西部矿区深部仿生开采多相多场耦合作用机制研究
发布时间：2021-11-15 17:22
我国西部大型煤炭基地储量丰富,随着浅部资源大规模高效开采,部分矿井已进入深部开采阶段,浅部及中深部转向深部开采将成为必然趋势。深部煤炭开采致覆岩结构发生破坏,基岩水沿导水裂隙进入作业面并排出,致使深部水资源流失,破坏地下水系循环系统,进而间接影响地下水生态环境,第四系潜水层又是西部矿区地表生态赖以生存的关键含水层,现今尚无较好的治理措施和治理手段。然而,“煤-水仿生共采理念”为实现深部地下水资源保护和地表生态减损提供了可能。本文通过构建“柔性隔离层”,仿照地表生态采前状态关系和生态可持续要求,改造开采破坏传递带,控制开采裂隙影响范围,维护或重构满足地下水自然循环和地表生态的水环境条件,使采后地下水和地表生态能保持甚至优于“原态”;同时利用开采裂隙“解放”深层基岩裂隙水资源,探寻深部煤层仿生开采诱发覆岩采动裂隙和导水裂隙“萌生-扩展-贯通”规律,分析含水层下部基岩注浆构筑柔性隔离层演化过程以及覆岩层应力场、裂隙场与渗流场耦合规律,研究深部不同条件下仿生开采多相多场耦合作用机制,实现安全开采和地下水综合开发利用,进而达到保护地表生态的目的。主要结论如下:（1）以相似理论和块体理论为基础,首...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国煤炭基地主要分布图
西安科技大学硕士学位论文2麦垛山煤矿属于西部矿区宁东煤炭基地已经进入深部开采的主要大型矿井，地处华北地台、鄂尔多斯盆地西缘褶皱冲断带的南北向逆冲构造带，直罗组下段粗粒砂岩含水层水位标高为1304.11m，设计采深为491.2m。根据对神东、陕北和宁东等大型煤炭基地的地质、水文地质以及开采方法等的初步统计分析，西部矿区深部煤炭资源开采覆岩结构及地应力与浅部开采具有明显的不同。此外，随着埋深增加，深部开采矿井直接充水含水层、间接充水含水层的流尝补径排条件、水质演化等均发生变化，给地表生态产生了一定的影响[11]。西部矿区普遍存在水资源短缺、生态环境脆弱、土地沙漠化和沙尘天气的现象，地下水资源的保护和利用是西部矿区地表生态赖以维持的关键[12-21]。由于浅部煤炭资源开采、安全等方面的技术研究先于地表生态保护方面，造成了大量的水资源损失和生态损伤，引发了多种重大的环境问题（如图1.2所示），对当地居民的生活带来巨大的威胁，严重影响了经济社会的健康发展[22-32]。图1.2西部矿区煤炭开采后引发的环境问题面对快速掘进和大采高带来的地表塌陷、水土流失、生态破坏等问题，西部矿区深部煤炭资源的开采，需要在保障安全高效生产的基础上，保护水资源和地表生态[33-43]。针对未来我国矿产资源开发逐步进入深部开采的状况，结合西部矿区自身独特的开采条件，如何处理深部煤-水协调开采与生态保护的关系，以期达到安全高效开采、水资源保护与地表生态保护的目的是当前亟待解决的问题。1.2研究意义西部矿区深部仿生开采面临的的主要问题还是水资源的问题，在处于干旱与半干旱
释放而产生一定的变形，巷道左右侧壁破坏也影响巷道顶底板的结构稳定性。昌修林等[67]针对煤矿开采引起断层活化引起的复杂突水问题，以五沟煤矿某断层为背景，借助二维相似材料实验平台，通过设计的水袋加载法代替含水层来考虑承压水的作用，深入研究了采煤过程中断层的活化规律。发现无论是断层上盘还是下盘，断层上盘界面的位移大于下盘界面的位移，断层界面的垂直位移大于水平位移，提出水袋加载法可以作为一种有效的相似模拟实验方法。通过分析，相似模拟试验方法都较为传统，仍然存在易坍塌、变形等不确定性的风险（如图1.3所示），另外，通过创新实验材料和运用模块化搭建二维物理模拟试验平台，对模拟水-岩耦合仿生和隔离层注浆工艺的实验尚无相关的文献。（a）材料脱落（b）变形破坏图1.3传统模拟实验的弊端
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿山地下开采活动对地下水环境的影响[J]. 唐坪. 西部资源. 2020(03)
[2]地下水开发引起的环境问题与治理[J]. 颜久印,马建锋. 环境与发展. 2020(04)
[3]煤炭企业绿色开采驱动机制研究[J]. 姚海燕. 煤炭工程. 2020(04)
[4]煤炭开采的生态环境问题研究[J]. 王健康,苏艳敏. 陕西煤炭. 2020(S1)
[5]关于煤炭工业绿色发展战略的若干思考——基于生态修复视角[J]. 胡振琪,肖武. 煤炭科学技术. 2020(04)
[6]新疆煤炭资源开发的环境效应与保护策略研究[J]. 卞正富,雷少刚. 煤炭科学技术. 2020(04)
[7]黄河流域煤矿区生态环境修复关键技术与战略思考[J]. 彭苏萍,毕银丽. 煤炭学报. 2020(04)
[8]煤炭开采对煤矿区生态环境损害分析与防治对策[J]. 许维良,王冠民,王磊. 科技经济导刊. 2020(10)
[9]深部采场覆岩应力路径效应与失稳过程分析[J]. 庞义辉,王国法,李冰冰. 岩石力学与工程学报. 2020(04)
