[01731174]深部开采覆岩运动规律与控制技术

深部煤炭采出后,上覆岩层垮落、断裂、下沉,岩层间产生离层,地表产生沉陷。本课题依托国家自然科学基金深井覆岩结构变形动态演化规律及地表移动特征基础研究和深部煤柱长期支承效应与蠕变破坏失稳基础研究、教育部博士点基金、山东省优秀中青年科学家基金,采用理论分析、室内岩石力学试验及相似模拟试验、数值模拟、现场探测、工程应用及反馈等综合研究方法,研究了深部开采覆岩及地表运动规律以及条带煤柱长期性能、不同方式充填等控制技术。 （1）提出了小采宽和大采宽条带开采采场空间结构模型,进行了煤岩蠕变试验,研究了试验煤岩的理论长期强度,建立了条带煤柱长期稳定性能的监测方法,提出了考虑尺度效应、横向约束效应和时间效应的煤柱理论长期强度预测方法,评估了条带煤柱强度、变形特征和长期稳定性能。（2）研究了巨厚砾岩下深部开采覆岩运动特征及离层发育演化规律,得出了巨厚砾岩下离层空间发育过程、基本形态以及集中应力分布的基本规律,建立了巨厚砾岩承载力学模型,在分析离层演化规律、地表斑裂产生机理的基础上提出了巨厚砾岩条件下地表斑裂产生的判据,结合华丰煤矿地表斑裂实际位置验证了该判据的准确性。（3）对厚表土层厚基岩下深部条带开采从采场顶板到地表的覆岩运动进行了分析,深部开采条件下覆岩的不连续沉陷运动、突变集中变形和阶段性延滞移动特征相比浅部开采更加明显,并根据长期监测到的条带开采地表移动变形数据,反演了厚冲积层、厚基岩条件下条带开采岩移计算参量。（4）研究了薄松散层厚硬基岩下不同构造影响下深部重复采动地表斑裂和台阶下沉的发育规律、特征和机理,分析了翟镇井田重复采动下地表变形规律,拟合得到了各参数值。（5）提出了基于应力场转移的覆岩形变模型,对唐口煤业深部开采采用的采宽120～100m,留宽100m宽条带开采方案从理论、实验、模拟等方面进行了研究,为深部条带开采提供了技术上的支持。（6）基于覆岩体内高压充填减缓地表沉降的作用机理,对离层及钻孔的位置、注浆工艺及系统进行了优化改造,有效控制上覆岩层运动及地表沉降具有重要意义,地表移动实际观测表面充填效果良好,有效抑制了地表变形、保护了地表构（建）筑物。 课题研究成果对于探索深部开采覆岩运动及表变形规律、采用宽条带和充填开采控制覆岩运动具有较为重要的理论价值和实际意义。成果已在山东多个矿区成功实施,至今安全采出建（构）筑物下压煤13.72Mt,新增产值9.62亿元。依托本课题,共授权或申请采场矿压三维物理模拟试验台、采场矿压机械模拟实验台等6项发明专利及钻孔应力计、顶板离层仪使用的安装推杆等7项实用新型专利;在 International Journal of Rock Mechanics ＆ Mining Sciences、煤炭学报、岩石力学与工程学报等核心期刊上公开发表"Field investigation of long-term bearing capacity of strip coal pillars"“厚松散层薄基岩条带法开采采留尺度研究”、“条带煤柱膏体充填开采覆岩结构模型及运动规律”、"Study on Strip Pillar Safety Based on Laboratory Tests"等学术论文40余篇（SCI、EI收录23篇）,出版学术专著3部。在课题研究过程中,共培养博士研究生4名,硕士研究生8名。