复杂地质条件下煤矿水害形成机理与防控技术研究
发布时间：2023-04-11 04:30
随着我国煤炭生产重心不断西移,西部矿区在保障国家能源安全方面将发挥越来越重要的作用,亟需在保证安全与环境容量允许范围的前提下,经济高效采出煤炭,实现科学采矿。而复杂地质条件下煤矿水害防控是当前制约煤矿安全的重要难题。针对宁东矿区羊场湾煤矿复杂水文地质条件,通过地质勘察、水文地质渗流建模构建、工作面覆岩裂隙场相似模拟、围岩应力演化特征分析、煤层底板突水系数分析等方法,系统研究了采动影响下羊场湾煤矿水害形成机理,初步形成了羊场湾煤矿水害综合防控治理体系。研究成果对复杂水文地质条件煤矿的水害防控治理有重要的借鉴意义。主要研究成果如下:(1)总结了羊场湾煤矿水文地质条件及煤层埋藏条件。运用地质调研、钻孔抽水等多重了地质勘查技术,研究矿井及工作面受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况及其概况。勘察资料反映出羊场湾煤矿水文地质条件和开采条件十分复杂。羊场湾煤矿二煤层开采主要充水水源是直罗组底部砂岩段至二煤顶板砂岩含水层组水和构造裂缝带充水,六煤层开采主要充水水源为第四系含水层水、二煤至八煤间煤岩层组粗砂岩砂岩含水层组水、二煤磁窑堡扩建井各区段采空区积水和Y142采空区积水。(2...
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题的背景及研究意义
1.2 煤矿水患防治理论国内外研究现状
1.2.1 煤矿开采水文地质特征研究进展
1.2.2 煤矿开采水患研究进展
1.2.3 煤矿开采水患防治综述
1.3 研究内容与技术路线
2 复杂地质条件下水文地质特征综合勘察及分析
2.1 地质赋存复杂性
2.1.1 井田地层复杂性
2.1.2 区域构造复杂性
2.1.3 水文地质复杂性
2.2 矿井生产及采空区分布
2.2.1 矿井生产情况
2.2.2 采空区分布
2.2.3 老窑水分布
2.3 本章小结
3 复杂地质条件下煤岩体特性及破坏特征
3.1 自然与饱水状态煤岩体力学实验
3.1.1 煤体实验分析与结果
3.1.2 岩体实验分析与结果
3.2 煤岩体裂隙场演化特征相似模拟实验
3.2.1 相似模拟参数及模型构建
3.2.2 模型实验结果
3.2.3 采动覆岩运移规律
3.2.4 覆岩破断声发射结果分析
3.2.5 基于热红外辐射特征的覆岩裂隙场演化规律
3.3 本章小结
4 复杂地质条件下煤岩体渗流数值计算
4.1 矿井地下水数学模型构建
4.1.1 数学模型提出
4.1.2 数学模型求解原理
4.1.3 计算模型及其数学描述
4.1.4 数学模型含水层结构
4.2 矿井地下水数学模型参数设置
4.2.1 渗流区域剖分
4.2.2 模型参数设置
4.2.3 数值模型计算
4.2.4 研究区边界条件
4.2.5 模型的识别验证
4.3 矿井地下水数值模拟分析及结果
4.3.1 抽水孔的实测降深与计算降深的s-t拟合分析
4.3.2 二煤层不同开采时期对地下水渗流场的影响
4.4 矿井覆岩应力演化特征数值分析
4.4.1 数值模型构建
4.4.2 围岩状态分析
4.4.3 水平与垂直应力分析
4.5 本章小结
5 羊场湾煤矿水害发生机理
5.1 水害类型
5.1.1 顶板水害
5.1.2 烧变岩水害
5.1.3 底板水害
5.1.4 老空水害
5.2 矿井充水因素分析
5.2.1 充水水源
5.2.2 充水通道
5.2.3 充水状况及强度
5.3 矿井水文地质类型划分
5.3.1 一号井水文地质类型
5.3.2 二号井水文地质类型
5.4 本章小结
6 复杂地质条件下煤层底板突水危险性分析
6.1 煤层底板承压含水层对煤层底板突水的影响
6.2 煤底板隔水层对煤层底板突水的影响
6.2.1 底板隔水层岩性
6.2.2 底板隔水层岩性组合的关系
6.3 宝塔山砂岩含水层勘探情况
6.3.1 矿井早期揭露宝塔山砂岩含水层情况
6.3.2 近期探查宝塔山砂岩含水层情况
6.4 底板宝塔山砂岩含水层充水通道
6.4.1 底板采动裂隙
6.4.2 导水断层及不良地质体
6.4.3 钻孔质量及不良钻孔的封闭
6.5 突水系数临界指标
6.6 钻孔数据分析
6.7 突水系数等值线
6.8 突水系数等值线具体分析
6.8.1 2112钻孔直接突水系数演化规律
6.8.2 2112钻孔的间接突水系数随位置走势
6.9 本章小结
7 复杂地质条件下煤矿水害防控技术应用
7.1 涌水量理论计算
7.1.1 静态储存量计算
7.1.2 比拟法计算工作面涌水量
