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《辽宁工程技术大学》 2001年
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煤矿区采动覆岩离层分布规律与地表沉陷控制研究

赵德深  
【摘要】:随着煤矿开采规模的不断增大,矿区开采沉陷带来的损害日趋加剧,严重 地影响着矿区的工农业生产、人民生活、交通运输、环境卫生等方面。说明人 们在向大自然索取财富的同时,又严重地破坏着人地关系的PRED协调,造成 大气污染、水圈衰减、土壤质量与数量降低、耕地减少、建筑受损等。为降低 开采沉陷的危害程度,研究者们一直做着不懈的努力。如选择适当的开采措施 减小地表沉陷量、对地面建筑设施进行加固与维修、或对地表沉陷区进行综合 治理等等。 为了完善有效控制地表沉陷的新途径──覆岩离层充填减沉技术,本文对覆 岩离层分布规律及其控制技术做了系统的研究。主要开展了如下工作: 1.通过物理模拟及数值仿真模拟的实验研究,分析了采动覆岩的移动与破 坏过程,提出了采空区上方覆岩的平衡形式是以拱和梁(板)交替作用来实现 平衡→失稳→再平衡的力学过程观点,并详细研究了覆岩中离层产生、发展与 分布的时空规律,进而从覆岩控制角度划分了可充填离层带与不可充填离层带, 为实际应用奠定基础; 2.离层产生于采空区上方覆岩中断裂带上方、整体弯曲带下部位,此处岩 层在弯曲下沉时常表现为单层或层簇(几层)运动特征,其厚度与“整体弯曲 带”岩层簇厚度相比是很小的;由于岩层脆性特征及煤层采出厚度的有限性, 岩层的挠曲度与其本身厚度相比也构成了小量。在上述分析基础上,本文以力 学理论为基础,采用薄板小挠度分析方法对采空区上方覆岩中离层产生的机理、 离层值的大小及其位置、离层范围的圈定等进行了理论与应用研究。并探讨了 倾斜煤层开采时离层的计算方法; 3.本文深入研究了对覆岩离层分布时空规律的影响因素,将其划分为两大 类。第一类为地质条件因素,主要包括覆岩岩性的软硬度、互层特征、厚硬岩 层的存在与否及其位置、非沉积岩的存在形式、地质构造及断层等;第二类为 开采技术条件,主要包括开采方法、深厚比、煤层埋藏倾角、采空区尺寸、工 作面推进速度等。并对其影响程度进行了定性或定量分析; 4.从实用角度出发,试探性地编制了覆岩离层充填减沉技术的实施指南。 结合我国对该技术应用经验,对注浆钻孔空间位置的确定原则、注浆钻孔的制 作与要求、工艺流程的组织与管理工作等进行了全面系统的表述。并以一站一 孔为例具体给出了该技术实施的设计方法。分析了充填材料在离层空间中的作 用与流动规律,同时还对注浆减沉效果的评价方法进行了探讨; 5.作为理论与技术成果的应用,本文对三个工程实例进行了分析,指出了 离层充填减沉技术在不同地质采矿条件下应用的特点、减沉效果的可靠程度及 工程的目标性。从实践角度进一步完善了离层分布规律与地表沉陷控制的理论 技术体系。
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