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浅埋近距煤层重复扰动区覆岩导水裂隙发育规律及其控制

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变量注释表

1 绪论

1.1 问题的提出与研究意义( Problem Introduction and Research Significance)

1.2 国内外研究现状(Current Research Status)

1.3 存在的主要不足(Problems)

1.4 研究内容与方法(Research Contents and Approach)

1.5 创新点(Innovations)

1.6 论文研究体系结构框架(Structural Framework of Dissertation)

2 浅埋近距煤层的定义及分类

2.1 浅埋近距煤层的定义( Definition of Shallowly-buried Short-distance Coal Seams)

2.2 浅埋近距煤层的分类( Classification of Shallowly-buried Short-distance Coal Seams)

2.3 本章小结(Chapter Summary)

3 重复扰动区覆岩导水裂隙发育规律相似模拟

3.1 浅埋近距煤层工程地质概况( Geological Features of Shallowly-buried Short-distance Coal Seams)

3.2 非亲水性隔水层相似材料研制(Development of Composite Materials of Non-hydrophilic Aquifuge)

3.3 相似模拟实验(Simulation Experiment)

3.4 固液耦合相似模拟实验( Solid-liquid Coupling Physical Simulation)

3.5 覆岩导水裂隙渗流红外辐射探测试验( Infrared Radiation Detection Experiment of Water Flowing Fractures Seepage Characteristics of Overburden Rock)

3.6 本章小结(Chapter Summary)

4 重复扰动区覆岩渗流裂隙发育规律数值模拟

4.1 方案设计(Scheme Design)

4.2 覆岩渗流裂隙发育规律( Developement Law of Seepage Fractures of Overburden Rock)

4.3 覆岩渗流裂隙孔隙压力及渗流速度变化规律(Pore Pressure and Seepage Velocity Change Law of Seepage Fractures of Overburden Rock)

4.4 本章小结(Chapter Summary)

5 重复扰动区覆岩导水裂隙发育机理

5.1 覆岩移动及破坏形式( Movement and Failure Mode of Overburden Rock)

5.2 覆岩破坏特点分析( Analysis of Overlying Strata Failure Characteristics)

5.3 覆岩导水裂隙发育机理(Development Mechanism of Water Flowing Fractures of Overburden Rock)

5.4 本章小结(Chapter Summary)

6 浅埋近距煤层重复扰动区覆岩导水裂隙控制方法

6.1 重复扰动区覆岩导水裂隙发育的影响因素( Influencing Factors of Overburden Water Flowing Flactures in Repeated Disturbance Zone)

6.2 开采布局对重复扰动区覆岩导水裂隙的控制作用(Control of Mining Layout on Overburden Water Flowing Flactures in Repeated Disturbance Zone)

6.3 开采边界台阶式局部充填法( Mining Boundary Step type Partial Filling Method)

6.4 采(盘)区工作面布置( Working Faces Layout in Mining District or Panel)

6.5 浅埋近距煤层保水开采适用条件分类(Applicable Condition Classification for Water-preserved Mining in Shallow Buried Short-distance Coal Seams)

6.6 工程实践(Engineering Practice)

6.7 本章小结(Chapter Summary)

7 结论、讨论与展望

7.1 主要结论(Main Conclusions)

7.2 讨论与展望(Discussions and Prospects)

参考文献

作者简历

学位论文数据集

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摘要

论文针对我国西北矿区部分浅埋煤层的第1层主采煤层已经采完,第2层主采煤层已经或即将大规模开采的现状,综合运用现场调研、相似模拟、数值计算、理论分析和现场实测等研究方法,对浅埋近距煤层重复扰动区覆岩导水裂隙发育规律及其控制进行了系统分析和研究,其成果可为浅埋近距煤层保水开采提供借鉴。论文主要研究成果如下:
  (1)在浅埋条件下,从近距煤层下层煤开采对上层煤覆岩导水裂隙二次发育影响的角度考虑,对浅埋近距煤层和重复扰动区的定义进行了界定。基于常规浅埋单一煤层的分类方法,将浅埋近距煤层分为三类,其中第Ⅰ类和第Ⅱ类浅埋近距煤层为主要研究对象。
  (2)研制了非亲水性隔水层相似材料,采用物理相似模拟固体实验和固液耦合实验,且将煤岩体红外辐射探测技术引入到物理相似模拟覆岩裂隙渗流试验中,并结合数值模拟固液耦合实验,弄清了浅埋近距煤层重复扰动区覆岩导水裂隙的发育及渗流规律。对于第Ⅱ类浅埋近距煤层,下煤层开采过程中,浅埋近距煤层上煤层开采后已压实稳定的覆岩导水裂隙会二次发育,不同开采区域的覆岩导水裂隙发育程度不同。开采边界的隔水层裂隙在上煤层开采过程中或采后能够弥合,但在下煤层开采过程中较难弥合,采空区中部的隔水层裂隙在岩层回转挤压下较易弥合。
  (3)建立覆岩力学模型,分析了岩层破断或拉伸破坏时的极限破断步距与其下方有效下沉空间高度之间的关系;提出了隔水层无荷侧向约束膨胀伸长量,以及隔水层等效裂隙宽度的概念,建立了隔水层裂隙宽度与其最大下沉值之间的关系式,分析了隔水层裂隙张开-弥合的发育机理,进而揭示了重复扰动区覆岩导水裂隙的发育机理。
  (4)针对第Ⅱ类浅埋近距煤层,考虑岩层移动边界角和充分采动角,确定了隔水层不产生导水裂隙的下煤层临界内、外错距的合理取值范围,给出了内错布置条件下隔水层不产生导水裂隙的临界层采比的计算方法;提出了水资源易流失区域(保水开采薄弱区)的消除、转移和局部处理等控制方法(包括“一分为二、窄区段煤柱、错开同采法”和开采边界台阶式局部充填法),进行了采区(盘)区工作面保水开采布置设计,且给出了关键技术参数的计算方法;并进行了保水开采适用条件分类。
  该论文有图97幅,表25个,参考文献168篇。

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