浅埋煤层条带充填保水开采岩层控制

前言

1 绪论

1.1 浅埋煤层岩层控制理论

1.1.1 浅埋煤层的矿压特征

1.1.2 浅埋煤层的特征与分类

1.1.3 浅埋煤层顶板结构理论

1.2 浅埋煤层保水开采研究

1.2.1 浅埋煤层顶板破断的空间结构形态

1.2.2 保水开采条件与隔水层稳定性

1.3 部分开采顶板控制理论

1.4 充填开采方法与技术

1.4.1 充填开采技术进展

1.4.2 充填材料及其力学特性

1.4.3 充填体的力学作用机理

1.4.4 条带充填开采岩层控制理论

2 覆岩地质条件及保水开采分类

2.1 煤层赋存条件

2.1.1 自然地理

2.1.2 地质构造特征

2.1.3 煤层赋存特征

2.1.4 煤层顶板基岩特征

2.2 覆岩工程地质特征

2.2.1 煤层覆岩结构类型

2.2.2 风化带工程地质特征

2.2.3 顶板基岩工程地质特征

2.2.4 隔水层工程地质特征

2.2.5 黏土隔水层应力应变及渗透系数变化规律

2.3 煤与水赋存的空间组合关系

2.4 萨拉乌苏组及其地下水资源

2.5 保水开采分类与分区

2.5.1 保水开采分类

2.5.2 保水开采分区

2.6 特殊保水开采区覆岩类型

2.6.1 特殊保水区分布状况

2.6.2 覆岩结构类型

3 柔性条带充填原理及充填材料研究

3.1 柔性条带充填开采原理

3.1.1 条带充填方法

3.1.2 柔性条带充填开采技术原理

3.1.3 柔性条带充填方式

3.1.4 条带充填工艺

3.2 陕北风积沙的工程特性

3.2.1 陕北风沙滩地区分布状况

3.2.2 陕北风积沙物理特性

3.3 膏体充填材料的特点及可泵性

3.3.1 膏体充填材料的特点

3.3.2 膏体充填材料的可泵性

3.4 充填体强度的确定

3.4.1 早期强度

3.4.2 后期强度

3.4.3 膏体充填材料强度的确定

4 条带充填的隔水岩组稳定性实验研究

4.1 条带充填物理相似模拟实验设计

4.1.1 相似条件及相似参数

4.1.2 黏土隔水层的相似性研究

4.1.3 柔性充填材料的相似性研究

4.1.4 模型布置

4.2 条带充填开采隔水岩组稳定性的物理模拟

4.2.1 柔性条带充填开采上行裂隙和下行裂隙发育规律

4.2.2 中部基岩下沉规律

4.2.3 隔水层及其支撑岩柱移动规律

4.2.4 充填材料强度对覆岩的控制作用

4.2.5 充填条带载荷量及压缩量变化规律

4.3 条带充填开采数值模拟研究

4.3.1 条带充填数值计算模型

4.3.2 覆岩应力场和塑性区分布特征

5 条带充填保水开采的隔水岩组力学模型

5.1 隔水岩组结构力学模型

5.2 隔水岩组下沉曲线分析

5.3 上行裂隙发育高度分析

5.4 下行裂隙发育分析

5.4.1 下行裂隙发育深度

5.4.2 下行裂隙发育位置

6 充填条带和隔水岩组稳定性控制因素

6.1 岩柱载荷量及岩柱压缩量

6.2 充填条带载荷和压缩量

6.2.1 充填条带载荷量及充填条带压缩量

6.2.2 充填条带压缩量的相似材料试验

6.2.3 充填条带压缩量影响因素

6.3 隔水岩组下沉量影响因素

6.4 上行裂隙发育高度影响因素分析

6.5 下行裂隙发育深度影响因素分析

6.6 隔水岩组稳定性影响因素总结

7 条带充填开采隔水岩组稳定性判据

7.1 隔水岩组稳定性判据

7.2 基岩黏土型覆岩合理充填参数确定方法

参考文献

附图2100433B

《浅埋煤层条带充填保水开采岩层控制》以陕北侏罗纪煤田浅埋煤层特殊保水开采区地质条件为背景，通过充填材料实验、物理相似模拟、数值计算和理论分析方法，分析了特殊保水开采区地质条件；研究了砂基膏体充填材料及其性质，揭示了条带充填开采的隔水岩组变形、破坏和运移规律和机理；建立了两个充填条带对称分布条件下的"边界煤柱-充填条带-隔水岩组"力学模型，给出了"上行裂隙"、"下行裂隙"发育高度和隔水岩组最大下沉量计算公式，分析了充填体压缩量与隔水岩组稳定的关系，揭示了条带充填开采的隔水层稳定性控制机理；建立了条带充填开采隔水岩组稳定性判据，提出了合理的充填间隔宽度和充填宽度计算方法，为浅埋煤层特殊保水开采提供了理论基础。

研究配制出砂基膏体充填材料，测试砂基膏体充填材料和黏土层的基本力学参数，开发砂基膏体充填材料和黏土层的相似材料和相似模拟技术，实现全应力应变相似。在此基础上，还开展走向长壁条带充填开采的物理相似模拟实验，分析走向长壁双条带等间距充填开采模式下隔水岩组稳定性条件，得出不同充填间隔宽度和充填条带宽度对上行裂隙与下行裂隙发育高度的影响规律，获得不同充填间隔宽度和充填条带高宽比对隔水岩组下沉量的影响规律。采用数值模拟技术，进一步研究不同充填间隔宽度和充填条带高宽比的充填条带载荷量分布规律、条带充填采场应力分布特征和塑性破坏区分布特征。

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