煤层顶板不同覆岩结构采动导水裂隙发育机理研究
发布时间：2021-07-21 14:23
随着我国煤炭产能重心向西部地区转移,西部矿区侏罗系煤层顶板水害已成为矿井安全生产的巨大威胁。导水裂隙作为重要的涌水通道对于工作面顶板水害防治具有决定性的影响。覆岩岩性及其组合结构对煤层顶板采动导水裂隙发育规律具有重要的影响作用,开展不同覆岩结构采动导水裂隙发育规律及其机理研究具有重要的理论意义及实际应用价值。论文在大量文献调研和现场调研的基础上,分析总结侏罗系煤层顶板典型地层岩性及其组合特征,提出软-硬-软-硬型、软-软-硬-硬型、硬-软-硬-软型及硬-硬-软-软型四种覆岩结构类型。利用二维非连续介质数值计算软件UDEC对四种覆岩结构类型在三种采高条件下共12种地质采矿模型采动导水裂隙发育特征进行研究,从而总结不同覆岩结构采动导水裂隙发育特征;采用材料力学基本原理及岩梁结构受力模型对不同覆岩结构采动顶板岩层变形破坏进行力学演化过程分析,从而获得覆岩结构对导水裂隙发育规律产生影响的力学机理;并以郭家河煤矿和崔木煤矿两个工作面为例开展黄陇煤田采动导水裂隙带发育高度的覆岩结构效应研究,证明本文预测结果与实测值基本吻合;对不同覆岩结构与含水层位置关系进行分析,并对顶板水害特征进行了探讨,得到如...
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文研究的技术路线图
2煤层顶板不同覆岩结构采动破坏特征142煤层顶板不同覆岩结构采动破坏特征受采矿活动影响，煤层覆岩受到地质应力作用破裂为块体、裂隙岩体或松散结构，其应力应变行为是一种复杂的非线性力学过程。数值分析方法因建模便捷、灵活高效，可系统反映煤层开采过程中覆岩应力应变状态及裂隙演化过程而成为采矿工程领域重要的研究手段。2.1煤层顶板覆岩结构典型模式2.1.1邢邯矿区主采煤层覆岩结构特征邢邯矿区是我国典型的华北型煤田，矿区可采煤层分布于石炭系太原组及二叠系山西组，矿区煤炭开采过程中主要受底板奥陶系灰岩含水层威胁。山西组层内2煤为矿区主采煤层，矿区地层层序及特征如图2.1所示。图2.1邢邯矿区峰峰煤田地层综合柱状图Fig.2.1ComprehensivehistogramofFengfengcoalfieldofXinghanminingarea
煤炭科学研究总院博士学位论文212.2.2.1软-硬-软-硬型覆岩结构顶板采动变形破坏及裂隙发育特征1）顶板破坏及离层发育特征(a)推进距离10m(b)推进距离40m(c)推进距离50m(d)推进距离80m(e)推进距离100m(f)推进距离120m图2.7软-硬-软-硬型覆岩结构顶板采动变形破坏规律Fig.2.7Thelawofminingdeformationandfailureofsoft-hard-soft-hardoverburdenstructure由图2.7可知，随着工作面不断推进，煤层顶板各岩层由下自上发生弯曲、下沉及破断垮落，形成不同的裂隙发育特征。在采高2.0m条件下，软-硬-软-硬型工作面推进至50m时，顶板软岩1初次垮落、并在软岩1与硬岩1界面处产生离层空间。随着工作面不断推进，离层范围不断同步扩大，当工作面推进至100m时，离层空间开始缩小并在工作面推进至120m时，上覆岩层弯曲下沉造成离层裂隙闭合。2）顶板各岩层位移特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]顶板导水裂隙高度随采厚的台阶式发育特征[J]. 王晓振,许家林,韩红凯,鞠金峰,邢延团. 煤炭学报. 2019(12)
[2]厚松散层软弱覆岩下综放开采导水裂隙带发育高度[J]. 杨达明,郭文兵,赵高博,谭毅,杨伟强. 煤炭学报. 2019(11)
