近松散层煤层覆岩工程地质性质研究与应用

论文摘要

本论文从近松散层煤层覆岩工程地质力学性质出发,系统地研究了覆岩的岩石组成与矿物组分、岩石物理力学特征、岩石水理特征、覆岩结构特征及基岩风化带特征等,探讨了近松散层煤层覆岩岩体结构类型及其隔水性和抗裂性。采用数值模拟和相似材料模拟实验等手段,研究了近松散层煤层覆岩岩体结构对采动效应的制约作用。结合龙东矿西一扩区的实际,综合分析预测了该区两带的发育特征,确定了开采上限,为煤矿安全高效开采提供了科学依据。主要结论和认识如下:1.在相同的开采条件下,不同岩性组合的层状顶板,其采动效应不同,主要表现为:硬覆岩模型主应力分布所呈的“拱形”略大于软覆岩模型,上软下硬模型主应力分布所呈的“拱形”小于上硬下软模型;上硬下软模型层间出现了“离层”现象;上软下硬模型屈服破坏区域小于上硬下软模型。覆岩采动效应受到岩体结构的控制。2.在其他开采条件相同的情况下,煤层倾角对两带高度的影响较大,倾角越大,两带高度发育越高。在开采方式上,分层开采要比一次采全高所形成的两带高度小。3.近松散层煤层覆岩越薄,受风化带影响越大,覆岩强度降低的幅度越大,塑性变形能力增强,则裂隙带发育高度相对较小,风化带岩石对裂隙发育有抑制作用。4.根据龙东矿冒落带、裂隙带高度实测资料,采用反演和正交试验法获得了岩块与岩体力学参数之间的关系,为岩体参数的确定提供了一种新的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 研究的内容
• 1.4 论文工作概况
• 2 龙东矿区概况
• 2.1 自然地理与生产建设概况
• 2.1.1 位置与交通
• 2.1.2 生产建设概况
• 2.2 井田地质概况
• 2.2.1 地层概况
• 2.2.2 地质构造特征
• 2.3 矿井水文地质条件
• 3 龙东矿7煤层上覆岩体工程地质特征
• 3.1 覆岩岩石组成与结构特征
• 3.1.1 覆岩岩性及质量评价
• 3.1.2 岩样微观成分—薄片鉴定结果
• 3.1.3 风化岩石的粒度组成与可塑性分析
• 3.2 岩石矿物微观分析—X射线衍射分析
• 3.3 岩石物理力学性质测试结果与分析
• 3.4 岩石水理性质试验与分析
• 3.5 覆岩结构特征
• 3.6 基岩风化带特征
• 4 近松散层煤层覆岩结构对采动效应影响的数值分析
• 4.1 有限差分法及FLAC3D程序简介
• 4.1.1 有限差分法简介
• 4.1.2 FLAC3D程序简介
• 4.2 模型的建立、边界条件及参数选择
• 4.2.1 地质模型的建立
• 4.2.2 模型建立的基本假设
• 4.2.3 数值模拟材料及其屈服准则
• 4.2.4 计算区域
• 4.2.5 边界条件
• 4.2.6 参数的选择
• 4.3 填充物的处理
• 4.4 完整层状结构顶板模型的采动效应模拟
• 4.4.1 完整水平层状结构顶板模型的采动效应模拟
• 4.4.2 完整倾斜层状结构顶板模型的采动效应模拟
• 4.5 风化带对采动效应影响的数值模拟
• 4.5.1 风化带对于完整水平层状覆岩采动效应的影响
• 4.5.2 风化带对于完整倾斜层状覆岩采动效应的影响
• 4.6 模拟结果对比分析
• 5 近松散层煤层覆岩结构对采动效应影响的相似材料模拟
• 5.1 相似材料模拟简介及其应用现状
• 5.2 相似材料模拟实验原理
• 5.3 相似材料模拟实验
• 5.3.1 模拟的目的和意义
• 5.3.2 模拟的主要技术参数
• 5.3.3 模型的设计与制作
• 5.3.4 模拟实验观测内容
• 5.3.5 模拟实验结果与分析
• 5.4 小结
• 6 近松散层露头煤柱留设研究的工程应用
• 6.1 概述
• 6.1.1 防水煤（岩）柱的功能
• 6.1.2 防水煤（岩）柱留设原则
• 6.1.3 防水煤（岩）柱类型
• 6.1.4 防水煤（岩）柱的构成
• 6.1.5 防水煤（岩）柱质量评价
• 6.2 西一扩区地质及水文地质条件分析与评价
• 6.2.1 采区概况
• 6.2.2 西一扩区地质概况
• 6.2.3 西一扩区水文地质条件分析与评价
• 6.3 西一扩区7煤层覆岩两带高度的确定
• 6.3.1 数值模拟法
• 6.3.2 相似材料模拟实验法
• 6.3.3 经验公式与类比法
• 6.3.4 西一扩区两带高度预计
• 6.4 西一扩区7煤层开采上限的确定
• 6.4.1 浅部覆岩破坏特征
• 6.4.2 覆岩两带高度预计
• 6.4.3 保护层厚度的计算
• 6.4.4 防水煤岩柱尺寸的确定
• 6.4.5 西一扩区开采上限的确定
• 7 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介