煤矿覆岩离层注浆减缓地表沉降机理与应用探讨VIP专享VIP免费

第28卷第4期中国矿业大学学报Vol.28No.41999年7月JournalofChinaUniversityofMining&TechnologyJuly1999煤矿覆岩离层注浆减缓地表沉降机理与应用探讨王金庄康建荣吴立新(中国矿业大学资源开发工程系北京100083)摘要对采动覆岩离层发展的时空规律、离层带注浆减沉效果评价方法和离层带注浆减缓地表下沉在建(构)筑物下采煤中的应用等问题进行了探讨1认为:在相同地质采矿条件下,离层带高度随采空区尺寸变化而变化,当采空区尺寸达到充分采动尺寸后,离层带高度达到该条件下的最大值;准确地评价注浆效果应是根据同一采区实施注浆后的实测地表下沉盆地体积与未实施注浆的实测下沉盆地体积比较而定.关键词离层注浆,地表沉降,效果评价中图分类号TD325第一作者简介王金庄,男,1933年生,教授,博士生导师矿山岩层移动过程中的层间分离现象,50年代末原苏联的开采沉陷学者根据岩体内部移动观测和相似材料模拟实验已经发现[1],后来一些学者对采动覆岩内部离层的形成和发展规律进行了实地观测和理论研究[2,3],70年代末至80年代初进行了离层注浆减缓地表沉降的现场试验.自80年代后期抚顺矿务局3在我国首次采用覆岩离层带注浆减缓地表沉降的试验取得成功之后,此项技术引起了我国从事开采沉陷及“三下”采煤的专家和现场工程技术人员的重视,先后有大屯徐庄煤矿[4]、新汶华丰煤矿[5]、兖州东滩煤矿33等进行了离层注浆减缓地表沉降现场试验.有的硕士、博士研究生以此为论文题目进行理论研究,科技工作者以此技术为题立项进行研究,所有这些都取得了一定的成果,为该项技术做出了贡献.煤矿离层带注浆是减缓地表沉降的新途径,但到目前为止,在理论上和技术上还都不成熟,还有许多问题需要进一步进行理论探讨和实践验证.1采动覆岩破坏机理及离层发展时空规律在采用长壁工作面全部垮落法开采时,回采工作面从开切眼开始,推进到一定距离后,上覆岩层开始破坏.采空区上方岩层在上覆岩层重力作用下,由于受拉应力和剪应力的作用,直接顶首先破断、垮落,垮落的不规则岩块充填采空区,形成垮落带.直接顶以上的岩层依次产生离层、弯曲下沉和垂直于层面的裂缝,其破坏范围呈拱形,如图1所示.随着回采工作面的扩大,工作面由位置1推进到位置2或3,直接顶板以上岩层在纵向和横向的破坏范围逐渐扩大,此破坏过程自下而上依次向上传递.随着距采空区距离的增大,破坏过程逐渐由剧烈变缓慢.这种破坏过程发展到一定高度后,上部离层裂缝的保留时间比下部离层裂缝保留时间相对长些,而垂直于层面的裂缝变弱、连通性差,如图2所示.特别当在这一区域存在有相对较厚而坚硬的岩层时,岩层依次分层弯曲下沉非同步现象更明显,因而更易出现较大离层裂缝.这种离层裂缝的大小、位置和保留时间的长短与岩层性质和结构有关.这种相对厚而坚硬的岩层是形成较大离层裂缝并相对保留较长时间的好条件,它对地表沉陷起控制作用.它一方面阻遏其下伏岩层垮落、断裂趋势向上发展,一方面又托住或减缓其上覆直至地表的岩土层向下移动.我们称这种厚而坚硬的岩层为托板或控制层[6,7].从离层注浆角度,我们称离层裂缝保留时间相对长一些,而垂直于层面的裂缝少或不出现,且导收稿日期199811173范学理,赵德深1减缓矿区地表沉陷的新途径1全国矿山测量学术会议,1991,唐山33黄培竹,李香臣1放顶煤条件下覆岩离层注浆减缓地表沉陷研究1矿山测量专业委员会第15届学术会议,1998,庐山图1采动覆岩破坏和移动范围发展示意图Fig.1Thebreakageandmovementscopeofoverburdenstrataduetocoalmining图2采动覆岩破坏和移动分带示意图Fig.2Thebreakageandmovementzonesofoverburdenstrataduetocoalmining水性差的区域为离层带.离层带实际上是由断裂带上部分出的一个特殊区域.垮落带之上直至离层带顶部的破坏区域为断裂带,离层带之上直至地表为弯曲带,如图2所示.离层带的位置和离层空间的大小除与开采厚度及上覆岩层的性质和结构有关外,还与采空区尺寸密切相关.随着井下开采空间的变化,离层裂缝经历了一个由产生、发展到闭合的动态过程.图1是在煤层倾斜(垂直于纸面)方向开采尺寸为无限大(充分采动),沿走向方向随着采空区尺寸扩大上覆岩层破坏和移动范围发展典型示意图.当采空区尺寸较小(如为l1,l2)...