[3]黄陇煤田综放采煤顶板导水裂缝带高度发育特征[J]. 李超峰. 煤田地质与勘探. 2019(02)
[4]基于塑性铰理论的导水裂隙带发育高度预判[J]. 周泽,赵维生,朱川曲,张开智,段瑜. 地下空间与工程学报. 2018(05)
[5]补连塔煤矿综采大采高覆岩破坏“两带”高度实测研究[J]. 杨俊哲,贾林刚,宋桂军,赵立钦. 煤矿开采. 2018(05)
[6]强冲击矿压矿井综放开采覆岩破坏规律研究[J]. 郭小铭,刘英锋,李超峰. 矿业安全与环保. 2018(03)
[7]导水裂隙带高度井下仰孔探测装置改进及应用[J]. 李超峰,刘英锋,李抗抗. 煤炭科学技术. 2018(05)
[8]回采工作面顶板复合含水层涌水量时空组成及过程预测方法[J]. 李超峰,虎维岳. 水文地质工程地质. 2018(03)
[9]水体下开采覆岩破断及裂隙演化规律[J]. 许国胜,李回贵,关金锋. 煤矿安全. 2018(04)
[10]生态脆弱矿区土层中导水裂缝带发育高度研究[J]. 冯洁,王苏健,陈通,侯恩科,李涛. 煤田地质与勘探. 2018(01)
博士论文
[1]煤层开采覆岩离层水体致灾机理与防控技术研究[D]. 曹海东.煤炭科学研究总院 2018
[2]厚煤层开采覆岩破坏规律及粘土隔水层采动失稳机理研究[D]. 刘世奇.中国矿业大学(北京) 2016
[3]深部煤层开采底板突水地应力控制机理研究[D]. 田干.煤炭科学研究总院 2015
[4]浅埋近距煤层重复扰动区覆岩导水裂隙发育规律及其控制[D]. 金志远.中国矿业大学 2015
[5]采动覆岩破坏特征及其应用研究[D]. 尹增德.山东科技大学 2007
硕士论文
[1]永陇—彬长矿区煤层顶板离层水形成机理及其预测[D]. 张严静.西安科技大学 2015
[2]玉华煤矿矿井突水机理研究[D]. 方刚.西安科技大学 2014
[3]综放开采覆岩运移特征及“两带”高度的多因素指标分析[D]. 李敬敬.安徽理工大学 2014
[4]鸳鸯湖矿区矿井涌水量预测方法研究[D]. 朱宏军.煤炭科学研究总院 2014
[5]覆岩主关键层对导水裂隙演化影响的研究[D]. 王志刚.中国矿业大学 2008
[6]煤层底板隔水层阻抗高压水侵入机理研究[D]. 田干.煤炭科学研究总院 2005
[7]综放开采导水裂隙带高度及预测方法研究[D]. 杨贵.山东科技大学 2004
本文编号：3295192
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
论文研究的技术路线图
2煤层顶板不同覆岩结构采动破坏特征142煤层顶板不同覆岩结构采动破坏特征受采矿活动影响，煤层覆岩受到地质应力作用破裂为块体、裂隙岩体或松散结构，其应力应变行为是一种复杂的非线性力学过程。数值分析方法因建模便捷、灵活高效，可系统反映煤层开采过程中覆岩应力应变状态及裂隙演化过程而成为采矿工程领域重要的研究手段。2.1煤层顶板覆岩结构典型模式2.1.1邢邯矿区主采煤层覆岩结构特征邢邯矿区是我国典型的华北型煤田，矿区可采煤层分布于石炭系太原组及二叠系山西组，矿区煤炭开采过程中主要受底板奥陶系灰岩含水层威胁。山西组层内2煤为矿区主采煤层，矿区地层层序及特征如图2.1所示。图2.1邢邯矿区峰峰煤田地层综合柱状图Fig.2.1ComprehensivehistogramofFengfengcoalfieldofXinghanminingarea
