陜北淺埋煤層礦區(qū)保水開采影響因素研究.pdf

1、陜北榆神府淺埋煤層礦區(qū)是我國煤炭工業(yè)戰(zhàn)略西移的首選基地,是我國目前探明儲量最大的煤田。它地理位置優(yōu)越,地質(zhì)構(gòu)造簡單,煤質(zhì)優(yōu)良,開采容易,已經(jīng)成為我國主要的特大型優(yōu)質(zhì)動力煤和出口煤基地。但是,礦區(qū)處于干旱半干旱的毛烏素沙漠與黃土高原接壤地區(qū),水資源貧乏,土地貧瘠,植被稀疏,生態(tài)環(huán)境脆弱,社會發(fā)展水平低。自然狀態(tài)下環(huán)境質(zhì)量呈下降趨勢。煤炭工業(yè)的大規(guī)模開發(fā)更加快了該區(qū)環(huán)境質(zhì)量的下降趨勢,如何合理有效地開發(fā)煤炭資源,保護水資源,促進生態(tài)環(huán)境的改

2、善,使區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展是該地區(qū)煤田開發(fā)過程中面臨的一個重大課題。可持續(xù)發(fā)展開發(fā)本地區(qū)煤田的關鍵是在保護淺層地下水資源的條件下開發(fā)煤炭資源即保水開采。
　　本文論述了保水開采的影響因素,認為影響保水開采的主要因素有礦區(qū)覆巖的工程地質(zhì)特征(包括巖性、地層組合關系、基巖風化帶特征)、地質(zhì)構(gòu)造、開采方法、煤柱的穩(wěn)定性等。以前的研究者有的主要從采礦方法、有的主要從地質(zhì)條件或者主要從水文地質(zhì)角度研究保水開采，本文嘗試綜合考慮影響保水開采的各

3、種自然和技術(shù)因素,尤其是覆巖的工程地質(zhì)特征、地質(zhì)構(gòu)造、開采方法等,具體研究各個影響因素是如何影響導水裂隙帶的發(fā)育,如何通過控制保水開采的影響因素實現(xiàn)保水開采。綜合影響保水開采的各種因素,提出陜北淺埋煤層礦區(qū)保水開采的區(qū)域劃分體系。
　　在覆巖工程地質(zhì)特征對保水開采影響的研究中建立了保水開采的工程地質(zhì)模型,為相似模擬試驗和數(shù)值模擬提供模型依據(jù)。在地質(zhì)構(gòu)造對保水開采的影響研究中,指出覆巖中斷層的存在提高了導水裂隙帶的發(fā)育高度,采用長壁

4、間隔式開采實現(xiàn)保水開采時,覆巖中存在斷層時工作面的推進距離要小于無斷層時的情況。研究了斷層活化突水的力學機理,指出斷層傾角決定了斷層活化的形式,并推導出斷層不同活化形式時的臨界采深和長壁間隔式開采工作面臨界推進距離的計算公式。以燕伙盤井田為例探討了斷層斷距與斷層活化的關系。采用相似模擬實驗和數(shù)值模擬,以大柳塔煤礦為例研究基巖中含有斷層工作面不同推進方向時保水開采的工作面合理推進距離,得出基巖厚度分別為15m、30m、42m、54m和60

5、m時采用長壁間隔式采煤保水開采工作面的推進距離,回歸出工作面的推進距離與導水裂隙帶高度之間的經(jīng)驗公式,而且得出從斷層上盤向下盤推進比反向推進時導水裂隙帶的發(fā)育高度要大的結(jié)論。煤柱的穩(wěn)定性是保水開采實現(xiàn)的一個關鍵問題,在建立的保水開采的工程地質(zhì)模型的基礎上研究了長壁間隔式開采煤柱的合理寬度,結(jié)果表明15m是煤柱的合理寬度。
　　在開采方法對保水開采的影響研究中,分析采空區(qū)覆巖的移動規(guī)律,分別對砂基型和砂土基型礦區(qū)提出相應的保水開采方

6、法。在砂基型礦區(qū)應用固體力學理論,建立保水開采的關鍵保護層判據(jù),提出通過選擇合理的開采方法(包括長壁間隔式開采、分層開采等)使覆巖中的關鍵保護層不破斷,導水裂隙帶不發(fā)展到基巖上部的隔水層達到保水開采的目的。在砂土基型礦區(qū)采用開采損害學中地表移動變形和采動巖體內(nèi)部移動變形預計的方法,考慮覆巖中隔水土層的膨脹性計算淺埋煤層砂土基型礦區(qū)開采后隔水土層中裂隙的破壞深度,同時借鑒相似模擬實驗確定導水裂隙帶的發(fā)育高度,最后計算采高不同時這兩種裂隙之

7、間的隔水保護層厚度,當隔水保護層厚度滿足規(guī)定要求就可以實現(xiàn)保水開采,從而確定砂土基型礦區(qū)保水開采的合理開采方法。以陜北淺埋煤層礦區(qū)兩個不同覆巖結(jié)構(gòu)煤礦保水開采方法的選擇為例驗證了研究結(jié)果的可行性,同時應用相似模擬試驗和數(shù)值模擬驗證了計算結(jié)果。
　　最后根據(jù)保水開采的需要對礦區(qū)的地層結(jié)構(gòu)進行分類。根據(jù)采空區(qū)上覆巖層不同的巖土體類型及工程地質(zhì)性質(zhì)對保水開采影響作用的研究,綜合考慮影響保水開采的各種自然和技術(shù)因素,對礦區(qū)的地層結(jié)構(gòu)根據(jù)保