浅埋煤层开采覆岩移动规律及对地下水影响研究

发布时间：2021-02-16 16:42

　　本文以美国Cumberland煤矿B5和B6工作面开采条件为基础,通过地面钻孔埋设钻孔伸长仪对开采后覆岩各单层移动进行数据记录,以分析覆岩移动规律；通过地面水井钻孔,利用微水试验收集开采前后各岩层水文渗透系数与水位变化,以分析地下水流场变化；通过应用FLAC3D和GGU-SS-FLOW3D模拟程序分别对开采后岩层移动和地下水变化进行数值模拟,结合现场实测数据描述每一单层的运动和水文渗透系数的变化来评价长壁开采对覆岩移动和地下水影响。由于采区煤层埋藏较浅（175m）,而且工作面超长（435m）,所以本研究为以后我国西部浅埋煤层超长工作面开采提供了实践经验与理论基础。 

【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：188 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
详细摘要
Detailed Abstract
1 绪论
    1.1 问题的提出及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 浅埋煤层覆岩移动研究现状
        1.2.2 地下水保护开采理论研究
        1.2.3 上覆岩层厚度对地下水影响研究现状
        1.2.4 工作面长度与埋深比值（W/D）大小对地下水影响研究现状存在的问题
    1.3 研究内容
    1.4 研究方法与研究路线
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 技术路线
2 覆岩运动移动观测分析和地表变形研究
    2.1 研究区域地质概况
        2.1.1 二叠纪-Dunkard组
        2.1.2 宾夕法尼亚纪Monongahela组
        2.1.3 第四纪
        2.1.4 水文地质条件
    2.2 岩性与覆岩的强度特性
    2.3 研究区域描述和构造
        2.3.1 开采条件
        2.3.2 现场描述
        2.3.3 沉降观测
        2.3.4 上覆岩层移动变形监测工程
    2.4 B5和B6工作面开采沉陷研究
        2.4.1 工作面B5和B6的最终沉降
        2.4.2 总结
    2.5 B6工作面的覆岩移动测量
        2.5.1 B6工作面开采钻孔伸长计移动分析
        2.5.2 B6工作面开采钻孔伸长计变形分析
    2.6 本章小结
3 上覆岩层运移模型和理论分析
    3.1 综述
    3.2 与其他方法的比较
    3.3 模型设计
        3.3.1 模型中覆岩变形监测
        3.3.2 模型中伸长仪检测器的安装
        3.3.3 模型中的岩石物理性质
        3.3.4 B6工作面开采过程中钻孔伸长仪在模型中的运动分析
        3.3.5 总结
    3.4 理论分析
        3.4.1 承载能力理论分析
        3.4.2 岩层破断间距的理论分析
        3.4.3 确定高刚度主要岩层的标准
        3.4.4 上覆岩层运动的理论分析
    3.5 本章小结
4 煤层开采对地下水影响实测研究
    4.1 概述
    4.2 钻孔的布置和钻取
    4.3 水监测数据记录器的安装
    4.4 微水试验确定渗透系数
        4.4.1 环境保护机构的微水试验操作系统
    4.5 B6工作面开采前的水位数据
    4.6 B6工作面开采后的水位变化
    4.7 微水试验确定B6工作面采后的渗透系数
    4.8 本章小结
5 地下水流场数值模拟研究
    5.1 地下水建模的目的
    5.2 地下水建模程序
    5.3 地下水建模的理论
    5.4 模型概念和网格设计
        5.4.1 概念模型设计
        5.4.2 有限元网格生成和边界条件
    5.5 开采工作面B6和B5前地下水系统的预测
        5.5.1 选择模型沉降前渗透系数
        5.5.2 模型中沉降前的边界条件和地下水位
    5.6 沉降后的地下水流系统
    5.7 本章小结
6 埋深、工作面长度与采高对上覆岩层及地下水影响研究
    6.1 模型建立
        6.1.1 模拟目的
3D三维模型建立">        6.1.2 Flac^3D三维模型建立
        6.1.3 边界条件的确定
        6.1.4 模型岩体物理力学参数
    6.2 模型模拟结果分析
        6.2.1 开采不同煤层高度模拟结果分析
        6.2.2 不同工作面长度与埋深比（W/D）模拟结果分析
        6.2.3 不同W/D条件下上覆岩层裂隙发育及对地下水影响模拟结果分析
    6.3 本章小结
7 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 论文创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]浅埋煤层工作面液压支架工作阻力的确定[J]. 黄庆享,胡火明,刘玉卫,蔚保宁.  采矿与安全工程学报. 2009(03)
[2]厚表土薄基岩煤层开采覆岩运动规律[J]. 方新秋,黄汉富,金桃,柏建彪.  岩石力学与工程学报. 2008(S1)
[3]隔水关键层原理及其在保水采煤中的应用研究[J]. 缪协兴,浦海,白海波.  中国矿业大学学报. 2008(01)
[4]邻近松散承压含水层开采工作面压架机理与防治[J]. 许家林,蔡东,傅昆岚.  煤炭学报. 2007(12)
[5]深部开采覆岩关键层对地表沉陷的影响[J]. 许家林,连国明,朱卫兵,钱鸣高.  煤炭学报. 2007(07)
[6]保水开采隔水关键层的基本概念及力学分析[J]. 缪协兴,陈荣华,白海波.  煤炭学报. 2007(06)
[7]厚土层浅埋煤层覆岩运动破坏规律研究[J]. 张杰,侯忠杰.  采矿与安全工程学报. 2007(01)
[8]薄基岩厚表土煤层开采的极限基岩厚度分析[J]. 金桃,柏建彪,方新秋,黄汉富.  煤. 2007(03)
[9]厚土层薄基岩浅埋煤层“支架-围岩”关系实验研究[J]. 侯忠杰,吴文湘,肖民.  湖南科技大学学报(自然科学版). 2007(01)
[10]厚松散层薄基岩条带法开采采留尺度研究[J]. 郭惟嘉,陈绍杰,李法柱.  煤炭学报. 2006(06)

博士论文
[1]薄基岩采动破断及其诱发水砂混合流运移特性研究[D]. 杨伟峰.中国矿业大学 2009



本文编号：3036628