一侧采空条件下隔离注浆充填减沉效果影响因素研究

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采动覆岩隔离注浆充填技术通过留设一定宽度的隔离煤柱,在工作面上覆离层空间高压注浆充填使工作面中部形成一定宽度的注浆充填压实区,构成“充填压实区—隔离煤柱—关键层”联合承载结构对上覆岩层进行支撑,从而有效控制地表沉陷。对于一侧采空条件下的注浆充填减沉效果研究较少,即开采第1个工作面不实施注浆充填而开采后续相邻工作面时实施注浆充填。本论文将针对一侧采空条件下注浆充填减沉效果的影响因素进行分析。论文以数值模拟为主要研究方法,从隔离煤柱、关键层特性、工作面采宽三个方面对一侧采空条件下的注浆充填减沉效果进行了研究,主要结论如下。研究了隔离煤柱对一侧采空条件下注浆充填减沉效果的影响。工作面间不留设煤柱或留设的煤柱宽度过小会导致浆液往相邻已采工作面上覆离层空间发生流动,影响注浆效果。留设一定宽度的隔离煤柱可以阻隔充填浆液往相邻已采工作面上覆同一层位离层空间发生流动,充填浆液在密闭空间支撑工作面上覆关键层,使其不发生破断。据此研究了一侧采空条件下隔离煤柱稳定性评估方法。模拟与理论计算结果表明,在一侧采空条件下所需的最小隔离煤柱宽度应不小于20~30m。研究了关键层赋存特征对一侧采空条件下注浆充填减沉效果的影响。无论工作面之间是否留设煤柱,工作面覆岩存在典型关键层时,一侧采空条件下注浆充填后的累计地表下沉小于工作面覆岩无典型关键层时的累积地表下沉。其主要原因是第一个非注浆充填工作面开采时关键层未破断,在其下方出现一定体积的离层空间,“吸收”了一定高度的开采空间,可阻隔一部分下沉从采空区往地表的传递;而工作面覆岩无典型关键层时,由于岩层间产生的下沉挠曲相差较小,工作面覆岩离层空间较小,下沉可从采空区传递到地表,在地表产生较大下沉。但需要指出的是,无论覆岩是否存在典型关键层,在相同注采比条件下,后续注浆充填工作面开采时地表新增下沉并无明显差别。研究了采宽对一侧采空条件下注浆充填减沉效果的影响。注采比52%条件下,地表新增倾斜变形值随工作面采宽增大而增加,工作面间留设50m煤柱时实施覆岩隔离注浆充填技术的极限采宽是200m。工作面间无隔离煤柱时,采宽大于等于150m的工作面实施覆岩隔离注浆充填技术,注采比达到52%仍会使地面建筑物发生损坏。
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