固體充填採煤地表沉陷預計模型和方法研究

《固體充填採煤地表沉陷預計模型和方法研究》是依託中國礦業大學，由查劍鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：固體充填採煤地表沉陷預計模型和方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：查劍鋒
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

地表沉陷預計問題是固體充填採煤技術套用於複雜難採煤層（如建築物下、水體下、公路下）時面臨的核心問題。固體充填採煤地表沉陷是充填體變形及其與上覆岩層協同作用後在地表的顯現。項目圍繞充填體變形測試、充填體與上覆岩層協同變形、地表移動盆地動、靜態分布特徵等關鍵問題開展研究。擬通過高應力條件下固體材料級配、縮尺效應研究，提出顧及級配特徵的固體材料壓縮變形準確測試方法；通過覆岩對充填體小變形、緩和變形特徵的回響機理研究，建立顧及充填體非線性變形特徵的充填體與上覆岩層協同變形的動態力學模型；從固體充填採煤地表沉陷的長時、密集觀測角度，揭示固體充填開採地表點沉陷時序、尺度特徵以及地表移動盆地演化規律和靜態分布特徵。在此基礎上提出考慮充填體變形特性和覆岩運動特徵的地表沉陷預計方法。研究成果對解決固體充填開採解放三下壓煤、推動綠色開採技術發展、節能減排等具有重要理論價值。

結題摘要

固體充填採煤一種環境相容的開採沉陷控制技術，已在新汶、兗州、皖北、淮北等多個礦務局的“三下”（建築物下、水體下和鐵路下）壓煤開採中得到套用。建築物、水體等受護對象的特殊性以及“三下”壓煤開採面臨的種種經濟、社會問題，使得固體充填採煤地表沉陷預計成為該方法推廣套用中的核心問題之一。本項目針對固體充填採煤的地表沉陷預計開展了深入的基礎理論和套用研究，主要研究內容及成果為：系統研究了矸石的級配特徵，壓縮變形性質，提出了矸石壓縮應變本構方程以及大粒徑矸石壓縮應變測試方法；提出了固體充填模擬研究方法，給出了環境因素對相似材料模型的影響機理；提出了固體充填採煤相似材料模型的高精度連續監測方法，建立了基於液體靜力水準的固體充填地表沉陷連續變形監測系統。在分析固體充填採煤地表沉陷主控因素的基礎上，採用模擬研究、現場實測方法研究了固體充填採煤地表移動與變形規律，進而建立了固體充填採煤岩層移動的疊層板模型，同時基於隨機介質和連續介質耦合的方法，建立了固體充填採煤地表沉陷靜態、動態預計模型，並給出了參數的選取方法。項目研究成果花園煤礦、楊莊煤礦、濟三煤礦等多個礦區固體充填採煤地表沉陷預計中得到套用，有力推動了固體充填採煤技術的發展，豐富了開採沉陷預計理論和方法。 項目執行過程中，發表學術論文17 篇，其中SCI論文1 篇，EI論文5 篇；出版專著1部，合著專著1部；申報發明專利 3 項，授權發明專利 1項，授權實用新型專利 2 項；授權軟體著作權 4 項；培養博士研究生 3人，碩士研究生 6 人；在德國亞琛工業大學作為訪問學者訪學一年，訪問了德國布瑞維克、亞琛工業大學、SONCON公司、DMT公司、RAG公司等高校和企業；參加了國際礦山測量會議（德國亞琛）、中德開採沉陷控制學術會議（中國泰安）、國際礦山測量會議（中國徐州）等會議。；獲得煤炭工業協會科技進步獎二等獎一項。