浅埋煤层协调开采控制导水裂隙带高度模型研究

摘要

随着陕北矿区的开发，薄基岩、浅埋煤层条件下开采的萨拉乌苏组生态含水体保护已经成为矿区水资源和生态环境保护的关键问题。浅埋煤层薄基岩条件下开采覆岩破坏规律具有其特殊性，以关键层断裂及结构失稳形成的纵向切落裂缝破坏为特征，理论和开采实践证明，这种裂缝损害在一定程度上受煤层的开采厚度、顶板管理方法及开采方法的影响。本文以陕北榆神矿区的地形地质条件、煤层赋存条件、萨拉乌苏组含水层分布情况及地表裂缝破坏现状为背景，以王家沟煤矿1501、1502综采工作面为研究对象，研究条带填充协调开采方法和一次采全高开采方法覆岩破坏演化规律，分析应用条带填充协调开采方法控制覆岩导水裂隙带高度的条件和效果。
　　在研究分析煤层埋深、开采方法、开采厚度和条带填充协调开采对覆岩破坏形态，导水裂隙带发育高度影响的基础上，建立了覆岩导水裂隙带发育高度的控制模型，为提高覆岩结构的稳定性提供了理论依据；结合覆岩导水裂隙带发育高度的控制模型，应用室内物理相似材料模拟实验方法，UDEC和FLAC数值模拟计算方法，模拟在采用条带充填协调开采与非条带充填开采两种不同开采方法的条件下，关键层结构稳定性及覆岩破坏形态，覆岩应力应变分布规律、覆岩破坏演化过程、形成机制、导水裂隙带的发育过程及对隔水层的影响，揭示了关键层结构破断切落失稳是形成地表沉陷裂缝破坏、萨拉乌苏组生态含水层破坏的控制因素，在相同的地质采矿条件下，应用条带充填协调开采方法能够有效提高关键层结构稳定性，控制覆岩导水裂隙带的发育高度。
　　研究结果表明，在陕北浅埋煤层条件下，应用长壁综采工作面条带填充协调开采方法，能够有效的控制覆岩导水裂隙带发育高度，是保护陕北矿区萨拉乌苏组生态含水层的经济、有效的保水采煤途径之一。

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1绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2国内外研究概况

1.3研究内容及目的

1.4 研究方案和技术路线

2井田概况

2.1开采条件

2.2矿区地质特征

2.3基岩及其风化带工程地质特征

2.4矿区岩石物理力学性质

2.5本章小结

3导水裂隙带发育高度控制模型构建

3.1关键层的定义和特征

3.2关键层的判别方法

3.3关键层受力分析

3.4最大挠度的计算

3.5协调开采理论分析

3.6本章小结

4实验室相似材料模拟研究

4.1实验的目的

4.2相似材料模拟实验原理

4.3岩层物理力学性质和相似材料的配比

4.4技术参数及相似材料配比

4.5模型装配

4.6测试方法

4.7实验过程及主要现象分析

4.8实验结果分析

4.9本章小结

5数值模拟研究

5.1模拟实验软件

5.2计算物理参数及模型建立

5.3数值模拟结果分析

5.4本章小结

6主要结论

致谢

参考文献

附录