含水層下矸石充填采煤覆巖導(dǎo)水裂隙演化機(jī)理及控制研究.pdf

1、固體充填采煤是我國(guó)自主研發(fā)并具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù),其技術(shù)內(nèi)涵是采用機(jī)械化方式將矸石等固體廢棄物充填入采空區(qū),開(kāi)采傳統(tǒng)方式無(wú)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(dòng)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(jiǎn)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(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)值模擬、物理模擬和工程實(shí)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(shí)率之間的定量關(guān)系,給出了裂隙帶形成過(guò)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(shí)變形特征;建立了矸石充填采煤采場(chǎng)基巖彈性地基疊合梁力學(xué)模型,對(duì)矸石充填采煤采場(chǎng)覆巖的破壞條件和破壞高度進(jìn)行了計(jì)算研究;對(duì)相同充實(shí)率的矸石充填采煤和等價(jià)采高垮落法開(kāi)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(duì)不同充實(shí)率下的矸

3、石充填采煤采場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,掌握了充實(shí)率與導(dǎo)水裂隙帶高度的定量關(guān)系,設(shè)計(jì)了五溝煤礦試驗(yàn)區(qū)域采空區(qū)充實(shí)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(diǎn)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(jì)算模型,利用彈性地基系數(shù)表現(xiàn)固體充填材料的密實(shí)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(shí)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(duì)應(yīng)等價(jià)采

4、高垮落法覆巖“逐層快速下沉”,充填采煤覆巖的移動(dòng)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(duì)應(yīng)等價(jià)采高垮落法,其覆巖裂隙發(fā)育呈“產(chǎn)生-緩慢擴(kuò)張”的特征,與等價(jià)采高垮落法開(kāi)采“產(chǎn)生-迅速擴(kuò)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(guò)對(duì)不同充實(shí)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(shí)率指標(biāo)的定量關(guān)系,并根據(jù)上述研究結(jié)果動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)了試驗(yàn)礦區(qū)矸石充填采煤工