矿井特殊开采方法
作者：郭惟嘉 著
出版时间：2016年版
内容简介
本书系统介绍了作者多年来在矿井特殊开采理论与实践方面的成果。深入研究了煤矿岩体结构与力学特征；通过自主研发的多种矿山岩体工程灾变监测技术，对矿山开采覆岩体形变演化进行了有效的现场实测；介绍了矿山覆岩形变演化解析与实验方法，为采动覆岩形变演化规律和水体上（下）压煤开采研究奠定了基础；分析了不同开采条件下矿区地表移动变形特征，介绍了适用于不同开采条件的充填法开采地表移动控制技术；分析评价了采空区上方修建大型建筑物的地基稳定性，并提出了相应的地层注浆加固治理措施；以室内流固耦合试验为基础，对水体上（下）压煤开采进行了试验研究，并针对深部开采面临的高承压水上开采的技术难题，对矿井水害防治进行了深入分析。
目录
第1章 煤矿岩体结构与力学特征 1
1.1 岩石的力学性质 1
1.2 岩石物理力動学参数测试 2
1.3 煤岩体移动变形蠕变演化 7
1.4 覆岩体层状复合结构特征 10
1.5 深部开采岩体工程地质力学特征 14
参考文献 18
第2章 矿山岩体工程灾变监测技术 20
2.1 采动岩体大量程位移监测 20
2.1.1 采动岩体大量程位移监测系统工作原理 20
2.1.2 采动岩体大量程位移监测系统结构组成 20
2.2 岩体竖向变形量精密测量 22
2.2.1 岩体竖向变形量精密测量装置工作原理 22
2.2.2 岩体竖向变形量精密测量装置结构组成 23
2.3 采动覆岩导水裂隙分布探测雜 24
2.4 覆岩体内部移动变形连续监测 26
参考文献 35
第3章 矿山覆岩形变演化解析与试验方法 37
3.1 矿山覆岩采动结构形变演化解析 37
3.1.1 基本假设及定解条件 37
3.1.2 问题的求解 38
3.2 矿山覆岩变形三维半解析数值计算方法 40
3.3 岩石应力-渗流耦合真三轴试验系统 46
3.3.1 试验系统工作原理 46
3.3.2 试验系统特色 49
3.4 采矿三维物理相似材料莫拟试验台 50
3.4.1 试验台结构组成 50
3.4.2 试验台开采模拟 52
3.5 覆岩结构形变动态演化机械模拟试验系统 54
3.5.1 试验系统结构组成 54
3.5.2 试验系统开采模拟 55
3.6 采动底板承压水突水模拟试验系统 57
3.6.1 试验系统结构组成 57
3.6.2 试验系统伺服加载装置 61
3.6.3 试验系统水压控制装置 63
3.6.4 试验系统监测采集装置 63
3.7 采动覆岩涌水溃砂模拟试验系统 65
3.7.1 试验系统试验台结构组成 65
3.7.2 试验系统试验舱 65
3.7.3 试验系统承压水仓 67
1.7.4 试验系统模拟采煤装置 67
3.7.5 试验系统储能装置 69
3.7.6 试验系统控制装置 70
3.8 膏体充填模拟试验系统 71
3.8.1 试验系统工作原理 71
3.8.2 试验系统组成 71
3.8.3 试验系统主要线路 73
3.8.4 试验系统硬件结构 74
3.8.5 试验系统操作流程及技术指标 75
参考文献 77
第4章 采动覆岩形变演化规律 79
4.1 采动围岩移动破坏形式 79
4.2 采场结构力学模型组成及其结构特征 80
4.2.1 采场结构力学模型组成特征 80
4.2.2 覆岩体结构影响因素灵敏度分析 82
4.2.3 宏观力学结构特征及其演化发展规律 91
4.3 深部开采覆岩变形三维相似材料模拟试验研究 99
4.3.1 三维相似材料模拟试验设计 99
4.3.2 三维相似材料模型的铺设 105
4.3.3 覆岩应力场演化特征及破坏规律 107
4.4 深部开采覆岩变形三维相似材料模拟试验研究 113
4.4.1 覆岩变形机械模拟试验设计 113
4.4.2 长壁开采覆岩变形特征 118
4.5 采动覆岩形变演化特征 125
4.5.1 覆岩体破坏的分带性特征 125
4.5.2 覆岩体内移动变形分区性特征 129
4.5.3 覆岩移动的离层特征 132
4.6 基于应力场转移的覆岩形变模型 136
参考文献 138
第5章 矿区地表移动变形特征 140
5.1 地表移动预测麵分析方法 140
5.1.1 求参方法 140
5.1.2 求参准则 141
5.1.3 模式法求参 142
5.1.4 曲线**拟合法 144
5.1.5 覆岩移动的模式识别与参数识别 146
5.2 地表移动变形计算方法 147
5.2.1 地表移动与变形计算方法 149
5.2.2 地表移动计算原则 155
5.2.3 地表移动计算参数求取方法 156
5.3 地表沉陷预测及损害评价可视化信息系统 160
5.3.1 地地表沉陷预测可视化信息系统 160
5.2 建(构)筑物开采损害可视化评价系统 168
5.4 厚松散层薄基岩下开采地表移动特征 172
5.4.1 数值模拟 172
5.4.2 现场实测 173
5.4.3 厚松散层面岩地质力学分析 174
5.4.4 厚松散层面岩地表移动特征 176
5.5 厚硬岩层下开采地表非连续变形特征研究 176
5.5.1 地表非连续变形特征 176
5.5.2 地表非连续变形机理 177
5.6 软弱岩层矿区局部开采地表移动特征 178
5.6.1 数值模拟方案设计 178
5.6.2 三维流变计算结果分析 180
5.7 断层及皱条件下地表移动特征 181
