覆岩隔离注浆充填承载结构模型及应用研究

发布时间：2020-03-26 18:30

【摘要】：覆岩隔离注浆充填开采技术因具有充填效率高、成本低、对采煤干扰小的优点,成为煤炭企业解决“三下”压煤问题的重要选择。该技术成功的关键是,通过高压覆岩注浆充填,在采空区中部形成压实区,与隔离煤柱共同支撑关键层,形成稳定的“压实区—隔离煤柱—关键层”的承载结构,从而控制地表下沉。因此,关键层的稳定性决定了地表沉陷控制效果。以往研究仅定性分析了压实区和隔离煤柱对关键层的支撑作用,但未对关键层稳定性的控制效果进行深入研究,为此,论文综合采用理论分析、数值模拟和物理模拟等方法,开展了覆岩隔离注浆充填承载结构模型及应用研究。首先建立了覆岩隔离注浆充填承载结构力学模型,推导出关键层挠度方程,并提出了弹性地基系数的计算方法。将注浆充填层位顶界关键层下部的煤岩层视为弹性地基,并划分为5个区域,分别为隔离煤柱区、隔离煤柱侧非压实区、压实区、实体煤壁侧非压实区和实体煤壁区,利用弹性地基梁微分方程对5个区域关键层隔离体分别进行求解,从而推导出关键层的挠度方程,并利用弹性地基梁假设推导出了5个区域弹性地基系数的计算方法。基于覆岩隔离注浆充填关键层的挠度方程及概率积分法基本原理,建立了覆岩隔离注浆充填开采地表沉陷预计方法,并分析了注浆充填参数对地表沉陷控制效果的影响。在该方法中,将覆岩隔离注浆充填关键层的下沉视为开采空间,然后利用概率积分法进行地表沉陷的预计。影响地表沉陷的主控因素为注采比、隔离煤柱宽度、工作面宽度、采高和注浆层位高度,5个参数对地表最大下沉的敏感排序为:工作面宽度采高注采比注浆层位高度隔离煤柱宽度。揭示了注浆充填参数对压实区与隔离煤柱承受载荷大小的影响规律,提出了隔离煤柱承受载荷的计算方法,从而建立了基于压实区宽度的隔离煤柱稳定性评价方法。隔离煤柱长期稳定主要受隔离煤柱宽度、注采比和注浆层位高度的影响,3个参数对隔离煤柱稳定的敏感排序为:隔离煤柱宽度注采比注浆层位高度。研究成果指导了刘店煤矿101采区隔离注浆充填不迁村采煤试验。利用基于覆岩隔离注浆充填承载结构力学模型建立的地表沉陷开采预计方法和注浆充填参数优化设计方法,设计101采区的工作面宽度154m,隔离煤柱宽度40m,注浆层位高度90m,注采比50%,预计地表下沉464mm,通过实施注浆充填,101采区地表最大下沉451mm,成功实现了不迁村采煤。
【图文】：

术路线如图 1-3 所示。覆岩隔离注浆充填承载结构模型及应用研究影响因素及变化规律覆岩隔离注浆充填承载结构力学模型覆岩隔离注浆充填开采地表沉陷预计方法基于压实区宽度的隔离煤柱覆岩隔离注浆充填开采参数设计方法及流程弹性地基系数的确定方法 关键层挠度影响因素及变化

2 覆岩隔离注浆充填承载结构力学模型研究地基假设；实体煤壁和隔离煤柱区覆岩组成的支撑体也近似视为弹性地地基假设[89-92]。）覆岩隔离注浆充填开采能够形成稳定的承载结构。隔离注浆充填开采形成稳定的“压实区—隔离煤柱—关键层”承载结构（下条件：①形成主注浆充填层位。关键层是形成主注浆充填层位的重要工作面中部形成一定宽度的压实区。采高、注浆层位下部隔离层强度和煤层埋深、垮落带岩体强度均是影响压实区形成的重要因素[22]；③留设稳。）其他未尽假设均服从弹性力学基本假设。注浆钻孔地表
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD823.7

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本文编号：2601802