浅埋深强开采扰动下导水裂隙带发育的固液耦合机理研究

发布时间：2020-06-20 11:04

【摘要】：陕北能源基地煤炭资源是我国已探明煤炭储量最大的煤田,也是我国重要的能源化工基地之一,煤层埋藏深度浅、厚度大、煤质优,为当地经济发展起到非常重要的作用。但是,陕北地处干旱半干旱地区,地表水资源缺乏,生态环境脆弱,第四系萨拉乌苏组潜水含水层是当地人畜及生态植被主要的供水水源,且当其遭到破坏后很难得到恢复。因此,研究神府矿区浅埋煤层受强开采扰动后,覆岩力学性能与萨拉乌苏组含水层潜水水力性能相互作用下导水裂隙带发育的固液耦合机理具有非常重要的意义。本文将以杭来湾煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟及相似材料模拟等方法,研究采动应力场与渗流场耦合作用下覆岩上行裂隙和下行裂隙的发育规律及导水裂隙带发育的固液耦合机理,主要研究成果如下:(1)地表形态及含(隔)水层结构对下行裂隙发育形态有着重要影响。在沟谷谷底纵向裂隙形态为“倒楔形”,沟谷边坡处纵向裂隙发育形态为“楔形”,沟谷塬梁区域裂隙发育程度较小;含水层越厚,隔水层受侵蚀强度越大,采空区中部凹型下行裂隙区深度越大、范围越广；下行裂隙中水体与岩体耦合作用主要表现为水体对下行裂隙的冲蚀及在采空区中部水体对岩体的侵蚀作用。(2)工作面宽度、覆岩岩性组合特征及地形对上行裂隙发育有重要影响。关键层距离煤层顶板越远,上行裂隙发育高度越小,影响范围越广;工作面宽度越大,上行裂隙发育高度越大,范围越广。地表沟谷位置处上行裂隙发育高度最高。受各因素影响,采空区边界处张拉裂隙越发育,裂隙导通性越好,易形成导水通道；采空中部,岩体挤压密实,上行裂隙贯通性较差,不易形成畅通的导水通道。(3)导水裂隙带内不同位置水与岩体耦合作用机理不同。上、下行裂隙导通,形成了导水裂隙带,采空区两侧裂隙较发育,为导水优势通道,此处水体与岩体之间的相互作用以冲蚀为主；采空区中部裂隙闭合,存在水体聚集,在覆岩压力的作用下,存储的水体向岩体侵入,对岩体形成侵蚀破坷坏。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD74

【参考文献】