采场覆岩离层发育规律与注浆减沉机理研究

摘要

本文应用环境控制条件下的新型相似材料模拟实验技术对唐山矿T2192工作面采场上覆岩层移动规律以及离层动态发育规律进行了模拟实验，获得了采场顶板垮落步距、断裂拱、导高和离层发育规律；实验测试了相似材料的硬化过程，得出了相似材料的抗弯强度和弹性模量随养护时间的延长而硬化的规律，回归得出了硬化曲线函数；试验研究了相似材料的流变力学特性。
　　在唐山矿铁二采区T2294和T2291工作面分别进行了上覆岩层移动规律以及离层动态发育规律的现场观测研究，研究表明T2294和T2291工作面上覆岩层分别属于分层依次下沉模型和分段周期下沉模型；利用井下仰斜导高观测仪对T2192工作面进行了导水裂隙带高度的现场观测研究，测得导水裂隙带高度大于162.3m。
　　根据新型相似材料模拟试验和现场观测等成果，采用弹塑性力学、流体力学和开采沉陷学等理论方法，建立了岩体工程模型，得出了采场覆岩结构演变的一般规律。研究了注浆条件下离层内承压浆液的力学作用、离层发育规律、浆液流动规律以及灰层沉积形态等，归纳出离层注浆的减沉机理，提出了基于注采比的注浆条件下的地表沉陷预计方法。
　　根据裂隙岩体的渗流特征，建立了浆液水在岩体中渗流的数学模型，从而得出了注浆水的赋存规律。试验研究了注浆浆液流体力学性能的温度效应，试验结果表明温度越低，浆液沉淀速度越慢。通过实验、理论分析和现场工程实践确定了合理的注浆浓度，为工程实践中提高浆液浓度，保证注浆效果提供了有力依据。
　　理论研究成果在开滦唐山矿铁二采区注浆减沉工程实践中得到了应用，在充分采动条件下，实施全采区注浆，地表减沉率超过50％，取得了显著的减沉效果。

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Contents

1 绪 论

1.1课题的提出

1.2 文献综述及国内外研究现状

1.3开采沉陷及注浆减沉课题中需要进一步研究的问题

1.4本文的研究内容、方法和主要工作

2 环境控制条件下的新型相似材料模拟实验技术与理论

2.1 恒湿恒温新型相似材料模拟实验方法

2.2 覆岩离层与沉陷规律的相似材料模拟实验

2.3 相似材料硬化过程曲线实验测试与曲线函数

2.4 相似材料试件的流变力学特性研究

2.5本章小结

3综放开采覆岩移动变形与离层发育规律实测研究

3.1现场实测研究的目的与意义

3.2地表钻孔岩移与离层动态发育规律观测

3.3井下钻孔采场覆岩导水裂隙带高度观测

3.4本章小结

4 采场覆岩离层动态发育规律与注浆减沉机理研究

4.1 采场覆岩结构演变分析

4.2 覆岩离层带注浆减沉机理研究

4.3离层空间体积与最大允许注浆量研究

4.4注浆减沉条件下的地表沉陷预计方法

4.5本章小结

5 浆液水渗流规律与注浆材料性能研究

5.1裂隙岩体渗流理论基础

5.2 覆岩离层带内浆液水渗流模型的建立

5.3 注浆材料性能试验

5.4 本章小结

6 开滦唐山煤矿铁二采区覆岩离层注浆减沉工程实验

6.1 铁二采区地质开采条件

6.2铁二采区注浆减沉工程简介

7 主要研究成果与结论

7.1 主要结论

7.2 本文创新点

致谢

攻读博士期间发表论文和参加的科研项目

参考文献