重复采动覆岩离层井下钻孔注浆充填减沉技术北大核心

覆岩离层注浆充填减沉技术是煤矿绿色开采体系中的重要组成部分,以焦作矿区古汉山矿16032下分层工作面覆岩离层注浆充填为工程背景,从综合考虑覆岩结构和地表沉降规律的研究思路出发,提出了根据最大下沉角确定缓斜煤层重复采动覆岩离层水平位置的方法;建立了利用井下已有注浆管路系统、在井下大巷布置钻场和斜上钻孔对工作面覆岩离层进行注浆充填的方法;沿工作面走向布置5个钻场,每个钻场布置3个仰斜钻孔,由下至上分别指向亚关键层下方离层区、亚关键层与主关键层间的软硬岩交互区、主关键层下方离层区,终孔位置位于最大下沉线附近。现场监测结果表明:注浆后地表最大下沉量仅0.3 m左右,有效控制了地面沉降状况。受地层产状稳定性、岩体结构以及岩石物理力学性质测试准确性等的影响,关键层位置及离层靶区的准确识别较为困难;在实施井下覆岩离层注浆时,不仅应参考覆岩关键层位判别结果,还应根据覆岩柱状分阶段多次“钻进-注浆”交替进行的方式探索最合理的离层注浆层位。     

覆岩离层注浆充填分带模型及工程应用

在现有“三带”理论、“四带”模型的基础上,对覆岩离层注浆充填后的覆岩状态沿工作面走向由下至上划分了破裂垮落重组带、安全隔离带、基岩完整带和松散层冲积层带的覆岩离层注浆充填“四带”。工程实践结果表明,采煤工作面覆岩离层注浆充填后,下沉值满足了“三下”采煤规范中建（构）筑物保护等级Ⅰ级标准,注浆预警区、过渡区未出现突然沉降、不均匀沉降等现象。该分带模型对同类覆岩离层注浆充填工程技术推广应用有一定的指导意义。     

覆岩离层注浆充填及减沉应用效果

<正>覆岩离层注浆充填,是利用岩移过程中覆岩内形成的离层空洞,从钻孔向离层空洞充填外来材料来支撑覆岩,从而减缓覆岩移动往地表的传播。覆岩离层注浆减缓地表沉降,是一项较有效的新技术。随着工作面推进一定距离,在合适岩层结构条件下,覆岩内就会有离层产生,并且具有一定的挠度、一定时间内离层空间体积的存在。这时开始进行离层空间注浆充填,当注满后,随着工作面的推进,注满的离层空间一端向前(随工作面的推进)扩展,露出新的离层空间,再注满,再离层扩展……,直至     

超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填技术

为了解决传统覆岩离层注浆减沉技术实施后离层区内大量承压可流动水体所带来的问题,结合超高水材料基本性能,以岩层控制的关键层理论为指导,提出了超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填技术。该技术将超高水材料浆液充满关键层下的离层空间、冒落带垮落矸石间缝隙以及裂缝带裂隙,凝固后的充填体控制上覆岩活动。根据以往覆岩离层注浆实践结果及超高水材料注浆充填技术在假想工作面的应用可知:超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填的减沉率在80%～90%,有助实现"三下"压煤开采的高产高效。     

覆岩离层注浆充填保护地面高压线路试验研究

采用覆岩离层充填控制地表沉陷技术对济宁二号煤矿4302工作面开采保护地面高压线路进行了试验研究。针对工作面地质和采矿技术条件,设计了合理的覆岩离层充填实施方案,包括注浆站、注浆井、注浆管路、注浆运行系统及工艺流程。通过对地表及高压线杆移动观测站数据进行分析,得出覆岩离层充填后的地表下沉曲线、地表减沉率以及高压线杆的下沉与偏斜值。试验结果表明,覆岩离层充填后地表减沉效果明显,高压线杆偏斜均未超过其允许限差,高压线路正常运行。     

覆岩离层注浆充填开采方案及应用分析

为解决铁路下压煤影响煤炭资源释放,以及煤矿开采造成的地表采空区塌陷、矸石排放污染环境等难题,基于覆岩离层注浆减沉技术原理,对门克庆煤矿3101工作面开采地面铁路环线保护煤柱下资源进行研究,详细介绍了覆岩离层注浆充填方案。应用效果表明:采用覆岩离层注浆减沉技术,能够人为形成充填压实承载体、改变覆岩活动状态、大幅度控制地表沉降,和未注浆开采相比,地表减沉率达69.5%～71.1%,充填效果良好。     

