CN114673540A - 一种矿区地下岩层运移控制方法 - Google Patents

一种矿区地下岩层运移控制方法 Download PDF

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CN114673540A CN202210365750.3A CN202210365750A CN114673540A CN 114673540 A CN114673540 A CN 114673540A CN 202210365750 A CN202210365750 A CN 202210365750A CN 114673540 A CN114673540 A CN 114673540A
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China University of Mining and Technology CUMT
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Abstract

本发明公开了一种矿区地下岩层运移控制方法，采用在矿层开采前预先将待采矿层上方的上覆岩层进行沿待采矿层埋深高度方向上的全长锚固的方式以解决因后期矿层开采形成采空区而造成的矿区地表沉陷问题，每个锚固立井单元组合体均包括多个由锚固浆液充填岩层锚固穴而形成的岩层锚固凸环结构，且所有按设定阵列排距阵列布置的锚固立井单元组合体共同对上覆岩层形成群锚作用，可保证上覆岩层的锚固强度和效果，后期矿层开采过程中采取将暴露的锚固柱底端与采空区的顶板进行锚固连接的方式、并对采空区顶板进行支护，能够最大限度地降低采空区上方岩层发生运移的运移量，进而实现最大限度避免因地下采空区而造成的矿区地表环境破坏问题。

Description

一种矿区地下岩层运移控制方法
技术领域
本发明涉及一种矿区地下岩层运移控制方法，具体是一种适用于对由于矿山井工开采形成地下采空区而造成其上方的岩层发生运移的控制方法，属于矿区治理技术领域。
背景技术
在地下矿产开采中，矿山井工地下开采仍是主要的开采方式，以煤炭开采为例，井工地下开采占世界煤矿生产的60％。而井工地下开采过程中将地下矿层开采完成后往往留下大面积的井下采空区，在上覆压力和地下水等因素的作用下，矿柱和开采区两侧的矿层软化、失去强度，不仅容易导致上覆岩体沉陷、冒落、形成滑坡，而且地下采空区对采矿工程的危害是显著和累积叠加的，主要体现在二个方面：一是采空区矿柱变形、破坏、顶板大面积冒落、岩移，造成地表开裂或沉陷，破坏地面环境和影响地表作业，更为严重的是采空区突然垮塌的高速气浪和冲击波往往造成人员伤亡和设备破坏；另一方面在矿山开采过程中，采空区围岩受爆破震动影响易导致岩体裂隙发育，甚至贯通地表或连通老窑积水，发生突水事故，淹没坑道和工作面，造成巨大经济损失。因此地下采空区是影响目前矿山安全生产的主要危害源之一。
现有技术中针对矿山开采过程中形成的采空区的处理方法通常根据顶板特征、矿层厚度和保护地表的特殊要求等条件不同采取全部垮落法、充填法、矿柱支撑法等方式，其中采用将位于开采方向后方的顶板全部垮落的处理方式简单可靠、费用少，广泛应用于开采薄及中厚矿层和大部分厚矿层，但全部垮落法不可避免地会造成采空区上方的岩层发生运移、进而造成矿区地表沉陷或地下水系统破坏。
