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停采线侧村庄压煤采动覆岩隔离注浆充填钻孔布置的研究

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1 绪论

1.1 问题的提出与研究意义(Introduction of the Problem and Research Meaning)

1.2 文献综述(Literature Review)

1.3 主要研究内容与技术路线(Research Contents and Research Methods)

2 停采线侧隔离注浆充填理论研究

2.1 采动覆岩隔离注浆充填理论(Theory of Grouting Backfill into the Isolated Areas within Overburden)

2.2 停采线侧隔离注浆充填基本涵义和主要问题(Basic Meaning and Main Problems of Grouting Backfill into the Isolated Areas within Overburden on Stopping Line)

2.3 停采线侧隔离注浆充填控制区域的确定原则(Determination Principle of Control Area of Grouting Backfill into the Isolated Areas within Overburden on Stopping Line)

3停采线侧隔离注浆充填控制区域的模拟研究

3.1 相似模拟实验理论基础(Theoretical Basis of Analogous Simulation Experiment)

3.2 相似模拟实验方法(Analogous Simulation Experimental Method)

3.3 相似模拟实验过程(Analogous Simulation Experimental Process)

3.4 第1组孔与压煤线不同间距时地表下沉规律(Surface Subsidence Law Conditioned on Various Distance from the First Grouting Borehole Position to Village-overlaid Coal Boundary)

3.5 停采线与压煤线不同间距时地表下沉规律(Surface Subsidence Law Conditioned on Various Distance from Stopping Line to Village-overlaid Coal Boundary)

3.6 本章小结(Chapter Conclusion)

4 停采线侧隔离注浆充填钻孔变形破坏的模拟研究4 Analogous Simulation Study on Grouting Borehole Deformation Failure of Grouting Backfill into the Isolated Areas within Overburden on Stopping Line

4.1 钻孔与围岩共同作用机理力学分析(Mechanical Analysis of Mechanism of Interaction of Grouting Borehole and Surrounding Rock)

4.2 钻孔在工作面推过前后变形破坏规律(Deformation Failure Law of Grouting Borehole during the Longwall Face Passing Its Position)

4.3 钻孔破坏形式(Grouting Borehole Failure Modes)

4.4 本章小结(Chapter Conclusion)

5 停采线侧隔离注浆充填的工程实践及实测验证

5.1 试验工作面基本条件(Tested Working Face Basic Condition)

5.2 试验工作面第1组孔的位置对村庄区域减沉的效果验证

6 主要结论与展望

6.1 主要结论(Main Conclusion)

6.2 工作展望(Work Outlook)

参考文献

作者简历

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摘要

停采线侧村庄压煤是指工作面仅在停采线一侧被地面村庄所压覆,采动覆岩隔离注浆充填是利用离层内注浆充填体和隔离煤柱联合控制关键层和地表下沉的一种充填开采方法。对于此类压煤的隔离注浆充填开采而言,其核心与关键是确定第1组注浆钻孔的位置,它决定注浆时机、注浆充填控制范围,以至最终的充填控制效果。由于停采线侧压煤工作面前期均采用垮落式开采,导致压煤区域上方地表产生超前下沉,使得第1组注浆钻孔布置与全工作面注浆充填时有所不同。为确定此类压煤第1组注浆钻孔的布置以及在采动过程中经受的变形规律,论文综合采用理论分析、物理模拟、现场实测等方法开展研究。
  理论研究表明,停采线侧注浆充填时第1组注浆钻孔布置的主要原则是注浆钻孔发挥作用后应使紧邻村庄压煤区域的主关键层块体不受后方断裂块体的回转影响,从而控制压煤区域覆岩的稳定,有效控制地表沉陷,保护地面村庄。
  模拟实验结果表明,第1组注浆钻孔、停采线与压煤线间距均对地表沉陷控制效果产生影响。第1组注浆钻孔布置在压煤线上方或以内时,由于注浆时机过于滞后,使得地表村庄区域无法得到有效保护;当其布置在压煤线以外时,随着钻孔与压煤线间距加大,注浆充填对村庄的减沉控制效果逐渐加强,但超过临界值(150m)时减沉效果趋于稳定。此外,由于充填浆体的支撑作用限制了注浆层位上方覆岩的移动变形,水平变形在钻孔全段出现“两头大、中间小”、拉伸和压缩变形交替出现的规律。
  停采线侧注浆充填钻孔布置原则已成功应用于淮北某矿7226工作面,通过将第1组注浆钻孔分别布置在压煤线以外178m、147m,成功实现了覆岩隔离注浆充填不迁村采煤,村庄区域最大变形值0.091mm/m,远小于“三下”规程规定的I级损坏临界值2 mm/m,安全采出煤量56万t,工程效果显著。

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