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课题名称：固体密实充填采煤的矿压控制理论与应用研究
1、选题意义和背景。
煤炭作为我国的主要能源，占一次能源消费的70%左右。尽管我国能源结构在不断地调整，近年来发展了一些可再生能源，但“富煤、缺油、少气”的一次能源赋存条件决定了煤炭的基础能源地位。随着国民经济的高速发展，煤炭的需求量在快速地增长。长期以来，煤炭为经济健康、高速发展提供了重要能源保障，在为经济发展和社会进步做出巨大贡献的同时，煤炭大规模、粗放式的开采造成了严重的资源浪费和环境破坏。
近年来，固体充填采煤技术作为一种我国自主研发的、能够与环境相容的绿色开采技术，旨在将地面研石等固体废弃物充填至井下采空区，在控制采场覆岩移动及地表沉陷的基础上，达到置换“三下”压煤、保护地表建筑物及矿区生态环境的目的，能够有效兼顾煤矿开采的经济效益与环境效益，获得了广泛的关注及推广应用。虽然固体充填采煤的工艺已趋于成熟，但相关的理论问题：诸如充填采煤覆岩活动规律、矿压显现规律及其控制机理等还需要进一步研究并完善，因此如何进一步提高采空区的充实率，掌握固体充填采煤采场围岩变形机理、采场矿压控制机理、关键层变形机理及其对地表沉陷的影响规律等问题，对促进我国绿色开采技术及理论体系的完善都具有较强的理论及现实意义。
2、论文综述/研究基础。
近年来，国内外学者在充填开采矿压显现及岩层控制理论方面做了一些深入细致的工作，取得了一些有益的成果，主要有：
（1）缪协兴指出了充填采煤技术的三大难点，即充填体进入采空区的空间、通道和动力，建立了固体充填采煤岩层移动控制和地表沉陷预计的等价采高方法；提出了能与传统综合机械化采煤技术相适应的综合机械化固体充填原理和方法，并研发了相关充填采煤系统和装备。
（2）张吉雄等在系统研究研石充填体压实和时间相关性基础上，提出了分析研石充填开采矿压显现规律的等价采高模型，对基本顶的运动力学特性进行了系统分析，得到了充填综采采场所需支护强度，以及充填综采与传统综采支护强度修正系数粉，并基于岩层控制的关键层理论，提出了限定关键层弯曲下沉量的充填开采地表沉陷控制原理。
（3）郭广礼、查剑锋等从沉陷学的角度分析研石压缩试验可靠性以及压缩性能与粒径分布关系，分析了研石非线性变形特征、数值模型参数对地表沉陷、覆岩破坏高度的影响度，并结合理论分析进一步对沉陷控制影响因素、减沉（缓沉）、覆岩破坏高度的影响机理及控制幅度进行了界定。
（4）瞿群迪等在前人研究成果的基础上，提出了采空区膏体充填控制地表沉陷的空隙量守恒理论，阐释了采矿活动、充填活动造成地表沉陷的原因，并提出了采空膏体充填控制地表沉陷的三大技术途径：提高采空区的充填率，减少采空区向地表传播的程度；提高充填料浆及充填体的物理力学性能；增大上覆岩层滞留空隙体积。
（5）常庆粮等采用物理模拟和数值计算相结合的方法，分析了充填开采时顶板岩层的移动变形过程及支承压力分布特征，并对充填开采覆岩变形破坏进行了分类，通过理论计算和现场实测，对充填开采顶板岩层变形破坏范围进行了研究，认为充填开采顶板裂隙破坏范围可按传统计算法进行预测研究。
（6）李兴尚对条带开采冒落区注浆充填减沉技术的基础理论进行了深入系统地研究，构建了煤矿冒落区空隙分布分形模型，推导了冒落区注浆空隙体积计算公式，研究了冒落区注浆充填中覆岩关键层的运动特征，分析了冒落区充填开采与垮落法开采的覆岩关键层破断失稳之差异，建立了“冒落研石充填体一煤柱一关键层”共同承载结构力学模型，分析了条带开采冒落区注浆充填减小地表沉陷的机理。
此外，刘长友研究了采空区全部充填时充填体的压缩率对上覆关键层活动的影响规律。瞿群迪采用数值计算研究方法对采空区全部充填法的地表下沉系数进行了预计，分析了充填开采控制地表沉陷的各影响因素，研究表明：充填前顶底板移近量、充填体欠接顶量和充填体压缩量是造成地表下沉的关键因素。
综上可知，国内外学者在充填开采矿压显现及岩层控制理论方面取得了一些有益的成果，但在固体充填采煤采场围岩变形机理、采场矿压控制机理、关键层变形机理及其对地表沉陷的影响规律等方面还没有系统的研究，尤其是在不同充实率条件下充填开采岩层移动稳定性和合理的充填指标及充填开采支架结构、支护强度设计等方面没有相应的理论支撑。因此本文结合固体密实充填技术的特点，深入研究固体充填采煤采场上覆岩层活动规律、采场矿压控制机理及与采空区充实率与充填采煤液压支架支护强度之间的相互关系等问题，旨在为促进固体充填采煤技术的发展与进一步推广应用提供一定的理论指导。
3、参考文献。
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