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跳采充填是一种针对边煤角、“三下”压煤开采,最大限度地采出煤炭资源,减轻地面建筑物破坏程度,提高采出率的一种新型充填开采技术,也是绿色开采技术体系的重要组成部分。本文主要在尾砂膏体充填材料配比、充填跳采覆岩运动规律、覆岩变形机理等方面展开理论与试验研究。 通过对张赵煤矿充填材料性能的研究,运用正交试验法和极差分析法,得到实验室条件下尾砂充填最佳配比方案:粉砂比1∶5,质量浓度70%;通过多元线性回归分析,得到充填体强度回归方程,避免了盲目增加胶结料含量来提高充填体强度,减少了不必要的资金投入;同时,通过对窄煤柱受力和屈服区宽度理论计算,得出影响屈服区宽度的主要因素包括采深、开采高度h、支护阻力Px、界面力学性质等,为煤柱留设提供理论支持;运用“固支梁”理论,计算跳采顶板垮落极限跨度参数,确定掘进巷道合理留设宽度为5m。 在以上研究基础上,结合相似准则,通过相似材料试验,模拟跳采充填条件下煤柱、充填体受力和覆岩运动情况,分析跳采充填过程中,顶板裂隙发育、弯曲变形规律,并通过位移测线进行覆岩变形监测,研究覆岩运动演化规律。 最后,建立跳采充填覆岩变形力学模型,采用Rayleigh-Ritz法求解煤柱位移场的弹性解;运用概率积分法预计尾砂跳采充填地表移动与变形参数。结果表明,采用尾砂膏体充填开采技术,能够实现地表变形值较小,地面建(构)筑物破坏在Ⅰ级范围以内。