充填材料物理力学特性测试、固体充填回收房式煤柱方法、固体充填回收房式煤柱围岩变形理论分析、固体充填回收房式煤柱岩层移动变形物理相似模拟、固体充填回收房式煤柱围岩稳定性分析、综合机械化固体充填回收房式煤柱工程设计、抛料充填回收房式煤柱工程设计、长壁机械化掘巷充填开采工程设计等方面。
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前言
第1章绪论1
1.1房式开采方法1
1.1.1房式开采的特点1
1.1.2房式开采的系统布置2
1.1.3房式开采装备与工艺5
1.2房式开采现状及其引发灾害问题9
1.2.1房式开采现状及煤柱分布情况9
1.2.2房式煤柱引发的矿区灾害问题11
1.3房式开采煤柱回收方法14
1.3.1传统回收房式开采煤柱方法14
1.3.2充填回收房式开采煤柱方法17
1.4固体充填采煤岩层移动特征18
1.4.1固体充填采煤岩层控制原理18
1.4.2固体充填采煤岩层控制方法21
第2章房式煤柱稳定性判别理论28
2.1煤柱的一般物理力学性能28
2.1.1碎胀特性及密度测试28
2.1.2抗拉强度测试30
2.1.3抗压强度弹性模量及泊松比测试32
2.1.4剪切强度内摩擦角及黏聚力测试33
2.2影响煤柱强度的主控因子35
2.2.1采矿地质条件35
2.2.2煤柱物理力学性能37
2.2.3煤柱留设条件37
2.3房式煤柱失稳形式及过程39
2.3.1煤柱变形失稳形式39
2.3.2房式煤柱变形失稳过程40
2.4煤柱稳定性判别方法及标准43
2.4.1宏观煤柱强度公式43
2.4.2煤柱稳定性判别标准44
第3章充填材料物理力学特性测试46
3.1房式开采区域充填材料来源与基本特性46
3.1.1充填材料来源及基本情况46
3.1.2充填材料物理特性测试49
3.2单一充填材料力学特性测试58
3.2.1充填材料的应变与应力关系58
3.2.2充填材料的压实度与应力关系61
3.2.3充填材料的时间相关特性62
3.3混合配比固体充填材料力学特性68
3.3.1混合配比方案设计68
3.3.2混合充填材料的力学特性测试结果分析69
第4章固体充填回收房式煤柱方法75
4.1充填材料输送系统75
4.1.1充填材料地面预处理系统75
4.1.2充填材料井上下运输系统76
4.2综合机械化固体充填回收房式煤柱方法80
4.2.1综合机械化固体充填回收房式煤柱系统布置80
4.2.2综合机械化固体充填回收房式煤柱关键设备81
4.2.3综合机械化固体充填回收房式煤柱工艺流程87
4.3抛料充填回收房式煤柱方法90
4.3.1抛料充填回收房式煤柱系统布置90
4.3.2抛料充填回收房式煤柱关键设备91
4.3.3抛料充填回收房式煤柱工艺流程93
4.3.4人工矿柱7抛料充填回收房式煤柱方法94
4.4房式区域长壁机械化掘巷充填开采方法97
4.4.1长壁机械化掘巷充填开采基本原理97
4.4.2掘巷充填开采预留煤柱宽度选取方法97
第5章固体充填回收房式煤柱围岩变形理论分析104
5.1充填回收房式煤柱围岩特征104
5.2充填体与煤柱耦合控顶力学分析105
5.2.1充填体与煤柱模型简化105
5.2.2顶板变形力学模型建立与求解107
5.2.3煤柱受力规律分析110
5.2.4顶板变形规律分析117
5.3充填回收房式煤柱围岩控制关键124
5.3.1煤柱与顶板变形的主要影响因素124
5.3.2充填效果评价指标125
5.3.3煤柱及顶板变形控制关键指标128
第8章固体充填回收房式煤柱采场覆岩变形规律分析129
6.1物理相似模型的建立129
6.1.1模型的相似参数129
6.1.2模型的基本参数及监测方案130
6.1.3模型的开采方案133
6.2充填体相似材料实验133
6.2.1充填体相似材料应力7应变关系测试133
6.2.2充填体相似材料确定135
6.3不同充实率时充填回收房式煤柱采场覆岩变形规律136
6.3.1煤房开挖后覆岩状态136
6.3.2充实率为0时覆岩变形规律136
6.3.3充实率为40P时覆岩移动破坏特征139
6.3.4充实率为60P时覆岩移动破坏特征142
6.3.5充实率为80P时覆岩移动破坏特征145
6.3.6不同充实率覆岩移动变形破坏特征对比分析147
第7章固体充填回收房式煤柱围岩稳定性分析151
7.1模型的建立及方案设计151
7.1.1数值分析模型建立151
7.1.2模拟方案设计152
7.1.3煤柱安全应力与临界充实率设计153
7.2二次非充填采动影响条件下采场煤柱稳定性分析154
7.2.1煤柱应力分布154
7.2.2煤柱塑性区分布167
7.3不同充实率条件下煤柱稳定性分析173
7.3.1煤柱应力分布173
7.3.2煤柱塑性区分布176
7.4不同充填工作面长度条件下采场煤柱稳定性分析178
7.4.1煤柱应力分布178
7.4.2煤柱塑性区分布182
第8章固体充填回收房式煤柱工程设计184
8.1机械化抛料充填回收房式煤柱工程设计184
8.1.1矿井概况与地质采矿条件184
8.1.2煤柱稳定性及充实率设计187
8.1.3抛料充填回收房式煤柱采场矿压显现分析187
8.1.4抛料充填采煤系统与装备188
8.2综合机械化充填回收房式煤柱工程设计193
8.2.1矿井概况与地质采矿条件193
8.2.2煤柱稳定性及充实率设计194
8.2.3固体充填回收房式煤柱采场矿压显现分析195
8.2.4综合机械化充填回收房式煤柱系统与装备196
8.3长壁机械化掘巷充填开采工程设计210
8.3.1矿井概况与地质采矿条件210
8.3.2长壁掘巷充填开采合理煤柱宽度选取210
8.3.3长壁机械化掘巷充填开采方案216
参考文献230
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