本文關(guān)鍵詞： 建筑物下采煤 部分充填 覆巖隔離注漿充填 注漿充填壓實(shí)區(qū) 關(guān)鍵層 綠色開(kāi)采　出處：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：覆巖隔離注漿充填是一種有效的建(構(gòu))筑物壓煤開(kāi)采方法,其原理是通過(guò)高壓注漿充填覆巖離層區(qū),來(lái)壓縮采空區(qū)破碎巖體并形成壓實(shí)區(qū),壓實(shí)區(qū)與工作面之間的隔離煤柱聯(lián)合控制覆巖關(guān)鍵層變形與破斷,從而減小地表沉陷。因此在采空區(qū)內(nèi)形成壓實(shí)區(qū)是該技術(shù)成功的關(guān)鍵。但是已有研究并未深入探討壓實(shí)區(qū)形成的機(jī)制,具體包括注漿充填壓力作用下壓實(shí)區(qū)形成的力學(xué)機(jī)理、壓實(shí)區(qū)形成的動(dòng)態(tài)過(guò)程、壓實(shí)區(qū)形成的影響因素。對(duì)此,本文綜合采用力學(xué)分析、工程實(shí)測(cè)、物理模擬和數(shù)值模擬的方法開(kāi)展了覆巖隔離注漿充填壓實(shí)區(qū)形成機(jī)制的研究工作,主要研究成果與結(jié)論如下。建立了覆巖隔離注漿充填壓實(shí)區(qū)形成的力學(xué)模型,并通過(guò)工程實(shí)測(cè)和物理模擬對(duì)模型的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證�；谠撃Ｐ徒o出了注漿充填壓力向下傳遞到采空區(qū)的附加應(yīng)力計(jì)算公式,通過(guò)注漿充填附加應(yīng)力進(jìn)一步導(dǎo)出了采空區(qū)應(yīng)力與壓縮量、壓實(shí)程度和壓實(shí)區(qū)寬度的計(jì)算公式。從而從理論上證明了覆巖隔離注漿充填可以在采空區(qū)內(nèi)形成壓實(shí)區(qū)�；谧{充填壓力變化的4階段特征揭示了壓實(shí)區(qū)形成的動(dòng)態(tài)過(guò)程,為不同推進(jìn)距下的注采比匹配設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。將注漿充填壓力分為零壓/降壓、增壓、穩(wěn)壓與超壓階段,并明確了各階段內(nèi)采空區(qū)的壓實(shí)過(guò)程及其與工作面推進(jìn)、注采比的關(guān)系。注漿壓力進(jìn)入增壓階段開(kāi)始對(duì)采空區(qū)產(chǎn)生壓縮作用,進(jìn)入穩(wěn)壓階段采空區(qū)的壓實(shí)程度與壓實(shí)區(qū)寬度隨工作面的推進(jìn)不斷增加,穩(wěn)壓階段是采空區(qū)壓縮與壓實(shí)區(qū)形成的關(guān)鍵階段,進(jìn)入超壓階段采空區(qū)的壓實(shí)程度與壓實(shí)區(qū)寬度進(jìn)一步增加。揭示了主要地質(zhì)采礦與注漿充填因素對(duì)壓實(shí)區(qū)形成的影響規(guī)律,為優(yōu)化注漿充填設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。注漿壓力與工作面寬度的增加有利于壓實(shí)區(qū)的形成;而采高、隔離層強(qiáng)度與厚度(注漿層位)的增加不利于壓實(shí)區(qū)的形成;埋深、垮采比、垮落帶巖體強(qiáng)度對(duì)壓實(shí)區(qū)形成的影響較小�；诿鎸拰�(duì)壓實(shí)區(qū)形成的影響規(guī)律,給出了有利于壓實(shí)區(qū)形成的最小工作面寬度確定方法。研究成果指導(dǎo)了淮北袁店二井煤礦7223工作面覆巖隔離注漿充填不遷村采煤試驗(yàn)。利用建立的壓實(shí)區(qū)力學(xué)模型預(yù)計(jì)了采空區(qū)的壓實(shí)情況,結(jié)果表明工作面具備形成壓實(shí)區(qū)的條件,進(jìn)而依據(jù)壓實(shí)區(qū)形成的動(dòng)態(tài)過(guò)程給出了不同推進(jìn)距下的注采比匹配方案,按照該方案實(shí)施注漿充填后成功實(shí)現(xiàn)了不遷村采煤。
[Abstract]:Separated grouting filling of overburden is an effective method of building (building) coal compaction. Its principle is to compress the broken rock mass in goaf and form compaction area by high pressure grouting filling the separated zone of overburden rock. The separated coal pillar between compaction area and working face controls the deformation and fracture of the key strata of overburden rock. Therefore, forming compaction area in goaf is the key to the success of the technology. However, the mechanism of forming compaction zone has not been deeply studied. It includes the mechanics mechanism of compaction area formed under grouting filling pressure, the dynamic process of compaction area formation, and the influencing factors of compaction area formation. Physical simulation and numerical simulation have been carried out to study the formation mechanism of overburden isolated grouting filling compaction area. The main research results and conclusions are as follows. The mechanical model of overburden isolated grouting filling compaction area is established. The reliability of the model is verified by engineering measurement and physical simulation. Based on the model, the formula for calculating the additional stress that the grouting filling pressure is transferred down to the goaf is given. The stress and compression of goaf are further derived by grouting and filling additional stress. The compaction degree and the width of compaction zone are calculated. Thus, it is theoretically proved that the compaction zone can be formed in goaf by separated grouting filling of overburden. Based on the four-stage characteristics of grouting filling pressure, the formation of compaction zone is revealed. The dynamic process of. It lays a foundation for the matching design of injection-production ratio under different propulsive distance. The grouting filling pressure is divided into zero pressure / depressurization stage, supercharging stage, steady pressure stage and overpressure stage. The compaction process of goaf in each stage and the relation between the compaction process of goaf and the advance of face and the ratio of injection to production are clarified. The grouting pressure entering the stage of supercharging begins to produce the compression effect on the goaf. The compaction degree and the compaction area width of goaf are increasing with the advance of the working face, and the steady pressure stage is the key stage of the formation of the goaf compression and compaction zone. The degree of compaction and the width of the compacted area are further increased in the stage of overpressure, which reveals the influence of the main geological mining and grouting filling factors on the formation of the compaction area. It lays a foundation for optimizing grouting filling design. The increase of grouting pressure and face width is beneficial to the formation of compaction area. However, the increase of the intensity and thickness of the isolation layer (grouting layer) is not conducive to the formation of the compaction zone. The influence of buried depth, caving ratio and rock strength of caving zone on the formation of compaction zone is relatively small, based on the law of the influence of surface width on the formation of compaction zone. The method of determining the minimum face width in favor of forming compaction area is given. The research results guide the mining test of coal mining in 7223 coal face of No. 7223 coal face of Yuandian No. 2 Coal Mine, Huaibei. The compaction area is established by using the established compaction area. The mechanical model predicts the compaction of goaf. The results show that the working face has the condition of forming compaction area, and then according to the dynamic process of forming compaction area, the matching scheme of injection-production ratio under different propulsive distance is given. According to this scheme, the coal mining is realized successfully after grouting filling.
【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】：2017
【分類號(hào)】：TD823.7

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本文編號(hào)：1470713