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