7.1.3 Ⅱ020601工作面涌水量计算评价
7.2 矿井水疏放技术
7.3 矿井水探测技术
7.3.1 探放水技术路线
7.3.2 井下直流电法设计
7.3.3 瑞利波探测技术
7.3.4 探放水钻孔设计
7.4 160201工作面顶板水疏放效果
7.5 本章小结
8 结论与创新点
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
附录
攻读博士期间发表学术论文情况
攻读博士期间参与科研项目情况
本文编号：3789321
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【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题的背景及研究意义
1.2 煤矿水患防治理论国内外研究现状
1.2.1 煤矿开采水文地质特征研究进展
1.2.2 煤矿开采水患研究进展
1.2.3 煤矿开采水患防治综述
1.3 研究内容与技术路线
2 复杂地质条件下水文地质特征综合勘察及分析
2.1 地质赋存复杂性
2.1.1 井田地层复杂性
2.1.2 区域构造复杂性
2.1.3 水文地质复杂性
2.2 矿井生产及采空区分布
2.2.1 矿井生产情况
2.2.2 采空区分布
2.2.3 老窑水分布
2.3 本章小结
3 复杂地质条件下煤岩体特性及破坏特征
3.1 自然与饱水状态煤岩体力学实验
3.1.1 煤体实验分析与结果
3.1.2 岩体实验分析与结果
3.2 煤岩体裂隙场演化特征相似模拟实验
3.2.1 相似模拟参数及模型构建
3.2.2 模型实验结果
3.2.3 采动覆岩运移规律
3.2.4 覆岩破断声发射结果分析
3.2.5 基于热红外辐射特征的覆岩裂隙场演化规律
3.3 本章小结
4 复杂地质条件下煤岩体渗流数值计算
4.1 矿井地下水数学模型构建
4.1.1 数学模型提出
4.1.2 数学模型求解原理
4.1.3 计算模型及其数学描述
4.1.4 数学模型含水层结构
4.2 矿井地下水数学模型参数设置
4.2.1 渗流区域剖分
4.2.2 模型参数设置
4.2.3 数值模型计算
4.2.4 研究区边界条件
4.2.5 模型的识别验证
4.3 矿井地下水数值模拟分析及结果
4.3.1 抽水孔的实测降深与计算降深的s-t拟合分析
4.3.2 二煤层不同开采时期对地下水渗流场的影响
4.4 矿井覆岩应力演化特征数值分析
4.4.1 数值模型构建
4.4.2 围岩状态分析
4.4.3 水平与垂直应力分析
4.5 本章小结
5 羊场湾煤矿水害发生机理
5.1 水害类型
5.1.1 顶板水害
5.1.2 烧变岩水害
5.1.3 底板水害
5.1.4 老空水害
5.2 矿井充水因素分析
5.2.1 充水水源
5.2.2 充水通道
5.2.3 充水状况及强度
5.3 矿井水文地质类型划分
5.3.1 一号井水文地质类型
5.3.2 二号井水文地质类型
5.4 本章小结
6 复杂地质条件下煤层底板突水危险性分析
6.1 煤层底板承压含水层对煤层底板突水的影响
6.2 煤底板隔水层对煤层底板突水的影响
6.2.1 底板隔水层岩性
6.2.2 底板隔水层岩性组合的关系
6.3 宝塔山砂岩含水层勘探情况
6.3.1 矿井早期揭露宝塔山砂岩含水层情况
6.3.2 近期探查宝塔山砂岩含水层情况
6.4 底板宝塔山砂岩含水层充水通道
6.4.1 底板采动裂隙
6.4.2 导水断层及不良地质体
6.4.3 钻孔质量及不良钻孔的封闭
6.5 突水系数临界指标
6.6 钻孔数据分析
6.7 突水系数等值线
6.8 突水系数等值线具体分析
6.8.1 2112钻孔直接突水系数演化规律
6.8.2 2112钻孔的间接突水系数随位置走势
6.9 本章小结
7 复杂地质条件下煤矿水害防控技术应用
7.1 涌水量理论计算
7.1.1 静态储存量计算
7.1.2 比拟法计算工作面涌水量
7.1.3 Ⅱ020601工作面涌水量计算评价
7.2 矿井水疏放技术
7.3 矿井水探测技术
7.3.1 探放水技术路线
7.3.2 井下直流电法设计
7.3.3 瑞利波探测技术
7.3.4 探放水钻孔设计
7.4 160201工作面顶板水疏放效果
7.5 本章小结
8 结论与创新点
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
附录
攻读博士期间发表学术论文情况
攻读博士期间参与科研项目情况
本文编号：3789321
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