【摘要】：覆巖隔離注漿充填開采技術(shù)因具有充填效率高、成本低、對(duì)采煤干擾小的優(yōu)點(diǎn),成為煤炭企業(yè)解決“三下”壓煤?jiǎn)栴}的重要選擇。該技術(shù)成功的關(guān)鍵是,通過高壓覆巖注漿充填,在采空區(qū)中部形成壓實(shí)區(qū),與隔離煤柱共同支撐關(guān)鍵層,形成穩(wěn)定的“壓實(shí)區(qū)—隔離煤柱—關(guān)鍵層”的承載結(jié)構(gòu),從而控制地表下沉。因此,關(guān)鍵層的穩(wěn)定性決定了地表沉陷控制效果。以往研究?jī)H定性分析了壓實(shí)區(qū)和隔離煤柱對(duì)關(guān)鍵層的支撐作用,但未對(duì)關(guān)鍵層穩(wěn)定性的控制效果進(jìn)行深入研究,為此,論文綜合采用理論分析、數(shù)值模擬和物理模擬等方法,開展了覆巖隔離注漿充填承載結(jié)構(gòu)模型及應(yīng)用研究。首先建立了覆巖隔離注漿充填承載結(jié)構(gòu)力學(xué)模型,推導(dǎo)出關(guān)鍵層撓度方程,并提出了彈性地基系數(shù)的計(jì)算方法。將注漿充填層位頂界關(guān)鍵層下部的煤巖層視為彈性地基,并劃分為5個(gè)區(qū)域,分別為隔離煤柱區(qū)、隔離煤柱側(cè)非壓實(shí)區(qū)、壓實(shí)區(qū)、實(shí)體煤壁側(cè)非壓實(shí)區(qū)和實(shí)體煤壁區(qū),利用彈性地基梁微分方程對(duì)5個(gè)區(qū)域關(guān)鍵層隔離體分別進(jìn)行求解,從而推導(dǎo)出關(guān)鍵層的撓度方程,并利用彈性地基梁假設(shè)推導(dǎo)出了5個(gè)區(qū)域彈性地基系數(shù)的計(jì)算方法�；诟矌r隔離注漿充填關(guān)鍵層的撓度方程及概率積分法基本原理,建立了覆巖隔離注漿充填開采地表沉陷預(yù)計(jì)方法,并分析了注漿充填參數(shù)對(duì)地表沉陷控制效果的影響。在該方法中,將覆巖隔離注漿充填關(guān)鍵層的下沉視為開采空間,然后利用概率積分法進(jìn)行地表沉陷的預(yù)計(jì)。影響地表沉陷的主控因素為注采比、隔離煤柱寬度、工作面寬度、采高和注漿層位高度,5個(gè)參數(shù)對(duì)地表最大下沉的敏感排序?yàn)?工作面寬度采高注采比注漿層位高度隔離煤柱寬度。揭示了注漿充填參數(shù)對(duì)壓實(shí)區(qū)與隔離煤柱承受載荷大小的影響規(guī)律,提出了隔離煤柱承受載荷的計(jì)算方法,從而建立了基于壓實(shí)區(qū)寬度的隔離煤柱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。隔離煤柱長(zhǎng)期穩(wěn)定主要受隔離煤柱寬度、注采比和注漿層位高度的影響,3個(gè)參數(shù)對(duì)隔離煤柱穩(wěn)定的敏感排序?yàn)?隔離煤柱寬度注采比注漿層位高度。研究成果指導(dǎo)了劉店煤礦101采區(qū)隔離注漿充填不遷村采煤試驗(yàn)。利用基于覆巖隔離注漿充填承載結(jié)構(gòu)力學(xué)模型建立的地表沉陷開采預(yù)計(jì)方法和注漿充填參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)101采區(qū)的工作面寬度154m,隔離煤柱寬度40m,注漿層位高度90m,注采比50%,預(yù)計(jì)地表下沉464mm,通過實(shí)施注漿充填,101采區(qū)地表最大下沉451mm,成功實(shí)現(xiàn)了不遷村采煤。
【圖文】：

術(shù)路線如圖 1-3 所示。覆巖隔離注漿充填承載結(jié)構(gòu)模型及應(yīng)用研究影響因素及變化規(guī)律覆巖隔離注漿充填承載結(jié)構(gòu)力學(xué)模型覆巖隔離注漿充填開采地表沉陷預(yù)計(jì)方法基于壓實(shí)區(qū)寬度的隔離煤柱覆巖隔離注漿充填開采參數(shù)設(shè)計(jì)方法及流程彈性地基系數(shù)的確定方法 關(guān)鍵層撓度影響因素及變化

2 覆巖隔離注漿充填承載結(jié)構(gòu)力學(xué)模型研究地基假設(shè)；實(shí)體煤壁和隔離煤柱區(qū)覆巖組成的支撐體也近似視為彈性地地基假設(shè)[89-92]。）覆巖隔離注漿充填開采能夠形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)。隔離注漿充填開采形成穩(wěn)定的“壓實(shí)區(qū)—隔離煤柱—關(guān)鍵層”承載結(jié)構(gòu)（下條件：①形成主注漿充填層位。關(guān)鍵層是形成主注漿充填層位的重要工作面中部形成一定寬度的壓實(shí)區(qū)。采高、注漿層位下部隔離層強(qiáng)度和煤層埋深、垮落帶巖體強(qiáng)度均是影響壓實(shí)區(qū)形成的重要因素[22]；③留設(shè)穩(wěn)。）其他未盡假設(shè)均服從彈性力學(xué)基本假設(shè)。注漿鉆孔地表
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD823.7

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本文編號(hào)：2601802