榆神府礦區(qū)長壁間歇式推進(jìn)保水開采技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、榆神府淺埋煤層十多年來的研究和實(shí)踐表明，房柱式開采造成煤炭資源的巨大浪費(fèi)，綜合機(jī)械化開采引起地表潛水水位下降而使植被枯死，最終導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量徹底惡化。因此，要促進(jìn)礦區(qū)的開發(fā)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)綠色采礦技術(shù)，只有保持地下潛水水位不降低。而采用一種既能實(shí)現(xiàn)礦區(qū)水資源保護(hù)，又能充分開采煤炭資源的開采方法是實(shí)現(xiàn)保水采煤的關(guān)鍵性問題。本論文基于流固耦合作用和巖層控制的學(xué)術(shù)思想，通過理論研究、相似材料模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)值分析及現(xiàn)場工程類比和應(yīng)

2、用，系統(tǒng)研究了淺埋煤層開采過程中水巖破壞的相互耦合作用、主關(guān)鍵層或組合關(guān)鍵層對巖層運(yùn)動(dòng)和導(dǎo)水裂隙發(fā)展規(guī)律的影響、長壁間歇式推進(jìn)的合理推進(jìn)距離和煤柱的穩(wěn)定性等內(nèi)容，提出了適合于中小型煤礦的長壁間歇式推進(jìn)保水開采方法。 研制了以石蠟為膠凝劑的流固兩相相似模擬實(shí)驗(yàn)材料，完善了流固耦合相似模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)力、位移、滲流測試系統(tǒng)及測試技術(shù)。實(shí)驗(yàn)材料的彈性力學(xué)參數(shù)與滲流力學(xué)參數(shù)與原型相似，并具有良好的非親水性能，滿足兩相相似模擬實(shí)驗(yàn)要求。該

3、實(shí)驗(yàn)材料的研制和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的完善突破了傳統(tǒng)的單一固體相似模擬，為地下保水開采相似材料模擬實(shí)驗(yàn)取得了突破性進(jìn)展，也為以后研究滲流場與應(yīng)力場的耦合作用開辟了新的途徑。 通過不同地質(zhì)條件下的流固耦合相似材料模擬實(shí)驗(yàn)，提出了影響淺埋煤層長壁間歇式推進(jìn)保水開采的四個(gè)主要因素，即主關(guān)鍵層或組合關(guān)鍵層層位、煤層采高、極限破斷距和潛水滲流特征。層位越高、極限破斷距越大，工作面的保水推進(jìn)距離越大；煤層采高越小，主關(guān)鍵層或組合關(guān)鍵層越容易進(jìn)入彎曲下沉

4、帶，進(jìn)入彎曲下沉帶的條件是kc≥11；圍巖中潛水滲流活動(dòng)越明顯，頂板流固耦合損傷越嚴(yán)重，隔水保護(hù)層越不穩(wěn)定。 建立了采場覆巖等效連續(xù)介質(zhì)滲流場和應(yīng)力場的流固耦合方程，分析了巖體位移場和水頭變化之間的定量關(guān)系，即{R}[B]{△δ}e=nγ/Ew△H；對原型條件下的巖石試件和采場覆巖破壞的流固耦合作用的數(shù)值模擬表明，有水作用下與無水作用下相比，試件的抗壓強(qiáng)度減小了12％，采場覆巖整體垮落時(shí)工作面的推進(jìn)距離減小了10.7％。

5、 探討了地面厚松散層淺埋煤層中組合關(guān)鍵層的形成機(jī)理，以及覆巖的屬性和空間配置對組合效應(yīng)的影響；在考慮開采過程中流固耦合損傷積累的基礎(chǔ)上，提出了組合關(guān)鍵層的流固耦合損傷變量因子φ，φ=ηnqz(2n2+3n+1)/12h2z，在考慮組合效應(yīng)、流固耦合損傷以及采高影響時(shí)，進(jìn)行了組合關(guān)鍵層破斷距公式的修正；確定了長壁間歇式推進(jìn)保水開采工作面合理推進(jìn)距離的計(jì)算公式。 分析了間歇隔離煤柱和臨時(shí)煤柱的穩(wěn)定性，提出了在2m采高沙土基型淺埋煤層