西部矿区短壁块段式采煤覆岩导水裂隙发育机理及控制技术研究

发布时间：2020-08-08 00:51

【摘要】：我国西部矿区多数地处沙漠和沙漠边缘,属于干旱半干旱气候,所处环境具有水资源匮乏,地表植被稀疏,水土流失严重以及生态环境脆弱等特征,水资源具有“滴水滴油”举足轻重的作用,也是维持当地工农业发展和生态环境平衡的关键因素。而在煤炭开采过程中,造成上覆岩层的剧烈运动和大范围的破坏是不可避免的,并形成导水通道,进一步诱发土地沙漠化加剧,河川径流量减少,地下水资源枯竭,地表植被逐渐稀疏等一系列的环境问题,这对中国西部脆弱生态矿区环境的影响尤为严重。短壁块段式采煤技术作为一种我国自主研发的绿色开采技术,可以有效地兼顾煤炭安全开采和水资源保护。本文在简要阐述短壁块段式采煤技术原理和特征的基础上,综合采用实验室测试、物理相似模拟、数值模拟计算分析、理论力学分析以及现场工程实践等多种手段相结合的研究方法,揭示了短壁块段式采煤覆岩导水裂隙的扩展机理以及发育规律,并基于此创新性地构建了短壁块段式保水采煤体系,旨在控制导水裂隙的发育,为实现生态脆弱矿区水资源保护开采提供一种有效可行的环境友好型开采方法。主要取得了以下创新性成果:(1)基于短壁块段式采煤工作面布置特点和覆岩破坏空间结构特征,建立了短壁块段式采场覆岩导水裂隙扩展的弹性地基叠合梁力学模型,推导出了短壁块段式采场任一岩层的挠度方程和弯矩方程,给出判定岩层产生导水裂隙的思路和方法,揭示了短壁块段式采煤覆岩导水裂隙的发育及控制机理。(2)在分析不同主控因素与短壁块段式采煤覆岩导水裂隙高度之间函数关系的基础上,揭示了短壁块段式采煤覆岩移动时空演化特征及导水裂隙发育规律,建立了短壁块段式采场覆岩导水裂隙带高度的预测体系,为导水裂隙发育的准确预测提供了理论基础。(3)针对不同的采矿地质条件,提出将隔水层分为低位破坏区隔水层,高位安全区隔水层以及中位减弱区隔水层3种类型,并结合短壁块段式采场覆岩导水裂隙发育规律以及预测方法,构建了短壁块段式保水采煤体系及评价机制,实现了保护水资源和提高资源采出率的双重目标。(4)基于理论研究成果,提出了短壁块段式保水采煤的工程设计方法与流程,优化设计了工作面的关键参数及生产系统,建立了短壁块段采场导水裂隙发育及围岩稳定监测反馈体系,为成功解决水资源流失难题、实现保水采煤提供了科学依据。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD823.4

【参考文献】

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本文编号：2784780