五沟煤矿矸石充填开采沉陷规律研究

摘要

在中国建筑物下、铁路下、水体下压煤问题对煤矿生产影响比较严重，特别是我国东部地区很多煤矿水体下压煤尤为突出，水体下压煤开采是许多煤炭企业是面临的难题。五沟煤矿位于安徽淮北地区，矿井回采煤层是同样面临着水体下压煤制约矿井资源安全的问题，整个矿井覆盖着平均厚度多达275m的厚松散层，特别是在松散层底部有平均厚度22m的第四含水层，直接覆盖在矿井浅部的煤层露头上，是矿井回采时的主要水患威胁之一。为了安全回采五沟煤矿的浅部煤炭资源，采用矸石充填开采技术，减小工作面回采后上覆岩层破坏高度，确保煤层回采时不会出现“四含”水患。同时增加煤炭资源的回采率，又减少矿井矸石在地面堆放占用土地和对周围环境污染影响，而且能减少工作面回采对地面土地塌陷，保护了土地资源，提高矿井的经济效益，实现矿井绿色和谐开采。 论文重点分析研究了国内外充填开采沉陷发展过程、发展现状以及充填开采沉陷的相关技术理论、实践成果经验等。针对五沟煤矿赋存的地质条件、采矿条件以及覆岩结构特性等方面，对五沟矿含水层下矸石充填开采造成上覆岩层沉陷变形进行重点研究。通过CT101、CT103充填开采地表岩移观测站，获取充填开采工作面的地表移动范围以及角值参数和动态变形参数；利用基于遗传算法的概率积分法，反演出五沟充填开采条件下的地表预计参数（下沉系数q：0.657，水平移动系数b：0.14，主要影响角正切tanβ：1.73，开采影响传播角θ：88.7°，拐点偏移距S：-1.04m）。根据五沟煤矿充填开采实际情况，利用工程数值模拟软件获得出五沟矿区不同充实率对地表沉陷移动变形变化规律。利用地面钻孔和井下物探方法对充填开采时上覆岩层的两带发育高度的研究，特别井下采用物探法，对充填CT101工作面的两带发育高度以及覆岩两带动态周期变化规律研究，总结出充填开采的上覆岩层动态变化特性。 最后在论文中，全面对比分析五沟煤矿充填开采和全垮落法对上覆岩层两带高度及动态变化、地表沉陷变形规律、土地效益等方面影响，总结出充填开采与垮落法的开采沉陷规律的不同，让论文研究成果更好地指导五沟煤矿充填开采工作，也为类似地质采矿条件下的充填开采方案设计及沉陷预计等方面提供技术依据和参考。 该论文附图47幅，附表19个，参考文献55篇。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1论文研究背景和工程意义

1.2国内外研究现状

1.2.1开采沉陷的研究现状

1.2.2充填开采研究现状

1.3 研究内容

1.4 论文组织结构与安排

2 矿井概况

2.1 地理交通

2.2 矿井生产概况

2.3 矿井地质条件

2.3.2 井田煤层赋存状况

2.3.3 矿井主要构造特征

2.3.4 矿井水文地质条件

2.4 研究区域地质采矿条件

2.4.1 CT101工作面地质采矿条件

2.4.2 CT103工作面地质采矿条件

3 CT101、CT103充填开采地表移动观测站概况

3.1 地表移动观测站布设概况

3.2 地表移动观测情况

4 地表移动规律分析及角值参数求取

4.1 CT101工作面地表移动规律分析

4.1.1 近似垂直于工作面推进方向的R观测线

4.1.2 平行于工作面推进方向的Z观测线

4.1.3 王楼村南侧的W观测线

4.1.4 CT101工作面最大下沉点的最大下沉速度及下沉速度曲线

4.1.5 CT101工作面开采破坏和地表塌陷情况

4.2 CT103工作面地表移动规律

4.2.1 近似垂直于工作面推进方向的R观测线

4.2.2 近似平行于工作面推进方向的T观测线

4.2.3 CT103工作面开采覆岩破坏和地表塌陷情况

4.3 充填开采移动盆地角值参数及范围确定

4.4 概率积分法预计模型

4.5 预计参数的确定

5 充填工作面不同采充比对地表沉陷程度影响研究

5.1 充填工作面实际采空区充实率调查

5.2 充填工作面采充比对地表沉陷的影响研究

5.3 不同充实率对地表沉陷影响规律的模拟研究

5.3.2 数值模型的建立

5.3.3 充实率对地表沉陷的影响分析

6充填开采上覆岩层两带高度及动态变化规律研究

6.1 充填开采上覆岩层两带高度研究内容

6.1.1 上覆岩层开采破坏及变化特征

6.1.2 上覆岩层开采破坏研究内容及方法

6.1.3 上覆岩层破坏后电性变化规律

6.2 CT101充填工作面物探两带高度成果

6.2.1工作面物探基本方法

6.2.2物探钻孔布置及数据采集与处理

6.2.3物探成果分析

6.2.4上覆岩层两带发育的高度及周期来压规律

7 充填开采与全垮落法开采沉陷规律对比研究

7.1 地表移动沉陷对比研究

7.1.1 地表下沉范围及角值参数的对比

7.1.2 地表预计参数对比

7.1.3 土地环境破坏对比

7.2 上覆岩层两带高度及动态变化规律对比研究

7.2.1 上覆岩层两带高度对比研究

7.2.2 上覆岩层两带动态变化周期对比

8主要结论及建议

主要结论

下一步展望

参考文献

作者简历

论文原创性声明

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