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。      

离层注浆防治地表塌陷的注浆量计算

地下煤层的大量开采，引起采空空间向地面的转移从而导致地表塌陷，造成危害。基于岩体中离层产生、发展的研究理论，提出利用“离层注浆防治地表塌陷技术”以控制地表塌陷。注浆量和与其相应的泵压是覆岩离层注浆工程实施防治地表塌陷成功与否的关键参数之一。通过对注浆机理及浆液流动模式的简论，给出了注浆量的两种计算方法并引入几个重要参数。文章指出了与计算所得注浆量相匹配的泵压，且给出一个在理论指导下的选型实例，为现场施工设计提供了理论依据。     

影响覆岩离层注浆减沉效果的地质因素

煤层开采后,采空区上覆岩层内产生离层现象,注浆充填离层可以减小地面沉陷。覆岩离层注浆减沉效果受离层带地层条件、离层围岩透水性和工程地质特性的影响,表现为离层的形成、宜于注浆的离层带的位置、注浆液的保存与支承力的维持。      

矿区塌陷控制与灾害防治技术研究

采矿区覆岩及地表塌陷是涉及全球性人为环境灾害之一，控制与防护由地下采矿引起的地表塌陷灾害的技术途径主要有地下开采技术措施、地层控制措施和地面防护措施。文章基于岩层移动理论，阐述了地下采矿引起的覆岩移动、变形和坡坏规律，及地表塌陷及环境的影响特征。讨论了沉陷控制与灾害防治的技术途径，提出了解决地面大面积塌陷控制的地下多层位联合注浆方法，探讨了覆岩离层注浆控制与减缓地表沉陷技术的理论、方法、研究现状及发展与应用前景。     

采空场覆岩变形数值模拟与相似模拟比较研究

用有限元数值计算尝试了离层模拟,并分别采用数值模拟与相似模拟的方法研究了木架山矿区143剖面倾斜采空场处理时的地表移动与覆岩破坏规律。研究发现,随着矿柱的崩落,覆岩跨度不断增加,引起的地表移动范围也不断增大,地表垂直沉降范围大致为跨度的1.5～1.7倍,垂直沉降曲线始终对称于最大沉降点;水平移动的范围大于垂直沉降的范围,最大水平移动量大约为最大沉降量的40 %,且水平移动不对称。另外,当覆岩发生整体下沉时离层主要存在于跨度两端,离层由层理剪切破坏引起。     

采后覆岩分带模型及工程意义探讨

采后覆岩力学状态与顶板事故、顶板水害等直接相关,有必要对采后覆岩结构进行深入研究。提出了覆岩结构“新四带”模型:垮落带、裂隙带、基岩离层带、松散冲积层带。结合前人的“三带”模型、“四带”模型进行了空间上对比分析,厘清了3种分带模型的空间关系。重点从覆岩内含水层水位受采动影响、光纤探测、顶板淋水现象等几个方面探讨了“新四带”模型的科学性,得出煤层上覆基岩内任何层段都可能产生离层裂隙(达到一定宏观尺度时称为离层空间)的结论。“三带”主要用来校核采煤支架的额定工作阻力以及指导防隔水煤(岩)柱的设计;“四带”可在一定程度上指导离层带注浆工程实践,但存在井下溃浆安全风险以及弱化“三带”原有工程价值的缺点;“新四带”传承了“三带”的工程意义,同时可有效指导顶板离层水害的防治。      

岩层及地表移动与冲击地压相关性研究

对岩层及地表移动规律的观测、室内试验和数值计算分析表明,采动覆岩层沉陷运动的不协调性造成裂隙带上部弯曲带岩体中产生大范围的离层空隙。随着工作面的推采,离层空隙周期性悬露垮断构成了上覆岩层及地表移动变形运动的不同特征。根据现场观测,砾岩层运动是矿井冲击地压发生的主要力源,地表下沉速度发生剧烈变化,冲击地压发生的频率较高,地表产生反弹时更为危险,且随着砾岩层的运动,冲击地压发生周期性变化。     

缓倾斜地层顶板离层水对综采工作面的危害及防治探讨

以重庆松藻矿区在打通的一综采工作面缓倾斜地层中掘进时发生的两次顶板水灾为例,对其顶板突水原因进行了探讨。通过分析该矿区的矿井地质及水文地质条件,认为矿井充水水源为上覆地层的离层水。该矿井的M7-3煤层开采后,导水裂隙切穿了上覆地层长兴组灰岩,贯通了玉龙山一段灰岩隔水层,进入玉龙岩二段岩溶裂隙含水层。由于含水层的上覆岩层在采掘过程中,因岩性差异发生不均衡沉降,形成了大量的离层空间。离层空间吸收、储存的大量地表降雨在采掘工作面推进到一定位置时,就会发生突水。据估算,S1821工作面上覆岩体离层、裂隙储水空间按三分之一计算为2.064×105m^2,与该工作面抢险救灾期间排出的涌水量基本吻合。根据该矿离层水的赋存特点,提出了保证排水系统畅通,加强采煤设备管理,提高采面设计水平的防治水对策。     

覆岩离层形成的力学判据研究

采区上覆岩层离层注浆是控制开采沉陷的重要技术,离层的形成和位置判别对正确实施离层注浆具有重要意义。分析认为,可注浆离层的产生需满足3个条件：弱面剪切破坏、岩层完整性和岩层组的岩性差异性条件。利用这3个条件和莫尔-库仑破坏准则,建立了完整的采区上覆岩层离层形成的力学判据。结合采区上方应力计算的解析解或数值方法可以准确地、方便地确定离层是否产生及产生位置。     

三维地震在煤矿开采中覆岩离层探测的试验研究

以山东济宁二号煤矿地下开采的覆岩变形为例,采用三维地震技术手段,在数据振幅保真处理的基础上,通过地震属性分析方法对由于地下采矿活动导致的离层发育情况进行了试验研究。结果表明:综合运用三维地震常规解释和三维地震振幅斜度属性分析技术,可以初步揭示覆岩离层的形态:在三维地震常规解释中,对于新采空区产生的覆岩离层,砂泥岩的强波阻抗反射特征将遭到破坏,而老采空区会因覆岩离层的闭合仍具有强反射特征;在地震振幅斜度属性与频率属性解释中,覆岩离层将导致地震波形、频率存在严重的畸变区域,即使与新采空区相邻的老采空区,其覆岩离层也会有明显的反应。通过类比分析,推断该区的覆岩离层范围为工作面后方50~80m,延伸距离160~180m,离层发育的最大尺度1m左右,两个注浆孔证实了此次三维地震推测的离层发育区范围及岩移的准确性。