覆岩离层产生机理及离层充填控制地表沉陷技术的工程实施

简要介绍了覆岩离层充填方法的技术原理 ,探讨了覆岩离层产生机理、离层分布规律及其影响因素 ,分析了离层充填控制地表沉陷技术的工程实施要点 ,所得结论对该技术的设计。

多元化开采控制地表沉陷技术研究

鄂庄煤矿通过多年"三下"压煤开采研究,实施多元化开采,控制地表沉陷,最大限度的合理回收煤炭资源。

离层注浆开采关键层变形特征及地表沉陷控制效应

为研究覆岩离层注浆开采条件下关键层变形特征及地表沉陷控制效应,准确预计地表移动变形值,对离层注浆开采关键层变形进行了力学分析,将关键层下方离层注浆充填体和煤岩体的组合视为弹性地基,并将之划分为压实区、欠压实区和实体煤区3种不同的区段,基于弹性地基梁理论,给出了关键层挠度方程和弹性地基系数计算方法;采用“两步法”,通过分层模拟的方式开展了离层注浆开采关键层变形与地表沉陷数值模拟,研究了不同工作面宽度条件下离层发育和关键层破断特征,以及不同注采比条件下地表移动变形特征;借鉴等价采高理论,将离层注浆开采条件下关键层弯曲下沉空间等效视为开采空间,结合概率积分法,建立了适用于离层注浆开采的地表沉陷预计模型。以淮北矿区袁店二矿7221离层注浆开采工作面为例进行了验证,结果表明:该地质条件下,离层注浆开采工作面宽度宜设计在90~120 m;采用提出的预计模型和方法能够对离层注浆开采条件下的地表沉陷进行有效预计,预计值与实测值平均误差9 mm,在允许误差范围内;离层注浆开采地表沉陷控制效果显著,减沉率约83%。

构筑物下覆岩离层注浆控制地表变形模拟试验研究

为掌握离层注浆开采控制地表变形的规律,以数值模拟与相似模拟相结合研究了采空区形变及应力变化和覆岩运移演化规律,并进行现场工程试验。研究结果表明:(1)在离层注浆作用下,顶板压力增加,采空区被压实,采空区应力无明显变化;(2)离层上方关键层应力受到向上的注浆压力作用,内部应力在短距离范围内出现下降,随着向上远离离层,注浆压力作用影响下降,在巨大覆岩压力作用下,岩层向下的压力有所增加;(3)塑性区发育高度在离层注浆后基本不再向上扩展,转而变为横向扩展,关键层上方由于注浆充填作用未出现明显大面积破坏。由此可见,关键层下方离层空间注浆充填,对于关键层上方的岩层起到了很好的保护作用;(4)注浆区域的关键层及其上覆岩层下沉量较小,而注浆层位下方岩层和未注浆区域的岩层下沉量普遍明显较大,表明离层注浆对控制关键层及其上覆岩层的运移发挥了良好的作用。

浅部开采尾砂膏体巷采设计与地表沉陷控制

针对我国充填开采材料来源不足的问题,通过理论分析、室内实验及现场实测等方法,系统研究了尾砂膏体充填材料特性、充填工艺,进行了尾砂膏体巷采设计及地表沉陷效果分析。研究确定了尾砂膏体优化配比为水砂比1∶5,质量浓度为70%;提出了尾砂膏体巷采方案,建立了巷采充填地表沉陷模型,解决了采煤、充填、工作面通风和安全出口问题;相似材料模拟试验表明,在巷采连采连充过程中覆岩没有冒落过程,直接顶是以微裂隙和层间离层往上发育,基本顶以弯曲下沉为主;充填体密实性、变形监测及地表移动观测表明,尾砂膏体巷采对地表沉陷控制较好。研究成果在淄博市张店区沣水镇张赵煤矿102采区进行了成功应用。

地表沉陷控制新途径

地表沉陷控制的根本是治理覆岩破坏。而控制覆岩破坏的途径归纳为部分开采和充填开采。部分开采 ,影响采区布置 ,不易达到高产高效 ,煤炭采出率低 ;充填开采增加矿井设备和生产成本 ,且充填材料来源在某些矿区比较缺乏。由此提出利用国内外最新的技术 :覆岩离层注浆充填和采空区局部膏体充填 ,结合工作面优化设计技术 ,扬长避短 ,是一种技术上可行、经济有效的覆岩破坏控制新方法。

采动覆岩离层多层位注浆地表沉陷控制技术

为了解决上覆岩层中无明显厚硬岩层、采动过程中难以产生较大尺寸离层空间、离层注浆充填率低的问题,提出采动覆岩离层多层位注浆技术。通过相似材料模拟实验对多层位离层注浆覆岩时空演化规律进行研究,并在淮北矿区某工作面进行现场试验。结果表明:在无较大采动覆岩离层情况下,采用增加钻孔数目的多层位离层注浆方法,在采动覆岩内部形成不同扩散半径的注浆充填体,共同叠加支撑上覆岩层,可以有效减小覆岩破坏程度。实施多层位离层注浆方法,可以有效提高注浆总量和注采比,地表减沉率可达79.92%。提出的离层注浆量计算公式可以精确预计浆液灌注量,准确率超过91%,可为覆岩离层注浆工程提供指导,并为注浆减沉率预计提供参考。这为解决煤炭资源开采引起的地表沉陷问题提供了一种有效和经济的方法,同时扩大覆岩注浆技术的应用范围。

