桃山矿三井高水材料充填开采控制地表沉陷的研究

摘要

建筑物下高水材料充填开采技术是提高采出率、保护地表和实现建筑物不搬迁采煤的绿色采矿新技术，也是实现可持续发展和缓解我国煤炭资源紧张形势的有效途径。论文针对桃山煤矿三井开采时地面建筑物沉陷的问题，采用现场观测、实验室测定、理论分析、数值模拟及工业试验相结合的方法，探索实施地表无沉陷、回采率高、安全高效的高水材料非全部充填采煤技术。　　通过现场观测、实验室顶板岩石力学参数测定和理论分析，结合煤层的顶板条件、开采厚度、回采工艺，从上覆岩层关键层理论出发，确定了高水材料条带充填开采技术方案、高水材料条带的自身尺寸及在采空区内的布置方式等。　　通过FLAC3D数值模拟全部垮落法、煤柱支撑法、高水材料充填法采后地表变形预测模拟图，验证了高水材料充填开采的可行性;通过现场工业试验及顶板移动和地表沉陷情况观测，证实了高水材料充填开采对顶板移动和地表沉陷能够有效控制。　　论文的研究成果为桃山煤矿三井充填开采技术提供了理论和技术支持，有效的解决了生产中存在的问题。该项目的研究与工程应用，以期为黑龙江矿区乃至全国矿区建构筑物下煤层群压煤开采问题提供借鉴与参考。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的目的意义

1．2 国内外研究概况

1．3 研究内容、方法、技术路线及论文特色与创新之处

1．3．1 研究内容、方法、技术路线

1．3．2 论文特色与创新之处

2 桃山矿三井概况与采空区顶板控制技术方案确定

2．1 桃山矿三井自然地质概况及开采现状

2．1．1 桃山矿三井自然概况

2．1．2 桃山矿三井井田范围及尚有资源储量

2．1．3 桃山矿三井煤层地质特征

2．1．4 桃山矿开采现状

2．2 桃山矿三井煤岩物理力学参数实验

2．2．1 采样地点及试样加工

2．2．2 实验设备及仪器

2．2．3 实验结果

2．3 采空区顶板防沉技术方案优选确定

2．3．1 采空区顶板控制关键技术

2．3．2 高水材料走向条带充填开采技术

2．4 本章小结

3 高水材料充填开采技术及地表变形特点分析

3．1 高水材料配比及强度

3．2 高水材料走向条带充填的充填宽度和间距

3．2．1 覆岩载荷计算

3．2．2 高水材料走向条带充填间距

3．3 高水材料走向条带充填开采布置方式

3．4 高水材料充填开采前后地表变形特点分析

3．4．1 已采与未采区域之间的空间位置关系

3．4．2 煤层间距情况

3．4．3 85#与87#煤层开采引起的地表变形分析

3．4．4 93#与94#煤层开采引起的地表变形分析

3．5 本章小结

4 桃山矿三井高水材料充填开采数值模拟研究

4．1 数值模拟软件简介

4．2 桃山矿三井三维数值模型的建立

4．2．1 桃山矿三井模型建立的相关原则

4．2．2 桃山矿三井模型岩体力学参数的确定

4．2．3 桃山矿三井模型范围的确定

4．3 桃山矿三井数值模拟过程

4．3．1 桃山矿三井高水材料条带宽度与间距塑性状态模拟图

4．3．2 桃山矿三井地表变形预测模拟图

4．4 桃山矿三井数值模拟结果总结分析

4．5 本章小结

5 现场工业试验及效果分析

5．1 现场工业试验

5．1．1 充采方案确定

5．1．2 充填系统及工艺设计

5．2 现场观测方案

5．2．1 地表监测区域确定

5．2．2 监测区内测点布置

5．2．3 观测内容

5．2．4 辅助观测及观测内容

5．3 现场观测效果及分析

5．3．1 观测原始数据

5．3．2 观测数据处理

5．3．3 观测数据结果分析

5．3．4 现场观测效果

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 建议展望

参考文献

附录

作者简介

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