近浅埋煤层保水开采覆岩运动模拟研究与实测

发布时间：2017-05-03 05:06

  本文关键词：近浅埋煤层保水开采覆岩运动模拟研究与实测，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 榆神府矿区是我国最大的现代化能源基地,埋深浅、上覆厚松散层是该矿区的典型赋存特征,工作面采动容易导致地表潜水流失,破坏地表生态环境。绿色开采是采矿技术今后的发展方向,保水开采是实施绿色开采的重要环节。开展近浅埋煤层保水开采的研究与实践,具有重要的学术价值和社会意义。 本文以榆神府矿区榆树湾井田地质条件为背景,以国家自然科学基金项目“浅埋煤层地表隔水层的采动隔水性研究(No.50574074)”和横向项目“榆树湾煤矿首分层大采高矿压及保水开采研究”为依托,通过物理相似模拟和理论分析相结合的方法,开发了隔水层应力应变全程相似模拟技术,通过模拟实验掌握了榆树湾煤矿近浅埋煤层保水开采覆岩运动基本规律,分析了隔水层的稳定性和保水开采的可行性。通过保水开采实践和实测,掌握了工作面的淋水及矿压显现基本规律,验证了模拟实验研究的正确性。 论文系统分析了矿区地质条件,测定了隔水层的物理力学性能,获得了隔水层岩样的应力应变全程曲线;基于隔水层性质,分析了隔水层模拟的关键是必须实现应力应变全程相似,特别是塑性变形相似,据此提出了隔水层相似指标并给定了相似条件,发展了相似模拟技术。根据隔水层性质,实验确定了隔水层相似材料及其配比规律,实现了粘土类隔水层的应力应变全程相似模拟。以榆树湾井田为研究对象,通过相似模拟实验,验证了隔水层相似材料及配比选取的正确性。通过物理相似模拟,揭示了榆树湾近浅埋煤层保水开采的覆岩运动基本规律,分析了岩层运动的“三带”特征。实验得出,近浅埋煤层顶板基岩关键层的运动对隔水层稳定性具有明显作用,粘土和黄土隔水层是保水开采的隔水关键层。在采高5m时,隔水层运动为整体弯曲下沉,隔水层的隔水性未受到破坏,隔水层总体稳定,可实现保水开采。 根据模拟实验,在近浅埋煤层榆树湾煤矿开展了实测,获得了工作面的矿压显现基本规律及顶板淋水规律,实测结果验证了理论分析及模拟实验结论的正确性。本论文研究为保水开采研究与实践提供了实验方法和实践经验,可为类似研究与实践提供借鉴。
【关键词】：近浅埋煤层 相似模拟 覆岩运动 保水开采 现场实测
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TD315
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 选题背景及研究的意义11-12
• 1.2 浅埋煤层国内外研究现状12-15
• 1.2.1 近浅埋煤层的概念12
• 1.2.2 浅埋煤层的国外研究现状12-13
• 1.2.3 浅埋煤层国内研究现状13-15
• 1.3 物理相似模拟实验的现状与发展趋势15-17
• 1.3.1 脆性材料物理相似模拟的研究现状15-16
• 1.3.2 塑性材料的物理相似模拟研究现状16
• 1.3.3 保水开采隔水层的物理相似模拟研究现状16-17
• 1.4 本文的研究内容及技术路线17-19
• 1.4.1 研究内容17
• 1.4.2 研究的技术路线17-19
• 2 矿区地质条件及隔水土层性能测定19-36
• 2.1 榆神府矿区地质概况19-20
• 2.2 榆神府矿区工程地质特征分析20-27
• 2.3 榆树湾井田地质概况27-31
• 2.3.1 井田地层概况27-28
• 2.3.2 井田地质概况28-31
• 2.4 粘土隔水层性能分析31-35
• 2.4.1 粘土层性质特征分析31-32
• 2.4.2 隔水层土样力学性能测定32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 隔水层应力应变全程相似模拟技术开发36-45
• 3.1 隔水层应力应变全程相似条件分析36-39
• 3.1.1 弹性阶段相似条件的确定36-37
• 3.1.2 塑性阶段相似条件的确定37-38
• 3.1.3 岩样与模型参数对照38-39
• 3.2 相似材料的选择39
• 3.2.1 相似材料选取的基本原则39
• 3.2.2 相似材料的选取39
• 3.3 相似配比实验39-40
• 3.4 相似材料的应力应变规律40-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 近浅埋煤层保水开采覆岩运动规律物理模拟研究45-60
• 4.1 实验目的45
• 4.2 实验原型地质概况45-48
• 4.2.1 所选20102 工作面概况45
• 4.2.2 模型工作面参数的确定45-48
• 4.3 物理相似模拟实验设计48-50
• 4.3.1 相似条件48-49
• 4.3.2 相似材料及配比49-50
• 4.3.3 实验方案50
• 4.4 实验结果分析50-59
• 4.4.1 基岩运动与来压规律51-56
• 4.4.2 隔水层运动与裂隙发育规律56-58
• 4.4.3 “三带”分析58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 近浅埋煤层覆岩运动对保水开采及矿压规律的影响分析60-64
• 5.1 关键层的影响60-61
• 5.2 顶板结构的影响61-62
• 5.3 下沉梯度的影响62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 近浅埋煤层榆树湾煤矿保水开采实践与工作面实测64-76
• 6.1 榆树湾保水开采实践64-67
• 6.1.1 榆树湾20102 工作面资料64-66
• 6.1.2 榆树湾20102 工作面保水开采实践66-67
• 6.2 现场工作面实测计划67-69
• 6.2.1 实测目的67-68
• 6.2.2 工作面观测内容68
• 6.2.3 观测方法与记录表68-69
• 6.3 工作面推进过程的来压规律69-71
• 6.3.1 工作面来压规律69-70
• 6.3.2 工作面来压分布特征70-71
• 6.4 工作面推进过程的淋水规律71-72
• 6.5 液压支架循环特性规律72-74
• 6.5.1 观测支架的选择72
• 6.5.2 支架循环特性规律72-74
• 6.6 模拟实验与现场实测综合对比分析74-75
• 6.6.1 模拟实验的模型与现场原型的差异74
• 6.6.2 实验与实测对比分析74-75
• 6.7 本章小结75-76
• 7 主要结论76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 附录81

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