现有技术中针对矿产开采完毕后形成的采空区的处理方法通常有崩落法处理采空区、充填法处理采空区和封闭处理采空区三种方式。崩落法处理采空区是采用崩落围岩充填空区或形成缓冲保护岩石垫层，以防止上部大量岩石突然崩落时冲击巷道、设备和人员，实现缓和应力集中、减少岩石支撑压力；充填法处理采空区是利用地表露天剥离的废石、井下开采废石或选矿尾砂作为主要充填骨料，通过采空区的钻孔、天井或充填管道将充填料自流(或加压)充填至井下采空区，用充填料支撑围岩以减缓或阻止围岩的变形、保持其相对稳定；封闭处理采空区是在岩体应力集中尚未达到极限值时(矿石与围岩处于相对稳定状态)结束整个矿体的回采工作，并将采空区封闭，任其存在或冒落。
上述对采空区的处理方法也均不可避免地会造成采空区上方的岩层发生运移，进而造成矿区地表地面塌陷、地面沉降、地裂缝等问题，甚至会由此而导致滑坡、泥石流、地表植被破坏等多种环境破坏形式。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矿区地下岩层运移控制方法，能够最大限度地降低采空区上方岩层发生运移的运移量，进而实现最大限度避免因地下采空区而造成的矿区地表环境破坏问题。
为实现上述目的，本矿区地下岩层运移控制方法具体包括以下步骤：
a.建井准备：探测确定待采矿层的埋深、厚度及埋藏范围，并探测确定待采矿层上覆岩层的数量、埋深、厚度及岩性，构建地质数学模型；以地质数学模型为基础，在去除待采矿层的前提下，根据待采矿层的埋深和埋藏范围、待采矿层上方各个上覆岩层的数量及岩性计算确定对应待采矿层埋藏范围的锚固立井井径、锚固立井数量、阵列排距以及与锚固立井配合的锚固柱的尺寸，根据待采矿层上方各个上覆岩层的数量、埋深、厚度及岩性计算确定沿锚固立井分层设置的多个岩层锚固穴的数量、位置及空间尺寸，选用流动性好的锚固剂后，根据锚固剂的设计锚固强度生成包括岩层锚固穴、锚固柱和锚固浆液充填体的各个锚固立井单元组合体承载数学模型，将各个锚固立井单元组合体承载数学模型与地质数学模型拟合生成整体岩层锚固承载数学模型；
b.建井施工：根据整体岩层锚固承载数学模型自地面向待采矿层打设各个锚固立井，并分别沿各个锚固立井在待采矿层上方多个岩层锚固穴的设定位置进行造穴作业形成岩层锚固穴；
c.上覆岩层锚固施工：将对应的锚固柱分别置入各个锚固立井内，保证锚固柱的底端位于锚固立井的井底、并处于压实状态；采用压力注浆的方式向锚固立井井壁与锚固柱外壁之间的空间注入配制好的锚固浆液，锚固浆液自下而上充填锚固立井井壁与锚固柱外壁之间空间的同时依次对各个岩层锚固穴进行充填，直至完全充满锚固立井井壁与锚固柱外壁之间的整个空间，待锚固浆液固化，完成各个锚固立井单元的锚固柱沿锚固立井的全长锚固；
d.矿层开采及采空区顶板锚固：在井下对待采矿层进行开采；工作面推进过程中，每暴露一个锚固柱、即将该暴露的锚固柱底端与形成的采空区顶板进行锚固连接，直至完成整个待采矿层的开采以及所有的暴露锚固柱底端与采空区顶板的锚固；
e.采空区支护：对采空区顶板进行支护。
步骤a中的具体计算方法如下：
当工作面向前推进L距离时，由于岩层在走向方向上的破碎角(θ1，θ2)不同，当第j层(关键层)下方首次出现分离空间时，走向方向关键层的悬顶长度(aj)与L之间的关系为
Figure BDA0003586912780000031
倾斜方向上关键层的悬顶宽度(bj，单位为米)与工作面宽度(B，单位为米)之间的关系为：
Figure BDA0003586912780000032
Figure BDA0003586912780000033
S1＝LB
S2＝an+1bn+1