5.7.1 断层构造影响下地表移动特征 181
5.7.2 地层褶皱条件下地表移动变形特征 184
5.8 深井宽条带开煤柱尤化方去及也表移动特征 185
5.8.1 条带煤柱稳定性分析
5.8.2 条带开采尺寸设计要求 188
5.8.3 深井宽条带煤柱优化设计 189
5.8.4 深井宽条带开采地表岩移观测 194
5.8.5 深井宽条带开采地表沉陷模型和参数求取 201
5.8.6 深井宽条带开采地表移动盆地边界角 203
5.8.7 深井宽条带开采地表移动变形速度 205
5.9 岩层及地表移动与冲击地压相关性 208
5.9.1 岩层及地表移动特征 208
5.9.2 岩层与地表移动和冲击地压发生的关系 209
5.9.3 岩层活动阶段性与冲击地压的关系 210
5.9.4 冲击地压能量释放与工作面推进距离的关系 211
5.9.5 岩移观测对冲击地压发生的可预报性 211
5.10 矿区地表移动变形麵综合分析 212
5.10.1 长壁垮落法开采地表移动参数 212
5.10.2 其他开采方法的地表移动参数 213
5.10.3 地表移动持续时间及**下沉速度 214
参考文献 216
第6章 充填法开采地表移动控制技术 218
6.1 充填法开采技术现状及发展方向 218
6.2 充填法开采技术 221
6.2.1 低压风力管道充填技术 221
6.2.2 破碎矸石抛掷充填技术 223
6.2.3 综合机械化自压式矸石充填技术 226
6.2.4 似膏体自流充填技术 230
6.2.5 高水充填技术 232
6.2.6 超高水充填技术 236
6.3 矸石膏体充填技术 243
6.3.1 矸石膏体充填工艺及系统组成 243
6.3.2 矸石膏体充填高产高效关键技术 247
6.3.3 矸石膏体充填工作面地质采矿条件 263
6.3.4 矸石膏体充填开采覆岩运动规律 265
6.3.5 矸石膏体充填开采覆岩时空结构模型 275
6.3.6 矸石膏体充填效果分析 278
6.4 覆岩离层带注浆充填技术 284
6.4.1 覆岩离层带注浆减沉机理及系统组成 284
6.4.2 覆岩离层带注浆充填离层及钻孔位置确定 285
6.4.3 高压注浆充填工艺及成果 288
6.4.4 覆岩离层带注浆充填效果分析 294
6.5 城市垃圾充填技术 299
6.5.1 城市垃圾现状 299
6.5.2 城市垃圾充填关键技术问题 305
6.5.3 城市垃圾装袋充填工艺 306
6.6 充填法开采地表岩移麵及沉陷控制 308
参考文献 309
第7章 采空区上方修建大型建筑物地基稳定性 311
7.1 采空区上建(构)筑物的地基基础特点 311
7.2 采空区上建(构)筑物岩土工程勘察 312
7.2.1 岩土工程勘察等级的确定 312
7.2.2 岩土工程勘察一般规定 314
7.2.3 可行性研究勘察阶段 314
7.2.4 初步勘察阶段 315
7.2.5 详细勘察阶段 316
7.2.6 施工勘察阶段 317
7.2.7 小窑采空区岩土工程勘察 317
7.2.8 采动边坡岩土工程勘察 318
7.3 采空区稳定性和适宜性分析与评价 319
7.3.1 一般规定 319
7.3.2 采空区场地稳定性评价 320
7.3.3 采空区对各类工程的影响及危害程度评价 322
7.3.4 采空区场地建设适宜性评价 325
7.4 采空区地表剩余变形计算方法 325
7.5 采空区上建(构)筑物地基稳定技术措施 327
7.6 采空区上方修建大型難物地基稳定性分析 328
7.6.1 工程背景 328
7.6.2 工程地质情况分析 329
7.6.3 建筑载荷影响深度分析 331
7.6.4 采空区地层注浆加固补强 334
7.6.5 采空区地层注浆加固效果检测 340
参考文献
第8章 水体上(下)压煤开采试验研究 349
8.1 岩体节麵隙应力-渗流耦合试验研究 349
8.1.1 岩体节理裂隙特征及应力-渗流耦合本构模型 349
8.1.2 压剪-渗流耦合试验方案 356
8.1.3 压剪-渗流耦合试验结果与分析 360
8.2 流固耦合岩层相似模拟材料研制 375
8.2.1 流固耦合相似理论 375
8.2.2 流固耦合岩层相似模拟材料的选择与制作 376
8.2.3 流固耦合岩层相似材料配比设计及参数测试 378
8.2.4 流固耦合岩层相似材料性能的影响因素分析 381
8.3 深部高水压底板突水通道形成与演化规律试验研究 383
8.3.1 深部高水压底板突水模式及机理 383
8.3.2 高水压断裂滑剪型底板突水物理模拟试验研究 387
8.3.3 高水压断裂滑剪型底板突水数值模拟试验研究 398
8.3.4 高水压原生通道型底板突水物理模拟试验研究 406
8.3.5 高水压原生通道型底板突水数值模拟试验研究 410
8.4 采动覆岩涌水溃砂模拟试验酿 425
8.4.1 采动覆岩涌水溃砂机理及条件 425
8.4.2 采动覆岩涌水溃砂灾害模拟试验设计 425
8.4.3 涌水溃砂过程模拟及结果分析 428
8.5 矿井底板水害防治技术及其应用 430
8.5.1 柔性充填防治矿井水害 431
8.5.2 截流注浆防治矿井水害 433
8.5.3 疏水降压防治矿井水害 435
8.5.4 底板水害防治实践 438
参考文献447