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《地表微沉降充填開采技術(shù)試驗(yàn)研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、地表微沉降充填開采技術(shù)試驗(yàn)研究第1章緒論1.1引言煤炭是我國的重要能源之一，仍舊是我國的國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)資源[1]?？v觀能源結(jié)構(gòu)圖可以看出：我國仍然是一個以煤炭作為主要能源消耗的國家，這一能源消耗現(xiàn)狀將長期存在下去，主要取決于我國是一個富煤貧油而少氣的地下能源儲存狀況。我們就以2005年和2010年為例：2005年在我國能源結(jié)構(gòu)消耗中煤炭消耗約占72.00%，石油消耗約占18.00%，天然氣消耗約占2.80%，其他消耗約占7.20%;到2010年這一比例分別為：煤炭76.60%，石油11.30%,天然氣3.90%，其他8.20%[2]。這一比例說明：①在我國
2、煤炭仍然是最主要的能源并且占據(jù)較大比重；②煤炭的消耗量仍在不斷增加、所占比重越來越大。所以，煤炭仍然是我國未來的主要消耗能源，這一情況短期內(nèi)一直存在。根據(jù)有關(guān)專家的預(yù)測和分析，考慮到環(huán)境保護(hù)、盡量控制具有溫室效應(yīng)氣體的排放及資源合理利用。截止到2050年,我國的煤炭消耗量在整個能源消耗結(jié)構(gòu)圖中仍要占據(jù)40%-45%的比重。地下開采（采動）使上覆巖層造成破壞、覆巖的移動使地表變形，破壞了地面建筑物、道路、管路、水體、及耕地，這就影響和破壞了生態(tài)環(huán)境，如何減少這種破壞，成為了礦業(yè)學(xué)科重點(diǎn)研究的領(lǐng)域。開采引起地表沉陷問題一直未得到解決，也引起了人們的廣泛關(guān)注。15到16世紀(jì)時，人
3、們制定了強(qiáng)制的法律措施，避免幵采沉陷造成的損害，對于地下開采造成的地表破壞進(jìn)行懲處。所以，.探究采動破壞規(guī)律和覆巖運(yùn)動規(guī)律，減小地表破壞，成為目前采礦工需要解決的問題。為了減少開采破壞影響，人們嘗試了多種方法，歸納起來主要有地面保護(hù)措施和井下開采措施，這兩類措施為我國的三下釆煤創(chuàng)造了巨大的效益，但也存在許多問題。采動離層注裝充填，即從地表打鉆至采動覆巖破壞過程中所形成的離層空間，利用充填工藝通過鉆孔向離層空間注入充填材料，進(jìn)而抑制離層空間之上的巖層變形和破壞，使地表沉降變小，保護(hù)地表建筑物和生態(tài)環(huán)境免遭破壞[3]。..1.2課題研究的目的和意義隨著好采的塊段越來越少，三下壓
4、煤成為目前必須面臨的問題，而建筑物下壓煤量占的比重最大，怎么合理開采建下壓煤，并且減少對建筑物及其周圍生態(tài)環(huán)境的影響必須提上日程。建下開采煤炭，需要考慮的因素很多，不管制定怎樣的保護(hù)措施和破壞預(yù)計(jì)，傳統(tǒng)采空區(qū)處理方法依然不能從根本上解決問題[5]。房屋及生態(tài)環(huán)境的破壞如圖1-1。高水材料具有早強(qiáng)快硬、流動性好、初凝時間可調(diào)等特點(diǎn)，生成的固結(jié)體不收縮，體應(yīng)變小，在三向受力狀態(tài)下有良好的不可壓縮性，易于遠(yuǎn)距離輸送，機(jī)械化程度高使采空區(qū)充填技術(shù)的可靠性得到大幅度提高，從而降低甚至消除地表沉降，保護(hù)地表建筑物和生態(tài)環(huán)境。而傳統(tǒng)的留設(shè)煤柱條帶開采，造成資源的極大浪費(fèi)替代地面設(shè)施下的保
5、護(hù)煤柱，解放三下壓煤，充填的高水材料可以代替原始開采方法留下的條帶等系列煤柱，避免資源浪費(fèi)。研究高水材料合理的灌注速度和凝固時間對于地表微沉降的煤礦充填幵采技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有指導(dǎo)意義，對于三下壓煤的開采和保護(hù)地面建筑、生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時降低了勞動強(qiáng)度、改善了工作環(huán)境，對社會以人為本、和諧發(fā)展具有重要的意義。.第2章采空區(qū)上覆巖層活動規(guī)律的理論分析2.1采空區(qū)上覆巖層破壞規(guī)律研究現(xiàn)狀1885年，法國人法約爾基于現(xiàn)場觀測與他進(jìn)行模型研究，經(jīng)過大量的驗(yàn)證提出了開采沉陷的拱形理論。19世紀(jì)末期，豪斯建立的開采沉陷模式，即在采空區(qū)上方首先形成倒梯形的冒落和裂縫綜合帶，高度為采
6、厚的（30?50)倍，之上為純粹彎曲帶[48]，這與現(xiàn)代的理論很接近了。20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)采用相似材料模型研究上覆巖體的破壞情形，得出采空區(qū)上方覆巖冒落、破壞以及整體彎曲的特征60年代，又進(jìn)行了深井鉆孔（用鈷60作為測點(diǎn)標(biāo)志）觀測覆巖移動，得出各層中點(diǎn)的下沉情況，而且出現(xiàn)了離層現(xiàn)象，水平移動機(jī)理并未得出。我國自20世紀(jì)60年代，先后在専莊、淮南、開溁、峰峰、大屯等礦區(qū)開展了覆巖破壞特征觀測，其觀測方法，有地面打鉆用膨脹木等作為深部測點(diǎn)，有地面打鉆和井下石門相結(jié)合的辦法，多數(shù)鉆孔用沖洗液消耗量方法觀測冒裂帶高度。煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所和中國礦業(yè)大學(xué)引進(jìn)了美國SI
7、NCO公司生產(chǎn)的鉆孔伸長儀和鉆孔傾斜儀，來觀測巖土內(nèi)部位移和變形，先后用于邢臺、淮南、撫順等地觀測巖體內(nèi)部移動變形特征。通過大量巖體內(nèi)部觀測及相似材料模型研究，形成了以上覆巖層移動為中心的傳遞巖梁礦壓學(xué)說和上覆巖層較連接的砌體梁礦壓學(xué)說[49]采場上覆巖層破壞變形在空間上形成了三帶:冒落帶、裂縫帶和彎曲下沉帶（也叫頂三帶)，這個結(jié)論為我們解決水體下、建筑物下、鐵路下采煤、地面與井巷環(huán)境保護(hù)提供了理論基礎(chǔ)和依據(jù)。2.2采空區(qū)上覆巖層破壞規(guī)律在正常的采礦地質(zhì)條件下，采用長壁式全部垮落采煤法時，采場頂、底板巖層、所采煤層
