榆树湾煤矿20102工作面覆岩导水裂隙高度及其渗流规律研究

摘要

通过近十多年来，陕北榆神东矿区沙基型浅埋煤层开采对水资源和环境影响的研究表明，神北区沙基型浅埋煤层开采会直接波及萨拉乌苏组含水层，造成土地和地表沉陷损害、地下潜水水位大幅度下降、荒(沙)漠化面积扩展、生态环境恶化。而对榆横地区沙土基型浅埋煤层开采过程中采动裂隙分布及水体流失情况的研究则比较少。 因此本论文以重点保水区的榆树湾煤矿顶底板岩性及覆岩特征为基础，利用力学分析、相似材料模拟以及数值模拟的方法对覆岩的导水裂缝产生发展规律进行了研究，并对其发育过程中覆岩裂隙水流动规律和地表潜水变化进行了分析。对覆岩三带分布形式进行了探讨，将“顶三带”理论中的弯曲下沉带划分为弯曲损伤带和弯曲整体移动带。通过相似材料模拟得出工作面来压时没有表现出厚松散层浅埋煤层覆岩全厚度切落而出现一般开采条件下的“三带”，但和保水开采方法密切相关的裂隙带高度却与一般煤层并不相同。数值模拟中首先利用FLACzD软件分析了采动过程中覆岩应力及塑性区的变化情况，然后利用F-RFPA<'2D>系统直观的模拟了采动过程中覆岩垮落及水体流失情况，通过岩层渗透系数的变化确定了导水裂隙的分布规律，得出覆岩裂隙水呈V字型渗流形式，5m采高时导水裂隙未贯通整个土层，覆岩潜水含水层在采动稳定后能形成新的平衡。最后在模拟数据的基础上利用回归分析方法得出5m和10m采高的导水裂隙高度计算公式。为完善保水采煤研究理论和实验技术体系提供一定的理论依据和技术支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.1.1课题研究的背景

1.1.2课题研究的意义

1.2国内外研究的现状

1.2.1浅埋煤层研究现状

1.2.1覆岩导水裂隙研究现状

1.3课题研究的目的及主要内容

1.4课题研究的方法及技术路线

2采动覆岩裂隙发育的力学及规律分析

2.1覆岩破坏结构形态

2.2覆岩破坏发育高度的力学分析

2.2.1覆岩关键层理论

2.2.2岩层破坏机理

2.2.3顶板岩梁变形分析

2.2.4覆岩破坏发展至裂隙带及断裂程度的判别方法

2.2.5岩层自由下沉空间计算

2.3导水裂隙带发育规律

2.3.1导水裂隙带发育的影响因素

2.3.2导水裂隙带的形态

2.3.3导水裂隙带最大高度变化的特点

2.3.4导水裂隙高度的确定

2.4本章小结

3覆岩导水裂隙分布的相似材料模拟研究

3.1相似材料模拟简介

3.2实验目的

3.3 工作面煤层赋存特征及开采技术条件

3.3.1 工作面概况

3.3.2水文地质

3.3.3岩层的物理力学参数

3.4物理相似模拟实验设计及开采方案

3.4.1模拟实验设计

3.4.2实验方案

3.5材料相似模拟实验结果

3.5.1上分层开采模拟结果

3.5.2放顶煤开采模拟结果

3.6本章小结

4覆岩导水裂隙分布及其渗流规律的数值模拟

4.1概述

4.2采动覆岩的FLAC2D数值模拟

4.2.1 FLAC2D程序简介

4.2.2计算模型及计算模拟方案

4.2.3覆岩破坏区的判据

4.2.4模拟计算结果分析

4.3覆岩导水裂隙分布规律的F-RFPA2D数值模拟

4.3.1 F-RFPA2D软件概述

4.3.2 F-RFPA2D软件的原理及数值方法

4.3.3采动覆岩的F-RFPA2D数值模拟结果

4.4本章小结

5覆岩导水裂隙高度的回归分析

5.1模拟结果与经验公式对比分析

5.2覆岩导水裂隙发育高度的回归分析

5.2.1回归分析原理

5.2.2覆岩导水裂隙回归分析

5.3本章小结

6结论

6.1本文的结论

6.2今后努力的方向

致 谢

参考文献

附 录