煤层为主含水层的巷道围岩变形-渗流耦合系统响应分析
发布时间：2021-09-08 09:01
煤层为主含水层的煤系地层十分罕见,在榆横矿区小纪汗煤矿是我国西部首次发现,由于煤层中含有丰富的水量,极易发生矿井水灾。如何预测含水煤层巷道涌水量,成为巷道掘进和煤层开采的重大难题,围岩变形-非饱和水渗流耦合系统动力学响应分析是迫切需要解决的关键科学问题之一。本文在对煤层为主含水层煤系地层形成机理分析的基础上,综合运用试验、实测、理论分析、数值模拟等方法深入研究巷道的涌水规律,取得如下创新研究成果:（1）在地质构造运动分析的基础上,研究了小纪汗矿区浅埋松散沙层-厚基岩-煤层的含水结构特征,运用地质学理论揭示了小纪汗矿区煤层为主含水层的形成机理。（2）通过含水煤层强度和渗透性试验,得到小纪汗矿煤系地层的抗拉强度、内聚力、内摩擦角、弹性模量、Poisson比、渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数等,并通过煤层的孔隙度、渗透性参量和内摩擦角的量值分析,进一步揭示了煤层为主含水层的力学特征。（3）讨论含水煤层的破坏形式和破坏条件,基于D-P准则建立了剪切屈服后的流动法则;利用应变矢量与应变张量的关系,构造塑性势,并基于Lagrange准则建立了拉伸破坏后的流动法则;给出了破坏状态转化的条件。...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：200 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
部抬升幅度大，使盆地东西部产生上侏罗统沉积差异。这种沉降差部部分矿区局部发育安定组；盆地东部矿区形成直罗组与下白垩统触的地层结构。以，至此，中侏罗统发育的直罗组为河流-湖泊相碎屑岩沉积，根岩性为黄绿色至灰绿色砂质泥岩与粉砂岩、细砂岩互层，泥岩与砂 60%～80%，直罗组成为延安组顶部煤层重要的隔水层和白垩系保煤层为主含水层的地质构造特征(Geological Stcteristics of the Main Aquifer in Coal Seam)横矿区所属区域构造位置处于鄂尔多斯盆地次级构造单元-陕北北斜坡被围于西部天环坳陷、北部伊盟隆起、东部晋西挠褶带等构图 2-1）。陕北斜坡以单斜构造为主（图 2-2），岩层向北西、北西般 1°~3°，在此基础上发育有宽缓的短轴状向斜、背斜及鼻状隆起未发现规模较大的褶皱，断裂构造一般不发育。
图 2-2 矿区 16 号地质剖面图Fig.2-2 Geological section map of mine No.16矿区内部的基岩，受前新生代风化作用，顶面起伏大，顶面之下形成风化带，厚度达 20~40m，随着埋深增加，裂隙的发育逐渐减弱。基岩顶部，因非常密集经常导致岩石破碎，形成了地表水良好的下渗通道。第四系风成沙和黄土覆盖了大部分矿区地表，矿区地表局部或者零星出露上更新统萨拉乌苏组、白垩系下统洛河组和侏罗系下统安定组岩层。根据地质填图和钻孔揭露资料，区内地层由首采煤系地层向上依次为：侏中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a），白垩系下统洛河组（K1更新统离石组（Q2l）、全新统冲、洪积层(Q41al+pl、Q42al+pl)及风积砂42eol)。地层结构及部分水文地质参数分述如下表 2-1。表 2-1 地层结构及部分水文地质参数Table 2-1 The parameters of the stratigraphic structure and the hydrogeology地层 厚度 含隔水性 水文地质参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤岩气水相对渗透率研究进展与展望[J]. 孟艳军,汤达祯,许浩,申文敏,赵俊龙. 煤炭科学技术. 2014(08)
[2]不同稳定时间对煤的变形及渗透特性影响试验研究[J]. 许江,张敏,李波波,杜伟,周婷,曹偈. 岩石力学与工程学报. 2014(07)
[3]煤样渗透率围压敏感性试验研究[J]. 魏建平,李明助,王登科,秦恒洁. 煤炭科学技术. 2014(06)
[4]不同加卸载下层理裂隙煤体的渗透特性研究[J]. 潘荣锟,程远平,董骏,陈海栋. 煤炭学报. 2014(03)
[5]煤储层渗透率影响因素探讨[J]. 刘峻杉. 重庆师范大学学报(自然科学版). 2014(02)
[6]沁水盆地煤储层渗透率实验和模拟研究[J]. 郑贵强,凌标灿,朱雪征,杨德方. 华北科技学院学报. 2014(02)
[7]小纪汗煤矿探放水定向钻孔工艺及施工方法[J]. 刘建林. 煤. 2014(02)
[8]循环荷载作用下煤变形及渗透特性的试验研究[J]. 许江,李波波,周婷,曹偈,叶桂兵. 岩石力学与工程学报. 2014(02)
[9]煤层原始含水率对煤与瓦斯突出危险程度的影响[J]. 蒋长宝,尹光志,许江,彭守建,李文璞. 重庆大学学报. 2014(01)
