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采动覆岩离层变形机理研究

苏仲杰  
【摘要】: 煤系地层的结构以层状沉积岩层为主要特征,随着煤层开采工作面的推进,上覆岩层内产生离层现象是一种必然。离层的发展有其特定的时—空规律,只要掌握离层的时间结构、空间结构及总体的宏观、中观结构,即离层距煤层高度、离层宽度及离层挠度的时空规律,正确实施离层注浆,使注浆体与岩层互相协调,共同作用,从而支承岩层减缓地层沉陷的目的是可以达到的。 覆岩离层注浆是近几年在我国发展起来的一项减缓地表沉降的新技术,我国已有近10个矿进行了工业性试验,在不同程度上取得了地表减沉效果。有关的理论研究和实践应用研究也取得了一定的成果。但是,尚没有形成完整的基础理论体系,许多理论实践方面的关键问题,例如覆岩离层的变形机理及其受力状态、覆岩离层成拱作用的机理及拱的形态、覆岩离层距煤层高度、离层岩板长度和宽度、离层挠度与工作面推进距离的时空规律、注浆材料在离层空间的变形等问题至今未能很好地解决。上述理论问题如不解决,必将限制离层注浆技术的广泛应用。因此,本文在现有的离层注浆的理论和实践研究基础上,对亟待解决的关键问题进行如下实质性的理论和应用研究工作: (1) 通过物理模拟与数值模拟研究覆岩离层的受力状态,为离层岩层的挠度计算提供可靠的依据; (2) 研究覆岩离层距煤层高度、离层岩板两边长度、离层挠度与工作面推进距离的时空规律,确定其与注浆量的协调关系; (3) 建立覆岩内压力平衡拱迹线的力学模型,计算离层岩板的尺寸; (4) 分析离层岩层变形力学机理,采用薄板小挠度理论建立离层岩板挠度计算力学模型及其计算原则,为确定离层空间体积、注浆量等提供可靠的计算依据; (5) 对注浆材料粉煤灰浆被压缩后的物理力学性质进行实验研究,确定其实际存在离层空间内的体积; (6) 确定离层注浆效果的评价方法; (7) 建立任意条件下未注浆和注浆后地表下沉最大值的计算力学模型; (8) 将上述研究成果有效地应用于工程实践。


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