式中，an+1为岩体沿着走向方向上的悬顶长度，单位为米；bn+1为岩体沿着倾斜方向上的悬顶长度，单位为米；h为覆岩与煤层的垂直距离，单位为米；hn+1为覆岩离层的最大高度，单位为米；L表示工作面走向推进距离，单位为米；θ1为开切眼侧的岩层破断角；θ2为工作面侧的岩层破断角；S1表示已回采的工作面面积；S2表示覆岩离层岩层的悬空面积；
假设锚固注浆管的间距为Lj，排距为Lp，则每根锚固注浆管的锚固面积为A＝Lj·Lp，则在工作面走向方向上需要打设n1＝L/Lp数量的锚固注浆管，在工作面倾向方向上需要打设n2＝B/Lp数量的锚固注浆管，则工作面范围内共需要打设N＝n1·n2数量的锚固注浆管；
则每根锚固注浆管的需要承载的重量为
Figure BDA0003586912780000034
式中，
Figure BDA0003586912780000035
为上覆岩层的平均密度；
假设岩体与粘结材料为性质相同的弹性材料，利用Mindlin问题的位移解，岩体视为半空间，锚固注浆管为半无限长，在孔口处岩体的位移与锚杆体的总伸长量相等，导出全长粘结式锚固注浆管的极限拉拔力Pu为
Figure BDA0003586912780000041
Figure BDA0003586912780000042
式中，E为岩体的弹性模量；μ为岩体的泊松比；Eb为锚固注浆管的弹性模量；τu为锚固浆液与锚固注浆管的极限粘结应力，α为锚固注浆管的半径；
则锚固注浆管需要承载的重量为
Figure BDA0003586912780000043
式中，k为锚固环境影响系数。
作为本发明的进一步改进方案，步骤a中根据待采矿层上方各个上覆岩层的岩性选配不同的锚固剂；步骤c中采用压力注浆的方式通过注浆辅助套管向锚固立井井壁与锚固柱外壁之间的空间注入配制好的锚固浆液，与锚固立井的井径间隙配合的注浆辅助套管滑动配合穿入锚固立井内，注浆辅助套管的内表面与锚固柱的外表面之间形成锚固浆液流通通道，针对各个岩层锚固穴进行压力注入锚固浆液充填的方式采取自下而上逐个锚固的方式，对位于下位岩层的岩层锚固穴进行压力注入锚固浆液充填时，注浆辅助套管的底端停靠在下位岩层的顶端，采用针对下位岩层的锚固浆液对下位岩层的岩层锚固穴进行压力注入锚固浆液充填后，将注浆辅助套管上提、并使其底端停靠在上位岩层的顶端，将锚固浆液更换为针对上位岩层的锚固浆液后、再对上位岩层的岩层锚固穴进行压力注入锚固浆液充填。
作为本发明的进一步改进方案，步骤d中工作面推进过程中，将暴露的锚固柱底端与形成的采空区顶板进行锚固连接的方式是通过同轴安装在暴露的锚固柱底端上的锚固托盘组件与形成的采空区顶板进行锚固连接的方式，锚固托盘组件包括锚固托盘和锚固锁具，锚固托盘是上小下大的圆滑过渡喇叭口结构，喇叭口结构的锥形外表面嵌入并贴合在采空区顶板上，锚固锁具通过锚固托盘对锚固柱施加锚固力，相邻的两个暴露锚固柱底端的锚固锁具通过贴合在锚固托盘喇叭口结构锥形内表面上的钢绞线连接、且钢绞线与采空区顶板之间设有承载块。
作为本发明的进一步改进方案，锚固柱的外表面上设有凸起结构。
作为本发明的进一步改进方案，步骤e中对采空区顶板进行支护采取工作面一边向前推进、一边对后方形成的采空区进行支护的方式。
