井工煤矿减损开采理论与技术体系

煤炭开采改变了覆岩边界条件,引起围岩应力重新分布和覆岩变形、运动、破断,造成覆岩损伤自下而上传导,引起含水层、地表附属物、矿区生态系统等损伤。现代开采在保障经济社会发展能源需求同时,也对矿区地下水资源、生态环境和建/构筑设施造成较大损伤。为解决规模化煤炭开采与矿区生态协调的问题,在系统分析国内外减损开采理论与技术以及长期实践基础上,根据“源头减损”理念和“采前源头损伤控制、采中优化减损、采后生态要素系统修复”的开采全过程减损思路,提出了以“基于开采工艺参数优化的源头减损、硬岩采前预裂-软岩注浆改性与采后导水裂隙封堵控水、采中覆岩承载结构稳定性维持减损”的采前、采中、采后3类4项技术为主导的开采全过程减损技术措施,创建了井工煤矿减损开采理论与技术体系,明确了减损开采研究的重点和方向。在开采损伤监测方面,由于监测技术时空差异大,难以实现地表变形与裂缝的同时空监测和地表生态环境多要素一体化同步监测,仍需针对性地提出煤矿井工开采损伤多源监测异步数据的同时空校正与处理方法。在损伤传导理论方面,基于覆岩损伤传导理论,从能量出发提出了采动损伤场模型,并结合岩层软硬组合、岩土层介质的差异,提出了涵盖“覆岩-含水层-地表-生态”多因素指标的煤炭井工开采覆岩损伤场量统一与跨界面传导理论。神东矿区上湾矿12401工作面采用采前开采参数优化,采中垮落带注浆等减损技术,地表最大沉降值相对减小25%,地表裂缝由台阶型裂缝调控为动态小裂缝;此外,神东矿区自2010年实施减损开采技术以来,植被覆盖度由原来平均31%上升到74.1%。

西部煤炭集约化开采损伤传导机理与源头减损关键技术

科学认识开采损伤传导机理是井下安全生产、含水层保护及地表附属物减损理论发展及减损关键技术提出与实践的核心问题,研究西部煤炭集约化开采损伤传导机理与源头减损关键技术,对协调我国能源需求保障和矿区生态保护具有重要意义。通过分析集约化开采特征和现有减损技术特点,基于神东矿区集约化开采现场实测与模拟,研究了西部集约化开采损伤规律,揭示覆岩损伤传导机理。研究表明,神东矿区集约化开采具有矿压显现强烈、覆岩损伤严重、移动周期短、地表变形剧烈、地表裂缝发育等规律;发现神东上湾煤矿“基本顶破断-关键层断裂-地表主裂缝”呈“331”周期性传导规律,得出西部煤炭集约化开采覆岩及地表损伤具有周期性对应传导关系。揭示了覆岩损伤逐层上传、分区耗散的机理;提出了采动损伤能及极限损伤能临界值计算方法;建立了覆岩“三带”不同分区损伤系数与开采空间关系的损伤耗散模型,得出源头减损是控制开采损伤的主要途径。兼顾集约化开采特征,分别围绕覆岩损伤控制、地表变形控制等不同目的,提出了开采工艺参数优化、覆岩承载结构稳定性维持和变形调控减损的集约化开采源头减损关键技术,并给出工作面采高、面长及推进速度的合理区间。运用该方法对上湾煤矿12402工作面进行了开采优化,并用数值计算方法对比分析了优化前后覆岩损伤程度和控制效果。

建筑物抗采动设计及加固技术探讨

阐述了地下开采引起的地表移动和变形及其对地表房屋的影响情况,探讨了地表房屋的抗采动结构体系、结构设计及抗采动加固新技术,对塌陷区的地表房屋提出了设计及加固的措施和建议,拓宽了地下开采后地面建筑物保护研究的思路.