我国浅埋煤层快速开采下地表沉陷规律研究现状与展望

基于浅埋深和工作面快速开采相结合导致地表沉陷规律的特殊性,从我国浅埋煤层开采条件下地表移动规律、地表沉陷预计方法及地表沉陷控制等方面进行了现状概述,结合我国"三下"采煤规程和已有矿山开采沉陷理论与实践,指出浅埋地表沉陷规律研究现有成果存在的不足和局限性。给出以后可从工作面开采速度对地表沉陷规律、地表移动参数等影响,基于开采速度尺度下地表沉陷动、静态全过程统一预测模型,通过引入"地表移动与变形速度"新指标来进行建(构)筑物损坏评价,以及考虑从优化工作面开采速度方面来减轻采动损坏等4方面开展浅埋深快速开采条件下地表沉陷规律的研究和应用工作。

综放采场上覆岩层运动模式及其控制

基于煤系地层的层状岩体结构特征 ,对长壁综放开采工作面上覆岩层的活动特点和过程进行了深入的分析 ,由此提出了上覆岩层状岩体运动的 3种基本模式 ,并对离层的类型和控制特点进行了分析。此项研究对长壁综放开采条件下地表沉陷及岩层移动的控制具有指导意义。

覆岩关键层水力压裂控制采动影响研究

为减小煤炭井工开采对地表建(构)筑物的影响和破坏,以晋煤寺河矿5304工作面为研究对象,运用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析覆岩关键层水力压裂控制工作面采动受影响范围,研究覆岩关键层水力压裂前后覆岩垮断形态及地表沉陷特征,揭示覆岩关键层对地表沉陷控制机制。结果表明:覆岩关键层水力压裂后,其移动形式由弯曲下沉转化为沿压裂区滑移切落,水力压裂区域地表下沉曲线变陡,下沉值增大,压裂侧地表采动影响范围减小。

覆岩离层充填技术的理论基础与工程实施

概述了覆岩离层充填方法的产生与技术原理，对覆岩离层充填控制地表沉陷技术的关键问题──离层产生机理、离层分布规律及其影响因素进行了深入探讨，给出了６个方面的工程实施要点，所得结论对该技术的设计、施工与应用具有重要的参考和指导意义。

粉煤灰高水短壁部分充填技术研究与实践

针对承压水上、建筑物下开采技术难题,在系统分析粉煤灰高水材料特性、充填工艺和禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录（2008年第2批）＂巷道式采煤＂的基础上,通过理论分析、室内试验及现场实测等方法,对粉煤灰高水短壁部分充填工作面设计及围岩控制下效果进行了系统研究。主要结论包括：①对粉煤灰高水充填材料发泡机理、材料特性、充填工艺进行了分析;②提出了短壁部分充填工作面设计方法及采-充程序及工艺,数值模拟表明50 m充填联合支撑体与20 m采空区底板塑性区范围为6-8 m,顶板塑性区范围10-12 m;③充填体密实性、原位强度和安全系数表明,充填体与顶板接顶率大于95%,原位强度1.93 MPa,安全系数6.8,粉煤灰高水充填体联合支撑体系能够保持围岩稳定;④充填体和底板变形监测表明,短壁部分充填采场顶板最大下沉量80 mm,底板最大破坏深度8 m,底板隔水层厚度在安全范围之内。在埠村煤矿9111工作面进行了现场实施,相关研究成果可以对类似条件下的煤炭开采提供参考。

基于采场覆岩空间结构的宽条带开采技术研究

基于采场覆岩空间结构理论,分析厚硬岩层组在控制地表沉陷中的作用.根据厚硬岩层组与煤柱组成的空间支撑结构原理,提出大采宽留宽宽条带开采设计思路,并推导该宽条带开采参数的设计方法,理论分析了其可行性和优越性.结合现场实例,设计相应的条带开采参数,通过FLAC3D数值模拟和现场观测相结合的方法,对比分析了大采宽留宽条带开采实施前后地表下沉系数,以及对地表沉陷的控制效果.结果表明,基于采场覆岩空间结构的大采宽留宽宽条带开采技术是可行的,能够在控制地表沉陷的同时,提高了条带开采的效率和资源回收率.