与现有技术相比，本矿区地下岩层运移控制方法采用在矿层开采前预先将待采矿层上方的上覆岩层进行沿待采矿层埋深高度方向上的全长锚固、并形成群锚作用的方式以解决因后期矿层开采形成采空区而造成的矿区地表沉陷问题，对应待采矿层埋藏范围内的阵列结构布置的各个锚固立井单元组合体，锚固立井的井径、锚固柱的尺寸及岩层锚固穴的空间尺寸根据承载位置的不同存在不同，由于是在矿层开采前进行上覆岩层的锚固，因此有充足的锚固硬化时间，可保证上覆岩层的锚固强度和效果，不仅每个锚固立井单元组合体均是沿锚固立井的全长锚固，而且每个锚固立井单元组合体均包括多个由锚固浆液充填岩层锚固穴而形成的岩层锚固凸环结构，每个岩层锚固凸环结构不仅可以提供所在岩层的托载支撑力、而且可以将载荷均匀施加在整个包括锚固柱和锚固浆液充填体的锚固立井单元锚固支撑体上，且对应待采矿层埋藏范围内的所有按设定阵列排距阵列布置的锚固立井单元组合体共同对上覆岩层形成群锚作用，另外，后期矿层开采过程中，采取将因工作面推进而暴露的锚固柱的底端与工作面推进形成的采空区的顶板进行锚固连接的方式，并对形成的采空区顶板进行支护，可大大降低矿层开采形成采空区后造成矿区地表沉陷的沉降量，进而实现最大限度避免因地下采空区而造成的地表环境破坏问题。
附图说明
图1是本发明锚固柱沿锚固立井全长锚固的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明工作面推进过程中的结构示意图；
图4是本发明采空区支护后的结构示意图；
图5是本发明锚固柱底端与采空区顶板锚固的结构示意图；
图6是本发明通过注浆辅助套管进行压力注浆充填时的结构示意图，其中(a)是对位于下位岩层的岩层锚固穴进行压力注入锚固浆液充填时的结构示意图、(b)是对位于上位岩层的岩层锚固穴进行压力注入锚固浆液充填时的结构示意图；
图7是矿层开采时上覆岩层载荷原理图。
图中：1、锚固立井，2、锚固柱，3、岩层锚固穴，5、锚固托盘组件，51、锚固托盘，52、锚固锁具，53、钢绞线，54、承载块，6、注浆辅助套管，7、待采矿层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本矿区地下岩层运移控制方法包括以下步骤：
a.建井准备：探测确定待采矿层7的埋深、厚度及埋藏范围，并探测确定待采矿层7上覆岩层的数量、埋深、厚度及岩性，构建地质数学模型；以地质数学模型为基础，在去除待采矿层7的前提下，根据待采矿层7的埋深和埋藏范围、待采矿层7上方各个上覆岩层的数量及岩性计算确定对应待采矿层7埋藏范围的锚固立井1井径、锚固立井1数量、阵列排距以及与锚固立井1配合的锚固柱2的尺寸，根据待采矿层7上方各个上覆岩层的数量、埋深、厚度及岩性计算确定沿锚固立井1分层设置的多个岩层锚固穴3的数量、位置及空间尺寸，岩层锚固穴3对应设置在各个上覆岩层中、或各个上覆岩层之间，岩层锚固穴3的结构优选为包括上拱顶结构和下拱底结构的贝壳形结构，选用复配灌浆料、复配植筋胶等流动性好、渗透性好、粘结性好、强度高的锚固剂后，根据锚固剂的设计锚固强度生成包括岩层锚固穴3、锚固柱2和锚固浆液充填体的各个锚固立井单元组合体承载数学模型，将各个锚固立井单元组合体承载数学模型与地质数学模型拟合生成整体岩层锚固承载数学模型；满足锚固支护强度的前提下，根据各个上覆岩层的硬度，岩层锚固穴3的设置可以采取大数量、小空间尺寸的方式，也可以采取小数量、大空间尺寸的方式，为充分利用上覆岩层本身的支撑作用，可将对应待采矿层7上方主关键层的岩层锚固穴3的空间尺寸设计大于对应其他上覆岩层的岩层锚固穴3的空间尺寸。
b.建井施工：根据整体岩层锚固承载数学模型自地面向待采矿层7打设各个锚固立井1，并分别沿各个锚固立井1在待采矿层7上方多个岩层锚固穴3的设定位置进行造穴作业形成岩层锚固穴3，造穴的方式可以采用水力切割的造穴方式。
