厚松散层薄基岩下开采上覆地层变形破坏特征及应用研究

摘要

本文以兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿五采区浅部区域为工程研究背景，综合运用了现场调研、资料收集及统计分析、理论分析、室内试验、数值模拟及现场试验等多种研究手段，系统地研究了研究区域基岩及第四系底部地层的空间分布及其沉积组合结构特征，分析了煤层上覆地层（基岩、基岩风氧化带和第四系底部地层）的岩性特征与阻水隔砂特性，分析研究了不同条件下煤层开采上覆地层变形破坏特征。主要工作及结论如下:
　　1)通过现场调研、资料及数据的整理统计分析、现场试验，对第四系下组地层及基岩的空间分布特征及岩性组合结构特征进行了细化分析，结果表明:第四系下组地层为砂土交互沉积的多层复合水体，各含水砂层厚度小，富水性为弱一微弱，而各隔水粘土层，厚度大且发育均匀，致使各含水层的层间水力补给条件差;基岩厚度薄，由泥岩和泥质砂岩相间沉积而成，风氧化带以泥岩为主，均属弱含水层。
　　2)通过现场取芯情况及室内试验测试结果表明:第四系底部含水砂层的粒径小且含粘量高，孔隙率及渗透性较差;隔水层的粘土呈“半固态”，为坚硬、低压缩性、高塑性、高膨胀性粘土，自身承载能力及抗剪能力较强;基岩属“中硬偏软”类型，基岩风化带泥岩所占比重较大，受风化影响，其强度明显降低，粘土成分增加，遇水易迅速膨胀、崩解、泥化，再生阻水隔砂性能强，对采动裂缝的发育有良好的抑制作用。
　　3)利用UDEC数值模拟软件，从基岩厚度、岩性组合结构与开采工艺及方法三方面入手，分别模拟分析了不同条件下上覆地层移动变形破坏特征，结果表明:基岩厚度愈小，初次垮落步距、初次来压步距及周期来压步距愈小，其第四系底部地层具有下沉量大、移动速度快、破坏程度大、易发生压架及突水溃砂事故等特点;不同岩性组合结构致使覆岩“两带”发育高度存在差异;分层开采对上覆地层的变形破坏程度最小，预采顶分层网下综放开采次之，综放开采最大，得出不同开采方法覆岩“两带”发育高度。
　　4)联合运用数值模拟、经验公式计算及类比分析方法，计算出不同开采方法所需的防砂煤岩柱高度，确定了合理的开采方案。通过五采区5303工作面工业性试验成功开采实例及实测数据，验证了研究成果的可靠性。
　　研究成果对该矿及两淮矿区今后在厚松散层薄基岩下煤层类似条件下的开采有一定的借鉴意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

2 工程研究背景概况

2．1 工程背景概述

2．2 矿井地层结构特征

2．3 矿井地质构造特征

2．4 矿水文地质条件

2．5 研究区域概况

3 研究区域工程地质特性分析

3．1 研究区域第四系松散地层特征分析

3．2 薄基岩区基岩的特征分析

3．3 薄基岩区基岩风氧化带的特征分析

3．4 本章小结

4 厚松散层薄基岩煤层上覆地层移动变形破坏数值模拟分析

4．1 数值模拟方法的选择

4．2 数值模拟软件介绍

4．3 数值模型的建立

4．4 模拟方案的确定

4．5 基岩厚度变化对上覆地层移动变形破坏影响的模拟分析

4．6 地层岩性组合结构对上覆地层移动变形破坏影响模拟分析

4．7 开采工艺对上覆地层移动变形破坏影响的模拟分析

4．8 本章小结

5 防砂煤岩柱合理留设及应用

5．1 防砂煤岩柱留设可行性分析

5．2 覆岩破坏高度预计及防砂煤岩柱尺寸的确定

5．3 开采方案的制定及实践应用

5．4 本章小结

6 主要结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的主要研究成果