覆岩离层注浆充填保护地面高压线路试验研究

采用覆岩离层充填控制地表沉陷技术对济宁二号煤矿 4 30 2工作面开采保护地面高压线路进行了试验研究 .针对工作面地质和采矿技术条件 ,设计了合理的覆岩离层充填实施方案 ,包括注浆站、注浆井、注浆管路、注浆运行系统及工艺流程 .通过对地表及高压线杆移动观测站数据进行分析 ,得出覆岩离层充填后的地表下沉曲线、地表减沉率以及高压线杆的下沉与偏斜值 .试验结果表明 ,覆岩离层充填后地表减沉效果明显 ,高压线杆偏斜均未超过其允许限差 。

短壁矸石胶结充填开采技术与应用

针对我国煤矿"三下"压煤量大、村庄搬迁困难,长壁充填开采投资大、地质条件适应性差、采充相互干扰等问题,通过理论分析、室内试验、数值模拟和现场实测等手段,提出了短壁矸石胶结充填技术,研究了材料配比、支巷参数、围岩应力场演化和地表变形规律,主要结论如下:(1)充填浆料最佳配比为1∶1.5∶4,与矸石1∶2混合后充填支巷;(2)基于极限强度理论确定支巷最佳宽度为5 m;(3)数值模拟表明:开采过程中煤壁超前支承压力峰值为13.1 MPa,开采奇数巷时充填体受力1.6 MPa,开采偶数巷时受力10.4 MPa,顶板塑性区5 m,底板破坏带深度5 m,呈现W-波浪形分布;(4)现场实测表明:支巷超前支撑压力为19.7 MPa,位于支巷前端4.6 m,顶底板最大移近量116.3 mm;顶板在0~5.7 m范围内产生少量断裂微裂隙,离层不明显,只发生弯曲下沉,不存在垮落带;(5)充填材料来源广、矸石不外运,实现了采充平行作业。该方法在内蒙古裕兴煤矿得到了广泛的应用,有效缓解了长壁充填开采带来的弊端,以较小吨煤成本,获得较大的经济和环境效益。

大统矿业超高水充填开采制浆系统设计研究

煤炭作为我国的主要能源,在国民经济发展中具有不可取代的作用。矿井面临资源枯竭的困境时,尽可能多地采出煤炭是企业存续发展的当务之急。山东省兖州市大统矿业有限公司杨庄煤矿九采区3煤层1997—2005年进行了开采,由于受当时设备和技术的限制,仅回采一分层2.2 m。为挖掘企业潜力,充分利用煤炭资源,采用超高水充填法开采剩余分层和浅部煤炭资源。结合矿井实际情况提出适应矿井的高水充填系统布置方案,在地面建设制浆站,通过专门的设备将材料骨料制成浆液,然后运用管路将浆液输送至采空区进行充填。超高水材料制浆充填系统可服务于九采区全部充填工作面,每小时制浆生产能力为320 m^3,每天生产1班8 h,约2 500 m^3可以满足2个工作面的充填开采需要,极大提高了制浆充填效率,取得了良好的效果和经济社会效益。

山东义能煤矿首采区村庄下协调式充填开采设计研究

煤矿开采应尽量减小对地表建筑物的影响,特别是在平原地区村庄下开采煤炭。考虑到煤层分布与村庄分布的复杂关系,考虑到本区地质采矿条件特点和村庄保护要求。本文提出了义能煤矿首采区村庄下协调式充填开采方案设计,采取“采-充-留”协调式充填开采技术,把留条带煤柱、部分工作面充填侧护煤柱与条采工作面相结合,进行工作面协调布置,实行部分开采部分充填,并将采面与充填工作面合并,进行采充工作面同步开采,减少巷道工程,提高生产效率。该技术既避免了全采全充难以实现岩层控制高强度要求和房屋高级别保护要求的缺点,又解决了条带开采回采率低、生产效率低的问题。

欧阳甘霖：致力于城市地下空间技术的探索

欧阳甘霖是青岛理工大学土木工程学院客座教授、博士生导师，山东省岩体损害防护与地表沉陷控制治理工程技术研究中心副主任，中国老教授协会土木建筑专业委员会理事，中文核心期刊《施工技术》编辑部理事。国家注册建造师，现任青岛静力工程有限公司董事长。现主要专注于对城市地下空间技术创新的研究与利用。以下介绍的是欧阳甘霖教授十几项发明与实用新型专利中的两项．．

铁路隧道下综放面覆岩隔离注浆充填开采试验研究

针对铁路隧道压煤开采问题,研究了长壁开采条件下铁路隧道的破坏形式及保护要求,提出覆岩隔离注浆充填保护隧道的方法。在采动影响下,铁路隧道保护的核心是变形后的内轮廓满足限界要求,其控制的关键在于减少开采导致的移动量。提出计算采动变形条件下隧道限界富余量的方法,推导出开采变形后隧道内轮廓的坐标方程,并计算其与限界的富余空间。开展长壁综放工作面覆岩注浆充填保护地面铁路隧道试验研究,共施工7个地面钻孔,对覆岩内裂隙进行注浆充填。通过实施注浆充填,隧道减沉率达到88%,限界满足列车通行要求。该方法为开采影响下地面隧道保护提供参考与借鉴。