浅埋煤层柔性条带充填保水开采基础研究

摘要

陕北侏罗纪煤田是我国探明最大的煤田,探明储量约1400亿t,煤田地处沙漠与黄土高原接壤区,地表生态环境脆弱,地下大面积分布有第四系萨拉乌苏组含水层。煤田开采规模巨大,煤层覆岩薄,开采引起地下潜水流失和地表生态环境严重破坏。目前,特殊保水开采区的保水开采方法尚未解决,研究低成本的柔性条带充填减沉机理,建立条带充填保水开采方法,具有重要的理论和实践意义。
　　本文采用模拟实验和理论分析相结合的方法,系统地研究了特殊保水开采区的地质开采条件和充填开采的方式,分析了榆神府矿区风积沙的工程特性及分布状况,实验得出了质量浓度83％-84％、坍落度为21.5-25cm、28d强度为2MPa左右的陕北砂基膏体材料的合理配比范围,并分析了充填的可行性,实验研究了条带充填开采的覆岩移动规律、裂隙发育规律和隔水层稳定性,论证了合理的充填参数。研究针对特殊保水开采区最困难的基岩黏土组合型条件,根据实验得出的柔性条带充填覆岩移动变形规律及隔水层稳定性规律,建立了柔性条带充填隔水层稳定性控制力学模型,揭示了造成隔水层失稳主要影响因素有充填体强度、充填参数、隔水岩组的厚度和性质等。研究得出,合理地选择充填体的强度及充填位置和宽度能有效控制采空区破断老顶岩板的运动,避免隔水层局部变形过大造成的拉剪破坏,使隔水层能够缓慢均匀连续沉降,从而保证隔水层的稳定。最后,以隔水层稳定性为判据,建立了低强度柔性条带充填的合理充填体宽度及充填位置的确定方法。
　　论文研究揭示了采用低强度低成本砂基膏体材料进行局部充填仍然可以实现保水开采的机理,提出的柔性条带充填保水开采方法为生态脆弱矿区提供了保水开采的新途径,研究具有广泛的应用及推广价值。

目录

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 选题的背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容及技术路线

2 特殊保水开采区保水开采条件

2.1煤炭资源分布状况

2.2 自然条件

2.3 煤层与含水层赋存特征

2.4 特殊保水开采区充填开采技术要求

2.5 本章小结

3 柔性条带充填原理及充填材料研究

3.1条带充填开采方法及技术原理

3.2 陕北风积沙工程应用条件

3.3 砂基膏体材料可泵性分析

3.4 砂基膏体材料强度试验研究

3.5 本章小结

4 柔性条带充填开采覆岩移动变形规律模拟研究

4.1 概况

4.2 模型建立

4.3 覆岩移动变形的模拟研究

4.4隔水层移动变形规律

4.5 本章小结

5 隔水层稳定性影响因素分析及充填参数确定

5.1 充填效应

5.2 老顶岩板稳定性

5.3 隔水岩组性质及厚度

5.5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附 录