通过岩芯分析工作面覆岩离层层位和离层量

为确定离层注浆技术中离层层位和离层量,分析覆岩中离层发育的机理,应用梁式力学模型构建了覆岩离层量的计算公式,分析得出某矿3309工作面覆岩离层带为四层,离层量从下至上依次为2.75 m、2.49 m、2.01 m和2.57 m。设计注浆钻孔,并采用岩芯取样、钻孔摄影和物探三种方法对覆岩注浆后充填粉煤灰的分布情况进行分析,综合三种观测方法可以看出覆岩离层层位和离层量与理论计算结果高度吻合。说明该方法判断覆岩离层层位和离层量正确可行。     

覆岩离层分区隔离注浆充填减沉技术的理论研究

分析了关键层下离层动态发育对离层充填的影响，针对目前离层区充填工艺不能阻止覆岩关键层初次破断的问题，提出了“覆岩离层分区隔离注浆充填”技术，它综合离层充填与条带开采技术的优点，通过离层区充填置换或减小分区隔离煤柱宽度，使“离层区充填体+关键层+分区隔离煤柱”形成共同承载体，从而达到有效减缓地面沉降的目的，提高了煤层采出率，促进了覆岩离层充填减沉技术的发展.采用数值模拟方法对离层分区隔离注浆充填原理作了进一步证实，并对其适用条件进行了分析.     

覆岩离层注浆减沉技术的应用与发展现状

在分析覆岩离层注浆减沉机理基础上,对我国矿区注浆减沉试验情况进行了统计分析,得出覆岩离层注浆是一项有效的地层控制措施,在采矿和地质条件允许的情况下,地表减沉率达到36%~65%。对近年来覆岩离层注浆减沉理论的发展进行了综述,指出高性能注浆材料、注浆系统优化和注浆减沉效果的定量评价标准仍是需要深入研究的课题。分析了影响注浆减沉效果的采矿和注浆工程因素,指出在充分掌握工作面上方覆岩离层动态发育规律的基础上,合理确定注浆层位以及适宜的注浆时机,加大注浆量才能保证注浆减沉效果。     

离层注浆技术在冲击地压防治中的应用

针对华丰煤矿巨厚砾岩覆岩运动引起的冲击地压灾害现状,分析了离层注浆控制覆岩运动的作用机理,并结合矿井离层注浆工程实例,探讨了离层注浆技术在冲击危险矿井中防灾减沉的作用效果.覆岩离层通过注浆充填,可使地表减沉率达50％以上,能有效地控制离层上覆岩层的垮落运动,大大减轻了因巨厚砾岩断裂引起的冲击地压危险.作为一种积极主动治理矿井灾害的方法,离层注浆技术实现了煤矿安全绿色开采,取得了明显的经济效益和社会效益.     

实施安全离层注浆的覆岩离层位置初探

通过对文献资料的分析,初步掌握了采动覆岩“三带”的破坏特征,离层产生的位置及条件。掌握了可用于注浆充填的覆岩离层,提出了在弯曲带接近于断裂带的离层中也不能实施注浆的观点。     

巨厚火成岩下岩层注浆充填效果钻孔探测研究

为了检验海孜煤矿巨厚火成岩下岩层和采空区注浆充填效果,评价注浆充填对火成岩的支撑作用,在已实施注浆充填的采区进行了钻孔探测研究。结果表明:采空区至巨厚火成岩底界面存在多个注浆充填层位,充填总厚度达1.67 m,占煤层开采厚度的72.6%;结合地表下沉、煤层采高、充填体厚度等计算得出,注浆充填后地层残余空间高度仅0.10 m,该空间被垮落带碎胀岩体充填,说明覆岩离层和采空区空隙被充填密实,注浆充填对巨厚火成岩起到了支撑作用。     

采动覆岩与地表下沉关系模型及离层量估算方法

地下开采可能导致地表沉陷、基础设施损毁、土地破坏或地面积水等,进而诱发生态环境恶化。而采空区固体充填和覆岩离层注浆是控制岩层移动,减小采动损害的有效技术手段。传统的覆岩离层注浆往往采用关键层理论、数值模拟、相似材料模型实验和理论分析手段,因涉及的物理力学参数多、边界条件限制等,计算过程复杂,仅能给出离层层位,难以定量确定离层量。开采沉陷研究表明,采动覆岩与地表移动方向指向采空中心,移动边界可以简化为线性边界,基于下沉盆地主断面上地表下沉与任一覆岩下沉的面积相等和煤系地层的层状特征,构建了采动覆岩与地表下沉的关系模型,较好地反映了覆岩与地表下沉随边界角、工作面宽度、开采深度的发展演化规律。采动覆岩与地表下沉比值随埋藏深度增加而增大,反映了采动下沉效应从顶板向覆岩、地表的传递规律;随着宽深比的增加,同一层位岩层下沉与地表下沉比值减小,地表下沉增大;当边界角减小时,地表下沉范围增大,地表下沉值减小。结合钻孔揭示的覆岩结构与组合,可以逐层计算上覆岩层和地表的下沉值,利用两相邻岩层下沉的非一致性,可以确定各岩层间的离层量,通过计算导水裂隙带高度,剔除导水裂隙带内无法形成封闭充填空间的无效离层,进...     