煤炭科学研究总院博士学位论文212.2.2.1软-硬-软-硬型覆岩结构顶板采动变形破坏及裂隙发育特征1）顶板破坏及离层发育特征(a)推进距离10m(b)推进距离40m(c)推进距离50m(d)推进距离80m(e)推进距离100m(f)推进距离120m图2.7软-硬-软-硬型覆岩结构顶板采动变形破坏规律Fig.2.7Thelawofminingdeformationandfailureofsoft-hard-soft-hardoverburdenstructure由图2.7可知，随着工作面不断推进，煤层顶板各岩层由下自上发生弯曲、下沉及破断垮落，形成不同的裂隙发育特征。在采高2.0m条件下，软-硬-软-硬型工作面推进至50m时，顶板软岩1初次垮落、并在软岩1与硬岩1界面处产生离层空间。随着工作面不断推进，离层范围不断同步扩大，当工作面推进至100m时，离层空间开始缩小并在工作面推进至120m时，上覆岩层弯曲下沉造成离层裂隙闭合。2）顶板各岩层位移特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]顶板导水裂隙高度随采厚的台阶式发育特征[J]. 王晓振,许家林,韩红凯,鞠金峰,邢延团. 煤炭学报. 2019(12)
[2]厚松散层软弱覆岩下综放开采导水裂隙带发育高度[J]. 杨达明,郭文兵,赵高博,谭毅,杨伟强. 煤炭学报. 2019(11)
[3]黄陇煤田综放采煤顶板导水裂缝带高度发育特征[J]. 李超峰. 煤田地质与勘探. 2019(02)
[4]基于塑性铰理论的导水裂隙带发育高度预判[J]. 周泽,赵维生,朱川曲,张开智,段瑜. 地下空间与工程学报. 2018(05)
[5]补连塔煤矿综采大采高覆岩破坏“两带”高度实测研究[J]. 杨俊哲,贾林刚,宋桂军,赵立钦. 煤矿开采. 2018(05)
[6]强冲击矿压矿井综放开采覆岩破坏规律研究[J]. 郭小铭,刘英锋,李超峰. 矿业安全与环保. 2018(03)
[7]导水裂隙带高度井下仰孔探测装置改进及应用[J]. 李超峰,刘英锋,李抗抗. 煤炭科学技术. 2018(05)
[8]回采工作面顶板复合含水层涌水量时空组成及过程预测方法[J]. 李超峰,虎维岳. 水文地质工程地质. 2018(03)
[9]水体下开采覆岩破断及裂隙演化规律[J]. 许国胜,李回贵,关金锋. 煤矿安全. 2018(04)
[10]生态脆弱矿区土层中导水裂缝带发育高度研究[J]. 冯洁,王苏健,陈通,侯恩科,李涛. 煤田地质与勘探. 2018(01)
博士论文
[1]煤层开采覆岩离层水体致灾机理与防控技术研究[D]. 曹海东.煤炭科学研究总院 2018
[2]厚煤层开采覆岩破坏规律及粘土隔水层采动失稳机理研究[D]. 刘世奇.中国矿业大学(北京) 2016
[3]深部煤层开采底板突水地应力控制机理研究[D]. 田干.煤炭科学研究总院 2015
[4]浅埋近距煤层重复扰动区覆岩导水裂隙发育规律及其控制[D]. 金志远.中国矿业大学 2015
[5]采动覆岩破坏特征及其应用研究[D]. 尹增德.山东科技大学 2007
硕士论文
[1]永陇—彬长矿区煤层顶板离层水形成机理及其预测[D]. 张严静.西安科技大学 2015
[2]玉华煤矿矿井突水机理研究[D]. 方刚.西安科技大学 2014
[3]综放开采覆岩运移特征及“两带”高度的多因素指标分析[D]. 李敬敬.安徽理工大学 2014
[4]鸳鸯湖矿区矿井涌水量预测方法研究[D]. 朱宏军.煤炭科学研究总院 2014
[5]覆岩主关键层对导水裂隙演化影响的研究[D]. 王志刚.中国矿业大学 2008
[6]煤层底板隔水层阻抗高压水侵入机理研究[D]. 田干.煤炭科学研究总院 2005
[7]综放开采导水裂隙带高度及预测方法研究[D]. 杨贵.山东科技大学 2004
本文编号：3295192
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