c.上覆岩层锚固施工：将对应的锚固柱2分别置入各个锚固立井1内，保证锚固柱2的底端位于锚固立井1的井底、并处于压实状态；采用压力注浆的方式向锚固立井1井壁与锚固柱2外壁之间的空间注入配制好的锚固浆液，如图1、图2所示，锚固浆液自下而上充填锚固立井1井壁与锚固柱2外壁之间空间的同时，依次对各个岩层锚固穴3进行充填，直至完全充满锚固立井1井壁与锚固柱外壁之间的整个空间，待锚固浆液固化，完成各个锚固立井单元的锚固柱2沿锚固立井1的全长锚固。
d.矿层开采及采空区顶板锚固：在井下对待采矿层7进行开采；如图3所示，工作面推进过程中，每暴露一个锚固柱2即将该暴露的锚固柱2底端与形成的采空区顶板进行锚固连接，直至完成整个待采矿层7的开采以及所有的暴露锚固柱2底端与采空区顶板的锚固。
e.采空区支护：如图4所示，对采空区顶板进行支护以进一步降低矿区地表沉陷量。
本矿区地下岩层运移控制方法采用在矿层开采前预先将待采矿层7上方的上覆岩层进行沿待采矿层7埋深高度方向上的全长锚固、并形成群锚作用的方式以解决因后期矿层开采形成采空区而造成的矿区地表沉陷问题，对应待采矿层7埋藏范围内的阵列结构布置的各个锚固立井单元组合体，锚固立井1的井径、锚固柱2的尺寸及岩层锚固穴3的空间尺寸根据承载位置的不同存在不同，由于是在矿层开采前进行上覆岩层的锚固，因此有充足的锚固硬化时间，可保证上覆岩层的锚固强度和效果，不仅每个锚固立井单元组合体均是沿锚固立井1的全长锚固，而且每个锚固立井单元组合体均包括多个由锚固浆液充填岩层锚固穴3而形成的岩层锚固凸环结构，每个岩层锚固凸环结构不仅可以提供所在岩层的托载支撑力、而且可以将载荷均匀施加在整个包括锚固柱2和锚固浆液充填体的锚固立井单元锚固支撑体上，且对应待采矿层7埋藏范围内的所有按设定阵列排距阵列布置的锚固立井单元组合体共同对上覆岩层形成群锚作用，另外，后期矿层开采过程中，采取将因工作面推进而暴露的锚固柱2的底端与工作面推进形成的采空区的顶板进行锚固连接的方式，并对形成的采空区顶板进行支护，可大大降低矿层开采形成采空区后造成矿区地表沉陷的沉降量，能够最大限度地降低采空区上方矿区地表的沉陷量，进而实现最大限度避免因地下采空区而造成的地表环境破坏问题。
步骤a中的具体计算方法如下：
如图7所示，当工作面向前推进L距离时，由于岩层在走向方向上的破碎角(θ1，θ2)不同，当第j层(关键层)下方首次出现分离空间时，走向方向关键层的悬挂长度(aj)与S之间的关系为
Figure BDA0003586912780000071
倾斜方向上关键层的悬挂宽度(bj，单位为米)与工作面宽度(B，单位为米)之间的关系为：
Figure BDA0003586912780000081
Figure BDA0003586912780000082
S1＝LB
S2＝an+1bn+1
式中，an+1为岩体沿着走向方向上的悬顶长度，单位为米；bn+1为岩体沿着倾斜方向上的悬顶长度，单位为米；h为覆岩与煤层的垂直距离，单位为米；hn+1为覆岩离层的最大高度，单位为米；L表示工作面走向推进距离，单位为米；θ1为开切眼侧的岩层破断角；θ2为工作面侧的岩层破断角；S1表示已回采的工作面面积；S2表示覆岩离层岩层的悬空面积；
假设锚固柱的间距为Lj，阵列排距为Lp，则每根锚固柱的锚固面积为A＝Lj·Lp，则在工作面走向方向上需要打设n1＝L/Lp数量的锚固柱，在工作面倾向方向上需要打设n2＝L/Lp数量的锚固柱，则工作面范围内共需要打设N＝n1·n2数量的锚固柱。
则每根锚固柱的需要承载的重量为：
