[01060777]充填开采岩层运动全过程监测及采动空间控制研究

项目所属科学技术领域该项目属于充填开采矿压监测及岩层控制领域的研究成果。 立项背景：充填开采是“三下”煤炭资源开采的重要方法，也是控制地表沉陷、改善矿区环境的有效途径。然而，受地质条件等多方面因素的影响，采空区充填后引起的覆岩运动规律及其矿压显现程度成为评价充填开采技术效果的关键。 主要技术内容：该项目采用理论分析、现场监测等方法，以矸石充填条件下“超前巷道-控顶区-采空区”和“采空区顶板-覆岩-地表”的“三横三纵”采动空间作为研究区域，建立了多空间矿压动态监测单元，提出了采空区顶底板变形与充填矸石应力一体化监测技术、采空区覆岩裂隙定量测量及演化过程长期探测技术、岩层运动响应全过程动态分析方法，提出了采空区顶板组合固支梁力学模型，构建了一套矸石充填开采井下矿压、覆岩运动与地表沉陷协同监测网络技术体系。 创新点：（1）研发了采空区顶底板变形与充填矸石应力一体化监测技术，建立了采空区内部“顶底板变形-充填体应力”多参量长期综合监测技术体系，揭示了顶板沉降与充填体压缩承载协调演化规律，解决了矸石充填采空区矿压监测难题。（2）提出了采空区覆岩裂隙定量测量及演化过程长期探测技术，建立了“采空区顶板-覆岩-地表”纵向矿压动态监测单元，分析了矸石充填条件下覆岩破裂的时空演化规律，研究了地表沉陷动态响应过程及终态特征，提出了岩层运动响应全过程动态分析方法，揭示了纵向空间岩层运动传递规律。（3）揭示了工作面横向矿压显现与纵向岩层运动的联动全过程特征，建立了采空区顶板组合固支梁力学模型，获得了以顶板沉降量为指标的顶板破断判据和充填工作面合理布置参数，为矸石充填工作面优化设计提供了理论依据，构建了一套矸石充填开采井下矿压、覆岩运动与地表沉陷协同监测技术体系。 社会效益和经济效益：自2014年9月起至今，该项目研究成果在开滦（集团）有限责任公司唐山矿多个工作面成功应用，共采出煤炭资源67.60万吨，新增产值43326.99万元，新增利润18802.90万元，共减少搬迁居民2500户，企业800多家。利用废弃矸石进行建（构）筑物下压煤充填开采，可解放建（构）筑物下的煤炭资源，提高资源回收率，最大限度的减轻地表沉陷，有效的保护了环境和生态平衡。矸石不上井直接进行采空区的充填，不仅置换了煤炭资源，同时减少了矸石地面存放对环境的影响，实现了“节能减排”和“绿色开采”，避免了整体搬迁带来的一系列问题。 应用推广情况：该项目针对矸石充填开采矿山压力与岩层控制开展一系列科研技术攻关，形成了项目研究成果。自2014年10月起，该项目研究成果在开滦（集团）有限责任公司唐山矿多个工作面得到了推广应用，取得了良好的应用效果。该项目成果适用于其他采用矸石充填工艺的工作面，有利于推动矿山可持续绿色开采的步伐，推广应用前景广阔。