覆岩隔離注漿充填載荷傳遞效應及沉陷控制機理

《覆岩隔離注漿充填載荷傳遞效應及沉陷控制機理》是依託中國礦業大學，由軒大洋擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：覆岩隔離注漿充填載荷傳遞效應及沉陷控制機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：軒大洋
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

針對傳統離層充填沉陷控制方法注采比小導致採空區可壓縮量大、減沉率低的問題，提出利用主充填層位擴張離層、壓實採空區以形成載荷傳遞效應，並與隔離煤柱協同作用從而提高減沉率的“覆岩隔離注漿充填”新思路。本項目將利用自行研製的覆岩隔離注漿充填模擬系統開展實驗研究，以此為基礎考慮注漿充填參數與覆岩關鍵層特徵等因素，建立流固耦合數值模型並進行求解，確定主充填層位形成條件及注漿充填體的動態演化特徵；基於主層位內充填體形態模型，研究注漿充填體將上覆載荷向採空區傳遞的規律，確定採空區壓實承載特性及其內部所形成的支撐帶範圍與變形特徵，分析注漿充填參數對其控制作用；建立採空區支撐帶、覆岩注漿充填體與隔離煤柱的組合變形特徵與地表沉陷的定量關係，揭示覆岩隔離注漿充填地表沉陷控制機理。項目研究將為注漿充填參數最佳化提供理論依據。

結題摘要

建築物下壓煤開採是我國煤礦面臨的重大技術難題。針對傳統離層充填減沉方法注采比小、採空區可壓縮量大、減沉率低的問題，提出了利用注漿充填載荷傳遞效應增大可注空間、提高注采比，在採空區內形成壓實區承載體，並與隔離煤柱聯合作用從而提高減沉率的思路。建立了覆岩隔離注漿充填流固耦合模擬模型，得出了注漿充填體呈主層位分布規律。提出了注漿充填層位現場探測方法並進行了實測，驗證了注漿充填主層位。確定了注漿壓力與注漿時機對充填層位的影響，發現主層位主要受注漿時機影響，與注漿壓力的關係並不十分顯著。建立了多工作面隔離開採條件下的注漿充填體分布模型。各個工作面實施覆岩注漿充填後充填體分布相互獨立，當注漿層位岩層達到充分下沉時，可採用梯形模型計算。建立了覆岩隔離注漿充填壓實區形成的力學模型，利用物理模型進行了驗證。確定了注漿充填壓力向下傳遞到採空區的附加應力計算公式，導出了採空區壓縮量與壓實區寬度的計算公式，證明了注漿充填壓實區承載結構的有效性。研究了不同注漿充填參數對壓實區特性的影響。注漿壓力與采寬的增大有利於壓實區的形成，而采高與隔離層厚度加大後則不利於壓實區形成。注漿充填壓實區與隔離煤柱的聯合作用是覆岩隔離注漿充填控制地表沉陷的關鍵。基於岩層運動由下而上的傳遞規律，建立了覆岩隔離注漿充填開採地表沉陷預計方法，並編制了電腦程式。首先確定注漿層位並預計其下方岩層的下沉；根據注漿充填參數確定充填體分布；根據注漿層位下方岩層下沉與充填體分布，得出注漿層位上方岩層的下沉，從而求取注漿充填開採條件下的地表沉陷。該預計方法考慮了注漿充填參數等因素的影響，並得到了實測驗證。項目研究為注漿充填參數最佳化提供了理論依據，指導了淮北臨渙煤礦等礦井村莊壓煤開採實踐。