基于沿空留巷矿井采空区地下水库建设研究

摘要

本论文研究目的是将留巷墙体代替30m宽的保护煤柱，从而建设采空区地下水库。在回采结束后将采空区垮落空间作为储水空间，从而分析建设采空区地下水库的可行性，发展采空区地下水库的建设理论和技术体系。通过对采空区地下水库的概念、分类方法以及特征的总结，建立以沿空留巷采空区地下水库为基础的建设工艺、运行系统，从而确定采空区地下水库是保护煤矿地下水资源的有效方法。
　　通过留巷墙体对采空区的有效隔离，形成密闭空间，在工作面回采时，产生的矿井水，可以储存在采空区地下水库内，从而达到保水采煤的效果。在沿空留巷技术思想上，对留巷墙体进行二次开发，增加留巷墙体的作用，对比将煤柱作为煤矿采空区地下水库坝体，此方法提高了煤炭回采率，具有一定的生态效益和经济效益。
　　在下水平回采时，通过对上水平采空区地下水库间合理调水，形成水库间的调水系统，此调水系统防止了裂隙贯通上水平老采空区积水，同时防止了顶板突水事故。采空区空间上存在“空-实-空”的结构，通过对流经采空区地下水库的矿井水进行净化，形成煤矿采空区地下水库的矿井水净化原理。
　　采用UDEC和FLAC3D对上覆岩层下沉运动状态进行数值模拟，通过对数值模拟结果的分析，得出煤矿采空区地下水库储水空间的分布规律是：垮落带内储水空间呈中间压实，四周O型圈外围呈松散分布状态，裂隙带内储水空间分布在离层空隙中以及竖向岩体裂隙中，垮落带内储水空间分布垮落岩体空隙中，垮落带和裂隙带岩体空隙共同作为煤矿采空区地下水库储水空间。通过建立煤矿采空区地下水库数学模型，对沿空留巷墙体围堵的采空区进行库容计算，实现对采空区地下水库库容计算方法的总结。基于多因素耦合，建立了沿空留巷煤矿采空区地下水库模型，设定沿空留巷留巷墙体力学参数。
　　以上研究内容为煤矿采空区地下水库的建设提供一套系统的理论，尤其针对西部干旱、半干旱地区水资源的保护具有重要意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容、研究方法及技术路线

2采空区地下水库可行性分析

2.1 沿空留巷工作面顶板运动规律分析

2.2 留巷墙体采空区密封储水性分析

2.3 留巷墙体承载水压强度

2.4 覆岩垮落空间形态模型

2.5 本章小结

3建设工艺和运行系统

3.1 采空区地下水库概念、分类及特征

3.2建设工艺

3.3运行系统

3.4 本章小结

4采空区地下水库储水空间分析

4.1库容概念及影响因素

4.2储水空间分布规律

4.3 采空区库容计算方法

4.4 本章小结

5 留巷墙体承载要求及施工工艺

5.1回采和建库技术协调特点

5.2留巷墙体承载原理及结构稳定性分析

5.3留巷墙体承载参数设计

5.4留巷墙体施工方法

5.5 本章小结

6 主要结论和展望

6.1主要结论

6.2主要创新点

6.3展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果