海下煤层开采合理确定开采上限研究

摘要

北皂煤矿作为国内首个海域下开采的矿井，其海域扩大区位于渤海境内。北部煤层抬升位置处于海域扩大区的西部，煤层出露于浅部，海水下部为第四系含水层，当煤层开挖至浅部时受到第四系含水层和海水的威胁。为了保证煤层开挖不波及第四系含水层和海水，需合理留设防水煤柱。因此，合理留设防水煤柱，科学确定煤层最大开采上限，是保障海域下矿井安全高效生产的重要手段。　　本文以北皂煤矿海域三采区H2303工作面为工程研究背景，在分析第四系相对隔水层以及第四系底界岩层特性和分布规律的基础上，综合运用材料力学理论计算法，得出了不同安全系数条件下的安全隔离层厚度。进一步运用规程公式法、经验类比法、现场实测法计算得出煤层上覆岩层导水裂隙带最大高度。同时，运用FLAC3D有限元数值模拟技术，设置-190m、-180m、-170m、-160m不同开切眼水平的开采方案，对工作面覆岩的位移和破坏变化规律进行了模拟，得出煤层覆岩导水裂隙带的最大扩展高度。综合分析，在考虑一定的安全系数前提下，并留设一定保护层厚度，最终确定开采煤层的安全开采上限，进一步提出了安全技术措施。同时，对海域下三采区防治水进行了安全性分析，分析认为通过合理留设防水煤柱，严格控制开采深度，杜绝超限开采，可有效地防范第四系水及海水对矿井生产影响。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的提出的背景及意义

1.2 水下采煤技术国内外研究现状

1.3 课题研究的主要内容、方法及技术路线

2 海域扩大区地质特征及开采技术

2.1 矿区概况

2.2 地质特征

2.3 水文地质条件

2.4 研究区地质及开采情况

2.5 海域开采区充水关键因素分析

2.6 本章小结

3 覆岩变形规律理论分析和隔离层厚度计算

3.1 海下开采基本理论

3.2 海下合理开采上限的确定

3.3 安全隔离层厚度力学模型与计算

3.4 本章小结

4 导水裂隙带高度计算

4.1 按规程公式计算

4.2 经验类比法计算

4.3 有限元数值模拟分析

4.4 导水裂隙带高度实测

4.5 本章小结

5 开采上限的确定及安全性分析

5.1 开采上限的确定

5.2 安全开采技术措施

5.3 海域下开采安全性分析

5.4 本章小结

6 主要结论和展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要成果