Figure BDA0003586912780000083
式中，
Figure BDA0003586912780000084
为上覆岩层的平均密度，根据经验值一般取2500kg/m3。
考虑全长粘结式锚固柱埋入岩体中其端头受拉拔力的情况，假设岩体与粘结材料为性质相同的弹性材料，利用Mindlin问题的位移解，岩体视为半空间，锚固柱为半无限长，在孔口处岩体的位移与锚杆体的总伸长量相等，导出全长粘结式锚固柱的极限拉拔力Pu为
Figure BDA0003586912780000085
Figure BDA0003586912780000086
式中，E为岩体的弹性模量；μ为岩体的泊松比；Eb为锚固柱的弹性模量；τu为锚固浆液与锚固柱的极限粘结应力，α为锚固柱的半径；
则锚固柱需要承载的重量为
Figure BDA0003586912780000091
式中，k为锚固环境影响系数，主要与岩层岩性、埋深、锚固长度等有关。
为了实现锚固浆液对岩层更好的锚固效果，作为本发明的进一步改进方案，步骤a中根据待采矿层7上方各个上覆岩层的岩性选配不同的锚固剂；如图6所示，步骤c中采用压力注浆的方式通过注浆辅助套管6向锚固立井1井壁与锚固柱2外壁之间的空间注入配制好的锚固浆液，与锚固立井1的井径间隙配合的注浆辅助套管6滑动配合穿入锚固立井1内，注浆辅助套管6的内表面与锚固柱2的外表面之间形成锚固浆液流通通道，针对各个岩层锚固穴3进行压力注入锚固浆液充填的方式采取自下而上逐个锚固的方式，对位于下位岩层的岩层锚固穴3进行压力注入锚固浆液充填时，如图6(a)所示，注浆辅助套管6的底端停靠在下位岩层的顶端，采用针对下位岩层的锚固浆液对下位岩层的岩层锚固穴3进行压力注入锚固浆液充填后，如图6(b)所示，将注浆辅助套管6上提、并使其底端停靠在上位岩层的顶端，将锚固浆液更换为针对上位岩层的锚固浆液后、再对上位岩层的岩层锚固穴3进行压力注浆充填。与锚固立井1的井径间隙配合的注浆辅助套管6的设置，一方面可以在压力注入锚固浆液的过程中便于排出锚固立井1中的气体，另一方面可以实现针对不同岩性的上覆岩层采用不同的锚固浆液。
为了实现更好的采空区顶板支护效果，作为本发明的进一步改进方案，步骤d中工作面推进过程中，将暴露的锚固柱2底端与形成的采空区顶板进行锚固连接的方式是通过同轴安装在暴露的锚固柱2底端上的锚固托盘组件5与形成的采空区顶板进行锚固连接的方式，如图5所示，锚固托盘组件5包括锚固托盘51和锚固锁具52，锚固托盘51是上小下大的圆滑过渡喇叭口结构，喇叭口结构的锥形外表面嵌入并贴合在采空区顶板上，锚固锁具52通过锚固托盘51对锚固柱2施加锚固力，如图3至图5所示，相邻的两个暴露锚固柱2底端的锚固锁具52通过贴合在锚固托盘51喇叭口结构锥形内表面上的钢绞线53连接、且钢绞线53与采空区顶板之间设有承载块54。
为了实现更好的岩层锚固效果，作为本发明的进一步改进方案，步骤c中，待锚固浆液固化后，将锚固柱2的顶端通过锚具与地面进行锚固连接。
为了实现锚固柱2更好的锚固效果，作为本发明的进一步改进方案，锚固柱2的外表面上设有可增加锚固连接强度的凸起结构，凸起结构可以是沿锚固柱2轴向方向均布设置的凸环结构、也可以是沿锚固柱2轴向方向布置的螺旋凸起结构等其他结构形式。