[10]鄂尔多斯东缘煤储层渗透性主控因素分析与高渗区预测[J]. 孙立东,赵永军,崔大海,蔡东梅. 山东科技大学学报(自然科学版). 2013(05)
博士论文
[1]变质量破碎泥岩渗透性的加速试验研究[D]. 王路珍.中国矿业大学 2014
[2]富水孔隙砂岩含水层扰动过程的水动力学特征[D]. 姜春露.中国矿业大学 2013
[3]煤层水压致裂理论及应用研究[D]. 杜春志.中国矿业大学 2008
[4]裂隙岩体渗流非连续介质数值模型研究及工程应用[D]. 宋晓晨.河海大学 2004
本文编号：3390508
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：200 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
技术路线图
部抬升幅度大，使盆地东西部产生上侏罗统沉积差异。这种沉降差部部分矿区局部发育安定组；盆地东部矿区形成直罗组与下白垩统触的地层结构。以，至此，中侏罗统发育的直罗组为河流-湖泊相碎屑岩沉积，根岩性为黄绿色至灰绿色砂质泥岩与粉砂岩、细砂岩互层，泥岩与砂 60%～80%，直罗组成为延安组顶部煤层重要的隔水层和白垩系保煤层为主含水层的地质构造特征(Geological Stcteristics of the Main Aquifer in Coal Seam)横矿区所属区域构造位置处于鄂尔多斯盆地次级构造单元-陕北北斜坡被围于西部天环坳陷、北部伊盟隆起、东部晋西挠褶带等构图 2-1）。陕北斜坡以单斜构造为主（图 2-2），岩层向北西、北西般 1°~3°，在此基础上发育有宽缓的短轴状向斜、背斜及鼻状隆起未发现规模较大的褶皱，断裂构造一般不发育。
图 2-2 矿区 16 号地质剖面图Fig.2-2 Geological section map of mine No.16矿区内部的基岩，受前新生代风化作用，顶面起伏大，顶面之下形成风化带，厚度达 20~40m，随着埋深增加，裂隙的发育逐渐减弱。基岩顶部，因非常密集经常导致岩石破碎，形成了地表水良好的下渗通道。第四系风成沙和黄土覆盖了大部分矿区地表，矿区地表局部或者零星出露上更新统萨拉乌苏组、白垩系下统洛河组和侏罗系下统安定组岩层。根据地质填图和钻孔揭露资料，区内地层由首采煤系地层向上依次为：侏中统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、安定组（J2a），白垩系下统洛河组（K1更新统离石组（Q2l）、全新统冲、洪积层(Q41al+pl、Q42al+pl)及风积砂42eol)。地层结构及部分水文地质参数分述如下表 2-1。表 2-1 地层结构及部分水文地质参数Table 2-1 The parameters of the stratigraphic structure and the hydrogeology地层 厚度 含隔水性 水文地质参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤岩气水相对渗透率研究进展与展望[J]. 孟艳军,汤达祯,许浩,申文敏,赵俊龙. 煤炭科学技术. 2014(08)
[2]不同稳定时间对煤的变形及渗透特性影响试验研究[J]. 许江,张敏,李波波,杜伟,周婷,曹偈. 岩石力学与工程学报. 2014(07)
[3]煤样渗透率围压敏感性试验研究[J]. 魏建平,李明助,王登科,秦恒洁. 煤炭科学技术. 2014(06)
[4]不同加卸载下层理裂隙煤体的渗透特性研究[J]. 潘荣锟,程远平,董骏,陈海栋. 煤炭学报. 2014(03)
[5]煤储层渗透率影响因素探讨[J]. 刘峻杉. 重庆师范大学学报(自然科学版). 2014(02)
[6]沁水盆地煤储层渗透率实验和模拟研究[J]. 郑贵强,凌标灿,朱雪征,杨德方. 华北科技学院学报. 2014(02)
[7]小纪汗煤矿探放水定向钻孔工艺及施工方法[J]. 刘建林. 煤. 2014(02)
[8]循环荷载作用下煤变形及渗透特性的试验研究[J]. 许江,李波波,周婷,曹偈,叶桂兵. 岩石力学与工程学报. 2014(02)
[9]煤层原始含水率对煤与瓦斯突出危险程度的影响[J]. 蒋长宝,尹光志,许江,彭守建,李文璞. 重庆大学学报. 2014(01)
[10]鄂尔多斯东缘煤储层渗透性主控因素分析与高渗区预测[J]. 孙立东,赵永军,崔大海,蔡东梅. 山东科技大学学报(自然科学版). 2013(05)
博士论文
[1]变质量破碎泥岩渗透性的加速试验研究[D]. 王路珍.中国矿业大学 2014
[2]富水孔隙砂岩含水层扰动过程的水动力学特征[D]. 姜春露.中国矿业大学 2013
[3]煤层水压致裂理论及应用研究[D]. 杜春志.中国矿业大学 2008
[4]裂隙岩体渗流非连续介质数值模型研究及工程应用[D]. 宋晓晨.河海大学 2004
本文编号：3390508
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