[10]矿山开采中环境保护存在的问题及治理对策[J]. 王团圆. 资源节约与环保. 2020(02)
博士论文
[1]陕北榆神矿区生态地质环境特征及煤炭开采影响机理研究[D]. 杨志.中国矿业大学 2019
[2]奥陶系推覆体下覆岩采动应力和水压力响应研究[D]. 褚程程.中国矿业大学 2016
硕士论文
[1]不同采深条件下采动引起覆岩移动及松散含水层破坏的相似模拟试验研究[D]. 耿逸鹏.太原理工大学 2017
本文编号：3497200
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国煤炭基地主要分布图
西安科技大学硕士学位论文2麦垛山煤矿属于西部矿区宁东煤炭基地已经进入深部开采的主要大型矿井，地处华北地台、鄂尔多斯盆地西缘褶皱冲断带的南北向逆冲构造带，直罗组下段粗粒砂岩含水层水位标高为1304.11m，设计采深为491.2m。根据对神东、陕北和宁东等大型煤炭基地的地质、水文地质以及开采方法等的初步统计分析，西部矿区深部煤炭资源开采覆岩结构及地应力与浅部开采具有明显的不同。此外，随着埋深增加，深部开采矿井直接充水含水层、间接充水含水层的流尝补径排条件、水质演化等均发生变化，给地表生态产生了一定的影响[11]。西部矿区普遍存在水资源短缺、生态环境脆弱、土地沙漠化和沙尘天气的现象，地下水资源的保护和利用是西部矿区地表生态赖以维持的关键[12-21]。由于浅部煤炭资源开采、安全等方面的技术研究先于地表生态保护方面，造成了大量的水资源损失和生态损伤，引发了多种重大的环境问题（如图1.2所示），对当地居民的生活带来巨大的威胁，严重影响了经济社会的健康发展[22-32]。图1.2西部矿区煤炭开采后引发的环境问题面对快速掘进和大采高带来的地表塌陷、水土流失、生态破坏等问题，西部矿区深部煤炭资源的开采，需要在保障安全高效生产的基础上，保护水资源和地表生态[33-43]。针对未来我国矿产资源开发逐步进入深部开采的状况，结合西部矿区自身独特的开采条件，如何处理深部煤-水协调开采与生态保护的关系，以期达到安全高效开采、水资源保护与地表生态保护的目的是当前亟待解决的问题。1.2研究意义西部矿区深部仿生开采面临的的主要问题还是水资源的问题，在处于干旱与半干旱
释放而产生一定的变形，巷道左右侧壁破坏也影响巷道顶底板的结构稳定性。昌修林等[67]针对煤矿开采引起断层活化引起的复杂突水问题，以五沟煤矿某断层为背景，借助二维相似材料实验平台，通过设计的水袋加载法代替含水层来考虑承压水的作用，深入研究了采煤过程中断层的活化规律。发现无论是断层上盘还是下盘，断层上盘界面的位移大于下盘界面的位移，断层界面的垂直位移大于水平位移，提出水袋加载法可以作为一种有效的相似模拟实验方法。通过分析，相似模拟试验方法都较为传统，仍然存在易坍塌、变形等不确定性的风险（如图1.3所示），另外，通过创新实验材料和运用模块化搭建二维物理模拟试验平台，对模拟水-岩耦合仿生和隔离层注浆工艺的实验尚无相关的文献。（a）材料脱落（b）变形破坏图1.3传统模拟实验的弊端
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿山地下开采活动对地下水环境的影响[J]. 唐坪. 西部资源. 2020(03)
[2]地下水开发引起的环境问题与治理[J]. 颜久印,马建锋. 环境与发展. 2020(04)
[3]煤炭企业绿色开采驱动机制研究[J]. 姚海燕. 煤炭工程. 2020(04)
[4]煤炭开采的生态环境问题研究[J]. 王健康,苏艳敏. 陕西煤炭. 2020(S1)
[5]关于煤炭工业绿色发展战略的若干思考——基于生态修复视角[J]. 胡振琪,肖武. 煤炭科学技术. 2020(04)
[6]新疆煤炭资源开发的环境效应与保护策略研究[J]. 卞正富,雷少刚. 煤炭科学技术. 2020(04)
[7]黄河流域煤矿区生态环境修复关键技术与战略思考[J]. 彭苏萍,毕银丽. 煤炭学报. 2020(04)
[8]煤炭开采对煤矿区生态环境损害分析与防治对策[J]. 许维良,王冠民,王磊. 科技经济导刊. 2020(10)
[9]深部采场覆岩应力路径效应与失稳过程分析[J]. 庞义辉,王国法,李冰冰. 岩石力学与工程学报. 2020(04)
[10]矿山开采中环境保护存在的问题及治理对策[J]. 王团圆. 资源节约与环保. 2020(02)
博士论文
[1]陕北榆神矿区生态地质环境特征及煤炭开采影响机理研究[D]. 杨志.中国矿业大学 2019
[2]奥陶系推覆体下覆岩采动应力和水压力响应研究[D]. 褚程程.中国矿业大学 2016
硕士论文
[1]不同采深条件下采动引起覆岩移动及松散含水层破坏的相似模拟试验研究[D]. 耿逸鹏.太原理工大学 2017
本文编号：3497200
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