作为本发明对采空区顶板进行支护的实施方式，如图3所示，步骤e中对采空区顶板进行支护可以采取工作面一边向前推进、一边对后方形成的采空区顶板进行支护的方式，也可以采取完成整个待采矿层7的开采后再对采空区顶板进行支护的方式；步骤e中对采空区顶板进行支护的方式可以采取利用矸石等废弃物对采空区进行充填的方式、也可以如图3至图5所示的采取在暴露锚固柱2底端再造钢包支撑立柱的方式，针对采空区底板是软岩或遇水膨胀岩体等易发生底鼓现象的特定待采矿层7，还可以采取在采空区底板上进行人为打孔或切槽、以使采空区底板人为控制鼓起后与采空区顶板接触并承载载荷的利用底鼓结顶的方式对采空区顶板进行支护。

Claims (6)

1.一种矿区地下岩层运移控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
a.建井准备：探测确定待采矿层(7)的埋深、厚度及埋藏范围，并探测确定待采矿层(7)上覆岩层的数量、埋深、厚度及岩性，构建地质数学模型；以地质数学模型为基础，在去除待采矿层(7)的前提下，根据待采矿层(7)的埋深和埋藏范围、待采矿层(7)上方各个上覆岩层的数量及岩性计算确定对应待采矿层(7)埋藏范围的锚固立井(1)井径、锚固立井(1)数量、阵列排距以及与锚固立井(1)配合的锚固柱(2)的尺寸，根据待采矿层(7)上方各个上覆岩层的数量、埋深、厚度及岩性计算确定沿锚固立井(1)分层设置的多个岩层锚固穴(3)的数量、位置及空间尺寸，选用流动性好的锚固剂后，根据锚固剂的设计锚固强度生成包括岩层锚固穴(3)、锚固柱(2)和锚固浆液充填体的各个锚固立井单元组合体承载数学模型，将各个锚固立井单元组合体承载数学模型与地质数学模型拟合生成整体岩层锚固承载数学模型；
b.建井施工：根据整体岩层锚固承载数学模型自地面向待采矿层(7)打设各个锚固立井(1)，并分别沿各个锚固立井(1)在待采矿层(7)上方多个岩层锚固穴(3)的设定位置进行造穴作业形成岩层锚固穴(3)；
c.上覆岩层锚固施工：将对应的锚固柱(2)分别置入各个锚固立井(1)内，保证锚固柱(2)的底端位于锚固立井(1)的井底、并处于压实状态；采用压力注浆的方式向锚固立井(1)井壁与锚固柱(2)外壁之间的空间注入配制好的锚固浆液，锚固浆液自下而上充填锚固立井(1)井壁与锚固柱(2)外壁之间空间的同时依次对各个岩层锚固穴(3)进行充填，直至完全充满锚固立井(1)井壁与锚固柱外壁之间的整个空间，待锚固浆液固化，完成各个锚固立井单元的锚固柱(2)沿锚固立井(1)的全长锚固；
d.矿层开采及采空区顶板锚固：在井下对待采矿层(7)进行开采；工作面推进过程中，每暴露一个锚固柱(2)、即将该暴露的锚固柱(2)底端与形成的采空区顶板进行锚固连接，直至完成整个待采矿层(7)的开采以及所有的暴露锚固柱(2)底端与采空区顶板的锚固；
e.采空区支护：对采空区顶板进行支护。
2.根据权利要求1所述的矿区地下岩层运移控制方法，其特征在于，步骤a中的具体计算方法如下：
当工作面向前推进L距离时，由于岩层在走向方向上的破碎角(θ1，θ2)不同，当第j层(关键层)下方首次出现分离空间时，走向方向关键层的悬顶长度(aj)与L之间的关系为
Figure FDA0003586912770000021
倾斜方向上关键层的悬顶宽度(bj，单位为米)与工作面宽度(B，单位为米)之间的关系为：
Figure FDA0003586912770000022
Figure FDA0003586912770000023
S1＝LB
S2＝an+1bn+1
式中，an+1为岩体沿着走向方向上的悬顶长度，单位为米；bn+1为岩体沿着倾斜方向上的悬顶长度，单位为米；h为覆岩与煤层的垂直距离，单位为米；hn+1为覆岩离层的最大高度，单位为米；L表示工作面走向推进距离，单位为米；θ1为开切眼侧的岩层破断角；θ2为工作面侧的岩层破断角；S1表示已回采的工作面面积；S2表示覆岩离层岩层的悬空面积；
