浅埋煤层开采对潜水的损害与控制方法研究

论文摘要

陕北侏罗纪煤田地处毛乌素沙漠边缘,水资源短缺,生态环境极为脆弱。矿区煤层埋藏浅、开采厚度大、基岩薄、松散覆盖层厚,是典型的薄基岩、厚积沙松散覆盖层条件下的浅埋煤层开采。陕北侏罗纪煤田大规模开发以后,地面塌陷和地下水位下降日益加剧,成为加快沙漠化进程的主导因素。开发陕北优质大煤田和保护陕北稀缺的水资源,是陕北能源化工基地建设中迫切需要解决的重大课题,不仅关系到陕北老区的可持续发展,也关系到国家的能源发展战略。本文基于对神府矿区地质开采条件及开采损害现状调查的基础上,分析了这种特殊条件下开采沉陷控制特点,煤层上方关键层的物理力学性质及其破坏形态。应用岩层控制关键层理论,结合F-RFPA数值模拟计算分析,对浅埋煤层关键层的特征参数及其破断后对上覆岩层产生破坏的程度和形态进行了较深入的模拟分析。给出了开采高度与关键层破断后结构稳定性的关系,以及这种结构稳定性对含水层破坏程度的影响,结果表明,在神府矿区条件下,关键层破断结构稳定性不仅取决于关键层的特征参数,而且与开采高度、直接顶厚度等因素有关,通过限高开采能够使关键层破坏后的结构稳定运移,避免覆岩切落破坏发生,实现保水采煤。在研究保水采煤基础上,结合大柳塔矿区的地质、采矿、地形及生态环境情况,对大柳塔矿区进行了保水开采与矿区生态环境保护模式的初步探讨,形成大柳塔矿区的分区。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及研究的意义
• 1.1.1 选题的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外的浅埋煤层研究动态及发展趋势
• 1.2.1 国内的研究现状
• 1.2.2 国外的研究现状
• 1.3 开采沉陷预计理论研究现状及发展趋势
• 1.3.1 开采沉陷预计理论的发展趋势
• 1.3.2 我国开采沉陷理论综述及研究现状
• 1.4 问题的提出及本文的研究方法与内容
• 1.4.1 问题的提出
• 1.4.2 研究方法与内容
• 1.5 技术路线
• 1.6 预期达到的目标
• 2 神府矿区地质特征与开采损害
• 2.1 采矿地质条件
• 2.1.1 交通位置
• 2.1.2 地形地貌特征
• 2.1.3 地层特征
• 2.2 水文地质特征
• 2.2.1 含水层分布及工程地质特征
• 2.2.2 隔水层分布及工程地质特征
• 2.3 矿区开采损害的现状与特征
• 2.3.1 矿区开采损害的现状
• 2.3.2 矿区开采损害的特征
• 2.4 矿区分区原理及方法
• 2.5 本章小结
• 3 关键层的控制作用分析
• 3.1 关键层的基本特征
• 3.2 关键层的判别方法
• 3.3 关键层破断后的失稳分析
• 3.3.1 滑落失稳分析
• 3.3.2 回转失稳分析
• 3.4 模拟实验中关键层的稳定性分析
• 3.5 本章小结
• 4 开采过程对潜水影响的数值模拟
• 4.1 概述
• 4.2 F-RFPA2D 软件的原理及数值方法
• 4.3 RFPA 数值模拟
• 4.3.1 开采高度为4m 的开挖过程
• 4.3.2 开采高度为3m 的开挖过程
• 4.3.3 开采高度为2m 的开挖过程
• 4.4 本章小结
• 5 12304 工作面相似材料模拟实验
• 5.1 实验目的
• 5.2 仪器设备及实验原理
• 5.3 相似材料模拟实验设计及开采方案
• 5.4 相似材料模拟实验的过程
• 5.5 相似材料模拟实验的结果
• 5.6 本章小结
• 6 工程实例分析
• 6.1 工作面地质采矿条件
• 6.2 相似模拟实验及理论计算
• 6.3 保水开采方案的确定
• 6.3.1 合理的采宽、留宽及煤柱稳定性确定
• 6.3.2 威尔逊理论确定煤柱强度
• 6.3.3 煤柱屈服区宽度计算
• 6.4 可行性验算
• 6.5 本章小结
• 7 结论
• 7.1 本文的结论
• 7.2 本文的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录