含水層下矸石充填采煤覆巖導(dǎo)水裂隙演化機理及控制研究.pdf

1、固體充填采煤是我國自主研發(fā)并具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù),其技術(shù)內(nèi)涵是采用機械化方式將矸石等固體廢棄物充填入采空區(qū),開采傳統(tǒng)方式無法采出的煤炭資源并處理礦區(qū)固體廢棄物。由于充填入采空區(qū)的固體廢棄物控制了上覆巖層的移動和裂隙發(fā)育,為含水層下壓煤礦區(qū)提供了一條安全有效的技術(shù)途徑。
　　本文在簡要介紹固體充填采煤技術(shù)及其巖層控制理論的基礎(chǔ)上,采用理論分析、實驗測試、數(shù)值模擬、物理模擬和工程實踐等方法,系統(tǒng)研究了矸石充填采煤覆巖破壞程度和導(dǎo)水裂

2、隙帶發(fā)育范圍與充實率之間的定量關(guān)系,給出了裂隙帶形成過程中導(dǎo)水裂隙的演化規(guī)律。
　　論文首先分析了上覆巖層破壞的主要影響因素,研究了主要因素之一的固體充填材料壓實變形特征;建立了矸石充填采煤采場基巖彈性地基疊合梁力學(xué)模型,對矸石充填采煤采場覆巖的破壞條件和破壞高度進(jìn)行了計算研究;對相同充實率的矸石充填采煤和等價采高垮落法開采進(jìn)行了物理相似模擬,揭露了矸石充填采煤覆巖導(dǎo)水裂隙沿工作面縱向和橫向的發(fā)育特征和演化規(guī)律;對不同充實率下的矸

3、石充填采煤采場進(jìn)行了數(shù)值模擬,掌握了充實率與導(dǎo)水裂隙帶高度的定量關(guān)系,設(shè)計了五溝煤礦試驗區(qū)域采空區(qū)充實率指標(biāo)并進(jìn)行了工程應(yīng)用。論文主要成果及創(chuàng)新點如下:
　　(1)建立了矸石充填采煤覆巖彈性地基疊層組合梁力學(xué)計算模型,利用彈性地基系數(shù)表現(xiàn)固體充填材料的密實度特性,推導(dǎo)出了上覆巖層的彎矩和撓度方程,確定出了基巖層破壞的臨界條件,得出不同充實率條件下上覆巖層破壞的層數(shù)和高度。
　　(2)利用物理模擬的方法得出了:區(qū)別于對應(yīng)等價采

4、高垮落法覆巖“逐層快速下沉”,充填采煤覆巖的移動特征為“整體緩慢下沉”;充填采煤覆巖破壞程度和導(dǎo)水裂隙帶高度均低于對應(yīng)等價采高垮落法,其覆巖裂隙發(fā)育呈“產(chǎn)生-緩慢擴張”的特征,與等價采高垮落法開采“產(chǎn)生-迅速擴張-緩慢閉合”的發(fā)育特征截然不同,且覆巖裂隙寬度小。
　　(3)通過對不同充實率矸石充填采煤數(shù)值模擬結(jié)果的總結(jié)分析,得出矸石充填采煤覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度與充實率指標(biāo)的定量關(guān)系,并根據(jù)上述研究結(jié)果動態(tài)設(shè)計了試驗礦區(qū)矸石充填采煤工