假设锚固注浆管的间距为Lj，排距为Lp，则每根锚固注浆管的锚固面积为A＝Lj·Lp，则在工作面走向方向上需要打设n1＝L/Lp数量的锚固注浆管，在工作面倾向方向上需要打设n2＝B/Lp数量的锚固注浆管，则工作面范围内共需要打设N＝n1·n2数量的锚固注浆管；
则每根锚固注浆管的需要承载的重量为
Figure FDA0003586912770000024
式中，
Figure FDA0003586912770000025
为上覆岩层的平均密度；
假设岩体与粘结材料为性质相同的弹性材料，利用Mindlin问题的位移解，岩体视为半空间，锚固注浆管为半无限长，在孔口处岩体的位移与锚杆体的总伸长量相等，导出全长粘结式锚固注浆管的极限拉拔力Pu为
Figure FDA0003586912770000026
Figure FDA0003586912770000031
式中，E为岩体的弹性模量；μ为岩体的泊松比；Eb为锚固注浆管的弹性模量；τu为锚固浆液与锚固注浆管的极限粘结应力，α为锚固注浆管的半径；
则锚固注浆管需要承载的重量为
Figure FDA0003586912770000032
式中，k为锚固环境影响系数。
3.根据权利要求1或2所述的矿区地下岩层运移控制方法，其特征在于，步骤a中根据待采矿层(7)上方各个上覆岩层的岩性选配不同的锚固剂；步骤c中采用压力注浆的方式通过注浆辅助套管(6)向锚固立井(1)井壁与锚固柱(2)外壁之间的空间注入配制好的锚固浆液，与锚固立井(1)的井径间隙配合的注浆辅助套管(6)滑动配合穿入锚固立井(1)内，注浆辅助套管(6)的内表面与锚固柱(2)的外表面之间形成锚固浆液流通通道，针对各个岩层锚固穴(3)进行压力注入锚固浆液充填的方式采取自下而上逐个锚固的方式，对位于下位岩层的岩层锚固穴(3)进行压力注入锚固浆液充填时，注浆辅助套管(6)的底端停靠在下位岩层的顶端，采用针对下位岩层的锚固浆液对下位岩层的岩层锚固穴(3)进行压力注入锚固浆液充填后，将注浆辅助套管(6)上提、并使其底端停靠在上位岩层的顶端，将锚固浆液更换为针对上位岩层的锚固浆液后、再对上位岩层的岩层锚固穴(3)进行压力注入锚固浆液充填。
4.根据权利要求1或2所述的矿区地下岩层运移控制方法，其特征在于，步骤d中工作面推进过程中，将暴露的锚固柱(2)底端与形成的采空区顶板进行锚固连接的方式是通过同轴安装在暴露的锚固柱(2)底端上的锚固托盘组件(5)与形成的采空区顶板进行锚固连接的方式，锚固托盘组件(5)包括锚固托盘(51)和锚固锁具(52)，锚固托盘(51)是上小下大的圆滑过渡喇叭口结构，喇叭口结构的锥形外表面嵌入并贴合在采空区顶板上，锚固锁具(52)通过锚固托盘(51)对锚固柱(2)施加锚固力，相邻的两个暴露锚固柱(2)底端的锚固锁具(52)通过贴合在锚固托盘(51)喇叭口结构锥形内表面上的钢绞线(53)连接、且钢绞线(53)与采空区顶板之间设有承载块(54)。
5.根据权利要求1或2所述的矿区地下岩层运移控制方法，其特征在于，锚固柱(2)的外表面上设有凸起结构。
6.根据权利要求1或2所述的矿区地下岩层运移控制方法，其特征在于，步骤e中对采空区顶板进行支护采取工作面一边向前推进、一边对后方形成的采空区进行支护的方式。
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