榆神矿区侏罗-白垩系含水介质结构与采动破坏特征

摘要

陕北榆神矿区是榆神府侏罗纪煤田的精华部分，是我国最主要的特大型煤炭生产基地之一。侏罗-白垩系是我国西部富煤区的主要富煤地层，其与东部华北型煤田的石炭-二叠系存在着巨大的不同，具有独特的含水介质结构与采动破坏特征，这对矿井充水条件评价影响重大。
　　本论文以榆神矿区地质背景为基础，利用实地岩样进行 X射线衍射、扫描电镜、压汞试验等试验，结合研究区域宏观地质沉积环境及其演化，从矿物成分、孔隙结构、岩石力学特性方面分析了榆神矿区侏罗-白垩系结构与微观孔隙结构特征；其次选取榆树湾煤矿为原型地质条件，通过室内相似材料模拟和数值模拟手段，研究了特殊结构覆岩的破坏特征和导水裂隙带发育规律；然后通过分析侏罗-白垩系的展布规律和地层结构特征，根据导裂带破坏范围和可能影响到的含水层的介质结构等条件，分析了侏罗-白垩系特殊的介质结构和采动破坏特征对矿井充水的水文地质意义，并探讨了该区煤矿保水采煤的典型工程实践案例。本文研究的主要内容及成果如下：
　　（1）榆神矿区侏罗-白垩系经历了复杂特殊的成岩环境和短暂的沉积演化过程，利用X射线衍射、扫描电镜和压汞试验分析，得出了侏罗-白垩系强度低、胶结弱、孔隙度高、渗透性好等微观孔隙结构特征，如直罗组岩样孔隙度15.53%，远高于我国东部石炭-二叠系砂岩1.1~2%的孔隙度。
　　（2）采用相似材料模拟实验和数值模拟手段对榆树湾煤矿覆岩破坏特征和导裂带演化规律进行了研究，模拟开采2-2煤5m上分层，覆岩变形破坏发育缓慢，最终形成跨度较大的离层空间和“平拱”形态，发育高度为55m和49m，模拟值与经验公式计算值存在差异，显示出了侏罗-白垩系覆岩破坏的特殊性。
　　（3）该区侏罗-白垩系的宏观分布规律控制了地下水的总体向东南方汇集的径流特征，根据岩性岩相与分布特征概化为三个含水岩组，直接充水水源主要侏罗-白垩系的基岩承压水；主要导水通道为顶板基岩冒落裂隙带，其次原生结构面裂隙等充水通道；以锦界煤矿为例，分析了典型突水矿井的充水强度因素以及裂隙闭合对充水的影响。
　　（4）榆树湾煤矿上分层采煤，实际导裂带未破坏到潜水含水层，证实了试验模拟得出的覆岩破坏规律，为该区域类似矿井地质条件下的保水采煤实践积累了经验，为保水开采的开拓提供了思路。

目录

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义（Research Background and Significance）

1.2 国内外研究概况(Present Research Situation of Home and Abroad）

1.3 研究内容与技术路线(Research Content and Technical Route)

2 榆神矿区侏罗-白垩系含水介质结构研究

2.1 矿区地质背景条件(Geological Conditions of Mining Area)

2.2 侏罗-白垩系宏观结构特征(Jurassic-Cretaceous Macrostructure Characteristics)

2.3 侏罗-白垩系微观孔隙结构特征(Jurassic-Cretaceous Micro Pore Structure Characteristics)

2.4 本章小结(Summary)

3 侏罗-白垩系采动破坏的相似材料模拟研究

3.1 实验目的及实验原理（Test Purpose and Principle）

3.2 相似材料模型的设计（Material Simulation Model Design）

3.3 模型实验过程及主要现象分析(Model Experiment and Analysis)

3.4 本章小结(Summary)

4 侏罗-白垩系采动破坏的数值模拟研究

4.2 数值模型的建立(Numerical Simulation Model)

4.3 模拟结果分析(Simulation Results Analysis)

4.4 本章小结(Summary)

5 榆神矿区侏罗-白垩系的水文地质意义

5.1 地下水赋存运移规律(Groundwater Occurrence and Migration)

5.2 矿井充水意义（Significance of Mine Water Filling）

5.3 保水采煤工程案例(Water Conservation Coal Mining Project Case)

5.4 本章小结(Summary)

6 结论与展望

6.1 结论（Conclusions）

6.2 展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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