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宽条带跳采全采注充岩层控制机理与地表变形预测研究

邹徐文  
【摘要】:地下煤炭开采必然会形成采空区。若对煤炭开采后形成的采动空间不进行任何处理,则必然会存在开采空间在覆岩层中自下而上的转移,从而导致地表的移动和变形,进而对自然环境和社会环境造成一定程度的损害。 通过对煤炭开采沉陷及其控制的研究现状的分析,论文提出了一种与以往控制覆岩层不同的方法,即基于非充分开采理论,利用条带开采和大条带协调开采与充填开采的优点,提出“宽条带跳采全采垮落带浆体注充控制覆岩移动及地表沉陷”的“三下”压煤开采技术。 利用数值模拟方法,研究分析了不同覆岩结构类型条件下,在不同采深、不同采宽煤层开采时垮落带的形成特点及规律。 通过对煤层开采时顶板岩层的特殊性分析,利用薄板理论,厚硬板及叠层板变形理论,给出了当顶板为薄岩板、厚硬板及叠层板时在覆岩压力作用下的挠度方程。 对垮落带破碎岩体按不同粒度进行了压实试验,研究分析了垮落带碎矸的几个相关力学特性指标,在此基础上分析了垮落带浆体注充规律。 对垮落带注充后形成“矸-浆复合体”进行了压实试验研究,利用实验结果推导建立了其本构方程和变形计算公式,并利用数值模拟方法研究分析了“矸-浆复合体”对上覆岩层移动的控制。 在一定覆岩结构类型条件下,在不同开采宽度、不同采深时,实施该技术路线后,利用数值模拟方法研究分析了垮落带注充宽条带跳采全采控制覆岩与地表的移动变形,并进行了地表移动变形的预测。最后利用研究结论给出工程设计研究的实例。


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