本書綜合運用調(diào)查歸納、理論分析、室內(nèi)實驗、機械模擬、數(shù)值模擬及現(xiàn)場實測等方法,以華豐煤礦巨厚覆巖的特殊采礦地質(zhì)條件為工程背景,進行了巨厚礫巖深井開采覆巖運動規(guī)律與沖擊地壓災害防治的相關性研究。通過研究深井巨厚覆巖離層的產(chǎn)生機理、覆巖穩(wěn)定與失穩(wěn)兩狀態(tài)下沖擊地壓的發(fā)生機理、地表斑裂機理與巖層移動規(guī)律,給出了地表反彈特殊現(xiàn)象對沖擊地壓預測預報的輔助作用,揭示了沖擊地壓的主要力源源于巨厚礫巖運動,并具有明顯的周期階段性,為把控沖擊地壓防治時間和空間提供了依據(jù);通過地面鉆孔高壓注漿充填離層空隙帶,能有效控制巨厚礫巖層運動,減緩地表沉降,改善沖擊地壓力源結構,對深井巨厚礫巖沖擊地壓的發(fā)生具有一定的抑制作用。本書可作為煤炭高校采礦工程等專業(yè)師生的教學參考書,也可供從事煤礦生產(chǎn)管理、科研、設計系統(tǒng)的有關技術人員參考使用。
沖擊地壓的發(fā)生與覆巖運動密切相關,尤其是在深部開采堅硬巨厚覆巖條件下這種相關性更為突出。本書以華豐煤礦巨厚礫巖覆巖條件下開采為背景,綜合運用調(diào)查歸納、理論分析、室內(nèi)實驗、數(shù)值模擬及現(xiàn)場實測等方法,研究了深部開采巨厚礫巖條件下覆巖移動規(guī)律及其與沖擊地壓的相關性。
全書共分9章。第1章介紹了深部開采覆巖移動與地表變形規(guī)律的研究現(xiàn)狀、沖擊地壓研究現(xiàn)狀以及覆巖移動與礦井動力災害的相關性研究現(xiàn)狀;第2章在分析一般條件下覆巖破壞形式、影響因素以及覆巖離層機理的基礎上,對深部開采巨厚礫巖覆巖條件下覆巖破斷形式、離層發(fā)育特征進行了分析,并就覆巖相對穩(wěn)定狀態(tài)下、失穩(wěn)狀態(tài)下的覆巖運動與采場應力分布進行了研究;第3章采用相似材料模擬實驗研究了巨厚覆巖移動及破壞規(guī)律,利用機械模擬實驗研究了覆巖移動的結構特征和應力場演化規(guī)律,并通過數(shù)值模擬軟件對巨厚礫巖下離層的演化規(guī)律、覆巖移動及應力演化規(guī)律進行了研究;第4章分析了華豐煤礦地表移動特征及煤層開采對地表橋梁的影響,并以華豐煤礦煤層賦存地質(zhì)條件為工程背景建立了厚硬覆巖承載力學模型,確定了開采寬度與地表最大拉應力位置關系,給出了厚硬覆巖地表斑裂產(chǎn)生判據(jù)并進行驗證,然后運用數(shù)值模擬軟件對巨厚礫巖地表斑裂規(guī)律進行模擬研究;第5章闡述了沖擊地壓的影響因素、特征及分類,以華豐煤礦為工程背景,分析了該礦井沖擊地壓的影響因素,并根據(jù)礫巖的相對穩(wěn)定狀態(tài)和失穩(wěn)狀態(tài),分別研究了覆巖兩種狀態(tài)下的沖擊地壓發(fā)生機理;第6章根據(jù)華豐煤礦地質(zhì)條件、覆巖結構特點及沖擊地壓顯現(xiàn)規(guī)律,結合地表巖層移動觀測數(shù)據(jù),研究了4煤層工作面開采后地表移動與井下沖擊地壓發(fā)生的相關性;第7章分析了通過地面鉆孔高壓注漿充填離層空隙,可以有效控制地表塌陷,同時對深井沖擊地壓災害發(fā)揮了抑制作用;第8章在介紹了沖擊地壓的常規(guī)監(jiān)測方法、預防預報措施與治理技術后,結合華豐煤礦的特殊覆巖結構與地表移動特點,開展了沖擊地壓的機理、預測與防治方面的研究;第9章提出了本書的主要結論及工作展望。
本書參閱了大量國內(nèi)外有關覆巖移動及沖擊地壓方面的專業(yè)文獻,在此謹向文獻的作者表示感謝。在本書的寫作過程中,得到了山東科技大學郭惟嘉教授、蔣金泉教授的熱情指導和幫助,著者在此表示衷心感謝。
由于著者水平有限,同時也由于深部開采覆巖移動及沖擊地壓的復雜性,許多成果只是初步結論,書中疏漏、謬誤之處在所難免,敬請讀者給予批評指正。
1 覆巖運動與沖擊地壓相關性研究現(xiàn)狀
1.1 概述
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2 深井巨厚礫巖覆巖運動規(guī)律研究
2.1 覆巖破壞形式及影響因素
2.2 覆巖離層機理分析
2.3 華豐煤礦巨厚礫巖覆巖離層特征
2.4 巨厚礫巖覆巖運動與采場應力分布
2.5 本章小結
3 巨厚礫巖覆巖運動室內(nèi)實驗與數(shù)值模擬研究
3.1 巨厚礫巖深井開采覆巖運動相似材料模擬實驗研究
3.2 巨厚礫巖深井開采覆巖運動機械模擬實驗研究
3.3 巨厚礫巖覆巖運動與應力分布的數(shù)值模擬研究
3.4 本章小結
4 巨厚礫巖深部開采地表移動規(guī)律及斑裂研究
4.1 華豐煤礦地表移動變形規(guī)律及斑裂危害
4.2 深井開采地表移動對橋梁的影響
4.3 巨厚礫巖地表斑裂產(chǎn)生位置及判據(jù)
4.4 巨厚礫巖地表斑裂產(chǎn)生規(guī)律的數(shù)值模擬研究
4.5 本章小結
5 深井巨厚礫巖沖擊地壓發(fā)生機理
5.1 沖擊地壓的影響因素
5.2 沖擊地壓的特征及其分類
5.3 深井巨厚礫巖對沖擊地壓的影響
5.4 巨厚礫巖不同狀態(tài)下沖擊地壓的發(fā)生機理
5.5 本章小結
6 覆巖運動及地表移動與沖擊地壓的相關性
6.1 深井覆巖結構與沖擊地壓的關系
6.2 覆巖運動與沖擊地壓的相關性
6.3 地表移動與沖擊地壓的關系
6.4 本章小結
7 深井覆巖離層注漿充填的作用及效果
7.1 離層注漿充填的作用機理
7.2 離層注漿充填工藝及關鍵技術
7.3 離層注漿充填對地表移動變形的控制效果
7.4 離層注漿充填對深井沖擊地壓災害的抑制效果
7.5 本章小結
8 深井巨厚礫巖沖擊地壓防治技術及措施
8.1 沖擊地壓危險性預測和治理
8.2 華豐煤礦沖擊地壓防治措施
8.3 本章小結
9 結論和展望
9.1 主要結論
9.2 有待于進一步研究的問題參考文獻