。制作高浓度的物料包括根据支架的平衡关系为图所示梁右端水平推力以及处摩擦力的关系为第页式中为岩块之间的摩擦因数，般可取。最终可得机械化固体充填采煤工作面支护强度分析固体充填采煤支护强度修正系数传统综采工作面支护强度般采用载荷估算法得出式中，传统综采工作面支护强度采高倍数的岩石容重，般取覆岩层的容重。为对比分析固体充填采煤与传统综采支架支护强度，特引入修正系数的概念。修正系数定义为固体充填采煤与传统综采支架支护强度的比值，记为。可得出固体充填采煤与传统综采支架支护强度修正系数为式中η固体充填采煤与传统综采支护强度的比值充填采煤时支架支护强度，。即修正系数为固体充填采煤支护强度修正系数分析第页将矿工作面相关参数代入式，可得固体充填采煤与传统综采采煤时工作面支护强度如图所示。代入式得出随采高变化时修正系数η如图所示。工作面采高工作面支护强度充填开采未充填开采图工作面支护强度随采高变化曲线工作面采高修正系数η图修正系数η随采高变化曲线由图可以得出综合机械化固体充填采煤工作面所需支护强度明显小于传统综采，主要由于支架煤壁与充填物料或破碎的直接顶共同承载基本顶及其承载体，因而对支架的作用力减弱，所需的支护强度减小。随采高在变化，修正系数η的变化范围为。也即随采高在变化时，固体充填采煤所需的支护强度降低当采高超过时，固体充填采煤所需的支护强度增加，但远小于传统综采工作面支架所需支护强度。固体充填采煤液压支架支护强度总体分析固体充填采煤技术目前已经在我国十几个矿区进行了较成功应用，从现场监第页测数据来讲，其矿压显现规律如下充填采煤工作面没有明显的初次来压与周期来压工作面所需支架工作阻力般为类似条件工作面的。从以上的理论分析也证实了这点。然而，固体充填采煤要求工作面揭露顶板至充填，工作面顶板下沉量最小，以预留最大的空间对采空区进行充填。此外，支架后部悬挂有多孔底卸式输送机，其在运行移动等过程中对支架的控制顶板效果也造成了定的影响。因此，充填采煤要求在充填前控制直接顶基本顶最小下沉量为原则，即要求支架有较强的主动支撑能力，减少顶板下沉量，以提高充填率，而主动控制顶板效果要求支架的工作阻力或支护强度达到最好效果。其他矿井充填采煤工作面的实践证明了这点。本次支架设计综合考虑以上分析结果，并结合了其它矿区的工业性试验过程中总结出的经验由于支架的长度及支护面积远大于普通综采支架，必须尽可能的增加支架的工作阻力和支护强度才能最大程度的限制顶板的提前下沉量，因此最终设计四柱支撑式充填采煤液压支架工作阻力为，支护强度为六柱支撑式充填采煤液压支架工作阻力为，支护强度为。初撑力计算初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大影响，较大的初撑力能使支架较快达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性，但对乳化液泵站和液压元件的耐压要求也将提高。般初撑力由式确定。式中支架初撑力支架工作阻力，四柱式为，六柱式为。将上述相关数据代入式，得四柱式液压支架的初撑力不小于，六柱式液压支架的初撑力不小于，最终确定四柱支撑式充填采煤液压支架初撑力为，六柱支撑式初撑力为。第页支架基本技术参数四柱支撑式充填采煤液压支架基本参数支架型式四柱支撑式充填液压支架中心距高度宽度推移步距初撑力工作阻力支护强度对底板比压泵站压力六柱支撑式充填采煤液压支架基本参数支架型式六柱支撑式充填采煤液压支架中心距高度宽度推移步距初撑力工作阻力支护强度对底板比压泵站压力四柱支撑式与六柱支撑式充填采煤液压支架分别在平顶山济宁皖北开滦兖州等矿区进行了应用。目前，两种支架的应用效果都比较好，矿方可以结合矿井的实际情况工人的操作习惯以及厂家建议等因素进行架型的选择。第页全断面夯实系统设计全断面夯实系统在充填物料充填入采空区后对物料进行压实，使充填物料达到定的密实度，具有定的抗压能力，能够承受顶板下沉的压应力，控制顶板下沉量，从而将地面建筑物的破坏程度控制在要求范围内。