控制采动区桥梁移动变形方法研究

为研究采动区桥梁移动变形规律,根据地表及桥梁移动变形观测数据,采用概率积分法预测地表沉降,获得地表移动预计值.结合大平矿采矿地质条件和观测数据以及地表移动预测数据,设计采用覆岩离层多层位注浆法控制采动区地表下沉,并对覆岩层的变形规律、离层的动态发育与离层注浆减沉机理进行了分析,设计了注浆钻孔的间距、孔位、注浆层位、终孔...     

东滩矿区离层发育的ADINA接触算法分析

覆岩采动离层空间的发育是实施离层注浆充填减沉技术的关键所在。依据覆岩离层产生的机理,利用ADINA有限元软件中有摩擦的接触分析和重启动分析技术,模拟分析了东滩煤层覆岩随工作面推进上方岩层的应力、位移规律及离层的产生、发展规律,采用离散单元节点拟和方法获得了覆岩离层量并与实际工程进行了对比。结果表明:ADINA接触单元能有效地模拟离层发育特征,各岩层的抗弯刚度的差异是引起覆岩离层的主要原因。     

综采工作面垮落带注浆充填开采覆岩采动裂隙定量表征试验研究

为定量表征冒落区注浆充填对覆岩采动损伤程度的影响,以任家庄煤矿110903工作面为研究背景,开展垮落法开采和垮落带充填法开采物理相似模拟实验,运用分形理论研究两者覆岩裂隙演化特征,并对其覆岩运移规律进行对比分析。研究结果表明,垮落法开采后采动裂隙分形维数变化规律为迅速上升-缓慢下降-缓慢上升-急剧上升,注浆充填开采后变化规律呈迅速上升-迅速下降-缓慢下降-缓慢上升;将采动裂隙发育网络划分为离层裂隙区、离层压实区、垮落裂隙区、竖向破断裂隙区四个区域,对比垮落法开采和垮落带充填法开采,充填后采场覆岩裂隙不发育,离层压实区范围较小,发育高度仅为21.96 m;注浆充填开采后各关键层下沉量显著减小,关键层2最大下沉量出现在顶板初次破断处,垮落法开采后关键层2最大下沉量出现在采空区中部。垮落带注浆充填开采能有效改善覆岩裂隙损伤、控制覆岩裂隙发育、减缓覆岩下沉,该成果可以为任家庄煤矿充填开采控制地表沉降提供一定的理论依据。     

煤层群开采覆岩离层注浆减沉实验与研究

文章对煤层群开采的覆岩离层注浆层位、钻孔位置及注浆钻孔结构的确定 ,注浆系统的建立 ,地表沉陷监测等进行了全面的论述 ,分析了注浆减沉效果     

煤层群开采履岩离层注浆减沉实验与研究

文章对煤层群开采的覆岩离层注浆层位、钻孔位置及注浆钻孔结构的确定,注浆系统的建立,地表沉陷监测等进行了全面的论述,分析了注浆减沉效果。     

基于岩层移动类双曲线模型的水资源“浅保-深储”方法

针对煤炭开采导致地下水位下降和地表植被破坏等生态问题,基于保水采煤的科学内涵和采动覆岩移动类双曲线模型,建立了采动覆岩不同层位含水层“浅保-深储”差异化保护方法。即在上覆岩层破坏损伤最窄的主关键层下离层区注浆控制其上部岩层不破断,保护潜水水位和地表生态;其下部破坏的含水层利用采空区垮落岩体的空隙储存起来,经自净化后再利用。“浅保-深储”模型融合了采空区充填和煤矿地下水库保水的各自优势,并给出其适用的覆岩条件。根据采动覆岩“类双曲线”破坏移动特征,理论推导了主关键层下离层区初次注浆、周期注浆步距以及注采比,分析了注采比受主控参数的影响规律,得知注采比随垮落角和主关键层与煤层间距的增大而减小,随充分采动角和工作面推进距离的增大而增大。采用现场实测注浆数据对理论注采比进行验证,2者基本吻合。采用数值模拟对比分析了覆岩含水层“浅保-深储”、采空区充填保水地下水库的储水效果和煤柱稳定性,获得了采动覆岩移动和地下水流动均具有显著的“类双曲线”特征。基于理论注采比在主关键层下离层区注浆能够实现不同层位含水层“浅保-深储”,且该保水方法煤柱支承压力最大可降低60.8%,显著提高了储水采空区隔水煤柱的安...     

关于岩层移动过程中的离层位置判别

通过对煤矿开采中的覆岩移动和破坏进行了分析和研究,初步得到了可能发生岩层离层的层位以及离层在开采过程中的位置变化。提出了动态地计算离层位置的基本公式,为在离层注浆技术中判断离层位置提供了理论依据。