基于拱架效应的充填采空区稳定性研究

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1、工程硕士学位论文基于拱架效应的充填采空区稳定性研究作者姓名陈鹏工程领域安全工程校内指导教师姜立春教授校外指导教师唐涛高级工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月StudyonStabilityofFillingGoafBasedonArchEffectADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenPengSupervisor：Prof.JiangLichunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TD853学校代号：10561学号：201521002

2、928华南理工大学硕士学位论文基于拱架效应的充填采空区稳定性研究国家重点研发计划项目（2016YFC0600802）资助作者姓名：陈鹏校内指导教师姓名、职称：姜立春教授校外指导教师姓名、职称：唐涛高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：安全工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：资源安全与灾害防治论文提交日期：2018年4月12日论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：袁智委员：马小明李建三田震罗建东摘要对于充填法开采的矿山，充填采空区的稳定是资源回收及安全开采的重要条件，如果采空区的

3、充填接顶率低，将导致空区大范围垮塌，影响矿山生产安全，引发地表沉陷、破坏生态环境成为严重的工程地质灾害。因此，开展充填采空区的稳定性研究对矿山的安全生产具有十分重要的意义。论文以充填法开采矿山为研究背景，基于拱架效应及结构力学理论，通过理论分析、数值模拟及现场监测等方法，开展了相关研究，论文主要工作如下：（1）在分析采空区的破坏形式的基础上分析了影响了充填采空区的稳定性因素，包括空区结构因素及外部因素。分析了充填体拱架效应、土体拱架效应及岩体拱架效应等的表现形式。（2）分析了拱架效应影响下充填体内水平应力及垂直应力的分布规律，构建了充填体作用下底柱及间柱的弹性梁力学模型，研究了充填体拱架效应对

4、采空区间柱、底柱及充填体稳定性的影响。（3）在研究充填体拱架效应对间柱、底柱稳定性影响的基础上，利用弹性力学理论及岩体极限强度准则，对间柱及底柱的安全尺寸进行计算分析，为矿山开采设计提供矿柱尺寸选择依据。（4）基于矿山顶板冒落特点及空区充填体的约束作用，构建空区顶板拱力学模型，开展不同充填接顶率下空区顶板轴力分析，推导出不同接顶率下最不利截面拱轴压应力表达式，依据临界轴力判别式，研究充填后采空区顶板的稳定性，提出维系顶板自稳的接顶率最小值，对矿山充填工程具有一定的指导作用。关键词：拱架效应；充填采空区；矿柱；顶板；稳定性IABSTRACTFortheminesthatareminedbythe

5、fillingmethod,thestabilityoffillinggobsisanimportantconditionforresourcerecoveryandsafemining.Ifthefill-to-topratioofthegobareaislow,theemptyareaswillcollapseinlargeareas,affectingthesafetyofmineproduction,andcausingsurfacesubsidence.Thedestructionoftheecologicalenvironmenthasbecomeaseriousengineeri

6、nggeologicaldisaster.Therefore,thestudyofthestabilityofthefillinggobareaisofgreatsignificancetothesafeproductionofthemine.Thepapertakestheminewhichusesfillingmethodastheresearchbackground.Basedonthearcheffectandstructuralmechanicstheory,therelatedresearchiscarriedoutthroughtheoreticalanalysis,numeri

7、calsimulationandon-sitemonitoring.Themainworkofthepaperisasfollows:(1)Basedontheanalysisofthefailuremodesofthegoafs,thefactorsaffectingthestabilityofthegoafsarestudied,includingthestructuralfactorsoft