半膠結(jié)低強度圍巖淺埋煤層開采覆巖運動及水害評價研究.pdf

1、針對在半膠結(jié)低強度條件下，淺埋煤層開采造成的覆巖運動和頂板水害評價問題，本文以新疆伊犁一礦試采區(qū)為研究對象，根據(jù)研究區(qū)鉆探資料、地球物理探測資料、巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗資料等，采用理論分析、數(shù)值模擬、相似材料物理模擬、室內(nèi)試驗等方法，對研究區(qū)覆巖地層結(jié)構(gòu)特征、覆巖運動規(guī)律、頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、關(guān)鍵隔水層隔水性能、煤層頂板水害評價、防治水主要技術(shù)途徑等方面進行了探索性研究，主要研究成果如下：
　?。?）系統(tǒng)分析了研究區(qū)主采煤層頂板含水層厚

2、度變化規(guī)律、巖性特征、富水性與導(dǎo)水性特征；隔水層厚度變化規(guī)律、巖性特征；煤系各含水層間的水力聯(lián)系等。分析了第四系底部富水性與導(dǎo)水性特征，指出第四系孔隙含水層是煤系含水層的主要補給水源。
　?。?）通過離散元數(shù)值模擬、有限元數(shù)值模擬以及相似材料物理模擬，研究了不同采高條件下，5煤層開采覆巖運動規(guī)律。模擬結(jié)果表明：隨著采高的加大，研究區(qū)發(fā)生切頂冒落危險性增加。采用“短砌體梁”結(jié)構(gòu)理論和“臺階巖梁”結(jié)構(gòu)理論對研究區(qū)5煤頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行

3、了評價，依據(jù)半膠結(jié)低強度圍巖特點，提出用“半-低”滑落系數(shù)修正其評價體系，評價結(jié)果與試驗所得結(jié)論較為一致。
　?。?）對覆巖分帶特性進行了分析，提出了研究區(qū)的覆巖分帶特性兩種劃分依據(jù)，即分別為“半-低”四帶和“半-低”兩帶。通過分析裂縫閉合帶與時間之間的關(guān)系，給出了裂縫閉合帶的計算方法。
　?。?）探討了關(guān)鍵隔水層的概念及確定方式。分析了關(guān)鍵隔水層的厚度變化特征、巖性特征；通過膨脹試驗、崩解試驗、軟化試驗、拉伸試驗及單軸壓縮

4、試驗等對關(guān)鍵隔水層進行了物理力學(xué)分析。通過巖石力學(xué)、三軸應(yīng)力滲透試驗等，評價了關(guān)鍵隔水層的隔水性能。提出了“隔水指數(shù)”法，并用于定量評價關(guān)鍵隔水層的隔水性能，根據(jù)評價結(jié)果，研究區(qū)大部分區(qū)域處于中等隔水性區(qū)。
　?。?）依據(jù)5煤頂板含水層厚度變化特征及巖性組合特征，在考慮煤層頂板的巖性及結(jié)構(gòu)特征對富水性影響的基礎(chǔ)上，提出了“富水指數(shù)”法來定量評價煤層頂板含水層富水性，并劃分了富水性分區(qū)。通過室內(nèi)試驗預(yù)計、規(guī)程公式預(yù)計、多元線性統(tǒng)計預(yù)

5、計和變形預(yù)計四種方法對導(dǎo)水裂縫帶高度進行預(yù)計。在考慮煤層頂板的巖性及結(jié)構(gòu)特征對于隔水層的影響的基礎(chǔ)上，采用“隔水指數(shù)”法評價了煤層頂板隔水層隔水性能，并劃分了隔水性能分區(qū)。
　?。?）在綜合分析頂板突水影響因素的基礎(chǔ)上，利用“五圖信息融合”法預(yù)測了頂板突水危險性。并采用VB6.0開發(fā)了相應(yīng)的工作面頂板突水危險性預(yù)測軟件。根據(jù)研究區(qū)5煤頂板含水層賦存情況，分別用大井法和比擬法預(yù)計了5煤頂板涌水量。計算了5煤開采上限。
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