全断面夯实系统性能要求山西新元煤炭有限责任公司设计充填采煤区部分充填物料来源于井下掘进矸石，破碎后的粒径为，粒径变化范围大，在通过多孔底卸式输送机卸至采空区后形成的自然堆积不稳定，矸石容易滑落，在夯实机构夯实时，矸石容易滑至夯实机构下部，影响夯实机构上下摆动范围，不能实现全采高夯实要求同时，部分矸石会随着伸缩机构的回缩进入夯实系统上盖，并滑至夯实机构滑道，影响夯实机构伸缩油缸的运行，增加了滑道清理工作，影响了充填采煤效率。另外，由于工作面采高变化较大，夯实机构行走轨迹较长，这就对全断面夯实系统液压管路布置提出了较高的要求。因此，必须根据充填工作面取得的经验，结合山西新元煤炭有限责任公司充填工作面实际需求，对原夯实系统进行优化设计，提出全断面夯实系统的设计思路，并满足以下性能要求具备足够的推压强度，使充填物料达到设计的密实度标准具备足够的行程和旋转角，保证压实范围达到工艺设计要求夯实机构回缩时应尽量减少矸石的带料量，保证伸缩机构自由伸缩增大夯实机构的检修空间，满足快速检修的要求优化管路布置，保证各夯实系统相互不干扰。全断面夯实系统基本参数确定由于山西新元煤炭有限责任公司采高变化较大，夯实机构运行轨迹较长，因此确定全断面夯实系统采用两级伸缩结构，以增加夯实机构的伸缩比，减小夯实机构整体尺寸。根据全断面夯实系统的性能要求，设计全断面夯实系统基本参数见表。第页表全断面夯实系统基本参数项目单位级压实千斤顶二级压实千斤顶型式普通普通缸径杆径推力数量根全断面夯实系统结构设计全断面夯实系统整体功能结构全断面夯实系统由两个水平压实油缸，个调高油缸，块夯实板，两个立柱组成。两个水平压实油缸位于全断面夯实系统的上部。水平压实油缸后座用铰链方式安装在两个立柱上端，该立柱用螺栓固定在液压支架底座上。水平压实油缸缸体外径中前部通过两个可以活动的连接环连起，连接环中部由个调高油缸支撑。两水平压实油缸伸出端装有块夯实板，夯实板仿照铲斗机构设计板面与缸体垂直。两立柱间用槽钢连接，形成整体。以上部件相互连接，形成个整体机构。由此，夯实系统两个水平压实油缸可以通过调高油缸以铰接点为支点进行旋转，并可以通过双伸缩压实千斤顶改变油缸的长度，通过夯实板夯实采空区的矸石，实现全断面夯实功能。全断面夯实系统“型”导流结构为了避免矸石等杂物进入箱体内卡住伸缩机构，把整个伸缩机构设计成封闭的箱体结构。在箱体结构的上部加上双“型”导流板，如图所示。当夯实板伸出进行夯实时，箱体结构随着伸缩机构整体伸出，形成“反向式”箱体结构夯实板回缩时，箱体结构带回的大量充填物料通过双“型”导流板分流到伸缩机构两侧进入采空区。为防止伸缩机构伸出夯实充填物料时结构间的缝隙有充填物料进入伸缩机构内部，在设计时理论间隙非常小，同时在制造中采取定的措施，确保高精度的装配，具体措施如下焊接时采取预变形措施严格控制焊缝的焊接次序，防止热变形的发生焊后及时进行热处理热时效。目录绪论立项背景及意义国内外研究现状研究内容与技术路线固体充填采煤技术总体构思及技术关键采矿地质条件现有技术及条件充填采煤技术的总体构思技术关键与创新点充填物料井上下运输及垂直投料输送系统设计充填物料井上运输系统设计充填物料垂直投料输送系统设计井下矸石不升井系统设计固体充填采煤关键设备的选型与设计充填采煤关键设备的性能要求充填采煤液压支架设计全断面夯实系统设计多孔底卸式输送机设计自移式充填物料转载输送机设计其它配套设备选型固体充填采煤系统布置及工艺设计充填采煤区域方案设计充填与采煤工艺设计固体充填采煤地表沉陷预计充填采煤地表控制原理分析充填采煤地表沉陷预计方法选择第页地表建构筑物概况及高速公路的设防标准充填采煤沉陷预计参数选择充填采煤沉陷预计结果项目投资与效益分析项目的各项投资分析充填采煤吨煤成本分析经济与社会效益分析第页绪论立项背景及意义煤炭作为我国主要的支撑能源，随着国民经济的快速发展，位于煤炭下游的电力钢铁铁路等行业对煤炭的需求逐年加大，导致近年来煤炭开采速度加快，随着矿井开采年限的延长和采深的延伸，大批资源矿井逐步进入残采充填采矿法用水力管道输送选厂尾砂山砂河砂炉渣棒磨砂碎石等充填料充填采空区的水力充填采矿法用水泥及其代用品或其它胶凝材料与选厂尾砂等配制成具有胶结性质的充填物料充填采空区的胶结充填采矿法