孟加拉国Barapukuria井田三厚条件下协调减损开采理论研究与应用

发布时间：2020-03-22 20:37

【摘要】：孟加拉国Barapukuria煤矿,覆岩属典型的冈瓦纳地层结构,地质采矿条件与国内的侏罗纪或石炭二叠纪地层存在一定的差异,开展冈瓦纳地层厚松散承压含水层下协调开采技术的研究,对丰富水体下安全开采体系具有重要理论意义和工程应用价值。本文以孟巴井田实际地质采矿为工程背景,基于协调减损开采原理,以减弱开采对岩体损害程度,综合运用实验室模拟实验、现场探测和理论分析等多种方法,研究在冈瓦纳地层条件下,分层开采覆岩导水裂缝带发育规律以及结构关键层和隔水关键层的稳定性,并制定了合适矿井的协调减损开采方案,主要研究结果如下:(1)在全面分析矿井地质采矿条件的基础上,阐明了覆岩结构的“三厚”特征,即特厚煤层、特厚顶板和特厚松散含水层,分析确定了“三厚”是导致矿井灾害发生的重要因素,给出了通过特厚煤层分层限高协调减损开采是解决矿井安全的有效途径。(2)在分析矿井开采煤层覆岩隔水层、含水层、地质构造的空间展布特征的基础上,确定了孟巴井田范围内存在突水溃沙型、薄基岩易突水型和地质构造突水型三种水害类型,并按水害类型对矿区进行了区域划分,确定了井田南部为灾害可控开采区域,为矿井协调开采的整体布局奠定了基础。(3)应用数值模拟、物理相似材料模拟和现场探测等方法,研究了矿井分层开采覆岩破坏特征和导水裂缝带的发育规律,分析得到了冈瓦纳地层条件下开采,覆岩破坏强度大,移动变形剧烈,导水裂缝带发育高度大且增长率高。给出了冈瓦纳地层分层开采覆岩导水裂缝带高度的预计公式,为限高开采提供了可靠依据。(4)应用后屈曲理论分析了结构关键层稳定性,并基于能量准则给出了结构关键层稳定性的充分必要条件,建立了在覆岩载荷作用下结构关键层的极限破坏条件,为确定工作面的合理宽度提供了依据。(5)通过理论分析结合地表移动观测成果,分析了覆岩内部移动规律,确定了覆岩移动参数,应用概率积分解析得到基岩的影响角76°,松散层的影响角为53°,确定了覆岩内部基岩顶界的主要影响半径,为分层间协调开采层间错距的布置提供了依据。(6)基于开采煤层厚硬顶板分阶段破坏,达到厚硬顶板能量分次释放和基岩水分次疏放的减损防灾目的,确定了一分层工作面的合理宽度和开采高度;基于协调减损开采原理,为避免一、二分层开采边界拉伸应力叠加破坏隔水层(LDT)的隔水性能,故二分层开采后,要破坏一分层区段煤柱使覆岩整体平缓稳态下沉,并控制二分层开采覆岩导水裂缝带不波及隔水层(LDT),以此确定了二分层协调开采布置方式和开采高度控制计算方法,构建了适合孟巴矿灾害特点的协调开采减损设计方法。(7)应用协调减损开采设计方法,给出了矿井的协调减损开采方案,确定矿井一分层开采高度3m,二分层开采高度按裂采比20计算,分层边界错距按基岩顶界的主要影响半径的0.8倍计算。工程实践表明,一分层的限高开采将开采煤层厚硬顶板分次破坏,有效地减弱了顶板岩层整体破断能量的释放,避免了矿井淹井事故和冲击矿压灾害的发生;控制了导水裂缝带高度,避免隔水层(LDT)被波及,有效地保护了隔水层(LDT),一分层区段煤柱被破坏,覆岩整体实现了平缓稳态下沉,分层错距协调布置,避免了开采边界拉伸应力区的叠加,二分层限高协调开采,有效地保护了隔水层的稳定性,实现了孟巴矿复杂水体下的安全开采。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD745.2;TD823

【参考文献】