薄基岩上覆典型土层隔水性能及应用研究

发布时间：2020-06-02 20:52

【摘要】：在薄基岩厚松散层地质条件下进行煤层开采时,导水裂隙带容易贯通基岩,波及松散层中的含水层,给矿井安全生产造成巨大威胁,并且会引起上部土层的变形和沉降,造成潜水位下降甚至潜水含水层被疏干,对生态环境造成严重破坏。本论文从松散层土体物理力学性质和薄基岩的变形及破坏角度出发,结合三元煤矿实际地质条件,综合运用室内试验、理论分析、数值模拟等方法对薄基岩厚松散层隔水性能进行研究。主要得出以下研究成果:(1)根据土的物理和力学性质的试验,将三元煤矿松散层土体分成浅部、中部、深部三段,深部粘土为低压缩性饱和粘土,渗透性差,抗破坏的能力好,与基岩形成的稳定结构共同起到阻水作用,可作为良好的顶板隔水层。(2)考虑了采动破碎岩体对上覆岩体的支撑作用,建立四边固支的Winkler地基模型,根据能量法推导了其挠度表达式以及应力表达式,得到了薄基岩挠度与地基系数的关系及临界载荷随工作面推进距离的变化规律。(3)基于普氏地压学说对煤层采动上覆粘土层成拱效应进行分析,得到粘土层破坏成拱的形状受侧压力分布形式及侧压力系数的影响。侧压力的分布及侧压力系数的大小决定了压力拱的形状;随着侧压力系数的增加,拉、压分界点逐渐向外扩展。(4)分析得到三元煤矿薄基岩厚松散层区粘土层不被破坏的极限基岩厚度为38m左右,此厚度对于利用粘土层的隔水性能有参考作用;3301工作面上部松散层水及地表积水受相邻工作面开采的影响较小,不会导致3301工作面上方地表沉陷区积水溃入工作面。
【图文】：

粒径分布,煤矿现场,三元,土样

表 2-2 影响粘土性质的宏观和微观因素ble 2-2 Influences factors of the macroscopic and microscopic of clay prope宏观因素微细观因素含水量矿物的种类密度矿物的含量颗粒性状和粒径分布组构围压孔隙水的成分温度孔隙水的性质验所取的土样为沁水煤田长治矿区三元煤矿三采区不同深图 2-1）。山西三元煤业股份有限公司井田位于沁水煤田东治矿区北与潞安矿区相接，南与高平矿区相连。三元煤业股号煤层（厚度 6.6～7.5m），三采区为目前主要采区，三采区范度 40.0～60.0m、其上为厚度 166.7～210.0m 的第四系松散查明，第四系松散覆盖层中赋存有数十个中等富水性的孔隙全生产的主要突水危险源。

地基,四边固支

b=200m(c) a=400m，，b=200m0.220570.4411440.661710.6617161710.882281.10281.10281.32341.3234 1.5441.54460 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 3000.29337 0.293370.293370.293370.586740.586740.586740.586740.880120.880120.880121.17351.17351.17351.46691.4691.46691.76021.76021.76021.76022.05362.05362.053660 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 4000.36669 0.366690.366690.366690.366690.733380.733380.733380.73381.10011.1011.10011.10011.46681.4681.46681.46681.83351.83351.83351.83352.20012.2001.20122.56682.56682.56680 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 500200406080100120140160180200
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD745.2

【参考文献】