含水層下矸石充填采煤覆巖導水裂隙演化機理及控制研究.pdf

1、固體充填采煤是我國自主研發并具有獨立知識產權的技術,其技術內涵是采用機械化方式將矸石等固體廢棄物充填入采空區,開采傳統方式無法采出的煤炭資源并處理礦區固體廢棄物。由于充填入采空區的固體廢棄物控制了上覆巖層的移動和裂隙發育,為含水層下壓煤礦區提供了一條安全有效的技術途徑。
　　本文在簡要介紹固體充填采煤技術及其巖層控制理論的基礎上,采用理論分析、實驗測試、數值模擬、物理模擬和工程實踐等方法,系統研究了矸石充填采煤覆巖破壞程度和導水裂

2、隙帶發育范圍與充實率之間的定量關系,給出了裂隙帶形成過程中導水裂隙的演化規律。
　　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變形特征;建立了矸石充填采煤采場基巖彈性地基疊合梁力學模型,對矸石充填采煤采場覆巖的破壞條件和破壞高度進行了計算研究;對相同充實率的矸石充填采煤和等價采高垮落法開采進行了物理相似模擬,揭露了矸石充填采煤覆巖導水裂隙沿工作面縱向和橫向的發育特征和演化規律;對不同充實率下的矸

3、石充填采煤采場進行了數值模擬,掌握了充實率與導水裂隙帶高度的定量關系,設計了五溝煤礦試驗區域采空區充實率指標并進行了工程應用。論文主要成果及創新點如下:
　　(1)建立了矸石充填采煤覆巖彈性地基疊層組合梁力學計算模型,利用彈性地基系數表現固體充填材料的密實度特性,推導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,得出不同充實率條件下上覆巖層破壞的層數和高度。
　　(2)利用物理模擬的方法得出了:區別于對應等價采

4、高垮落法覆巖“逐層快速下沉”,充填采煤覆巖的移動特征為“整體緩慢下沉”;充填采煤覆巖破壞程度和導水裂隙帶高度均低于對應等價采高垮落法,其覆巖裂隙發育呈“產生-緩慢擴張”的特征,與等價采高垮落法開采“產生-迅速擴張-緩慢閉合”的發育特征截然不同,且覆巖裂隙寬度小。
　　(3)通過對不同充實率矸石充填采煤數值模擬結果的總結分析,得出矸石充填采煤覆巖導水裂隙帶高度與充實率指標的定量關系,并根據上述研究結果動態設計了試驗礦區矸石充填采煤工