厚松散层薄基岩下综放开采留设防砂煤岩柱研究

论文摘要

本文通过现场调查、实验室实验、理论分析、相似材料模拟与数值模拟试验和现场试验等多种研究手段,系统地研究了朱仙庄煤矿87采区一区段底含沉积结构特征、地下水动力学参数、基岩风化带的变异特征与阻隔水特性、覆岩的组合结构类型和破坏移动演化规律。其主要工作有:1.根据现场调查、实验室分析测试结果,对松散层底部含水层和基岩风化带进行了充分研究,结果表明:松散层底部含水层为弱～极弱含水层,粘性土含量较高,孔隙率较低,属封闭～半封闭的复合性水体,呈固结、半固结状态,流动性较差,垂直渗透能力较弱;基岩风化带内岩石受风化影响,强度大幅度降低,矿物成份发生了明显的变异,粘土矿物含量增大,塑性变形能力增强;吸水后体积膨胀,再生隔水能力强。2.依据相似材料模拟和UDEC数值模拟研究,分析了87一区段工作面综放开采的覆岩移动破坏规律,结果表明:厚松散层下薄基岩综放开采的冒落带最大发育高度为13.6m;覆岩受采动影响,具有下沉量大、移动速度快、裂缝压密弥合快、突水溃砂能力弱等移动破坏演化规律。3.通过两带移动规律现场实测研究,得出了试验综放工作面的实测垮落带发育高度为11.34～15.74m,垮采比为1.44～1.69。在上述研究的基础上,将87采区一区段防砂煤岩柱定为18.1m。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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外水体下采煤概况
• 1.2.2 国内水体下采煤概况
• 1.2.3 裂隙岩体渗流耦合研究概况
• 1.3 论文研究的主要内容
• 1.4 研究的方法手段及其技术路线
• 1.5 论文研究的意义
• 2 "四含"与基岩风化带工程地质特性研究
• 2.1 "四含"厚度分布及沉积结构特征
• 2.1.1 "四含"厚度分布规律
• 2.1.2 "四含"沉积结构特征
• 2.2 "四含"的物理水理性质及富水性分区
• 2.2.1 "四含"的物理水理性质
• 2.2.2 "四含"的富水性分区
• 2.3 基岩风化带的分布规律
• 2.4 基岩风化带的工程地质特性
• 2.4.1 基岩风化带判别标志
• 2.4.2 基岩风化带特点
• 2.4.3 基岩风化带物理力学特征
• 2.4.4 岩石干燥饱和吸水率试验结果分析
• 2.4.5 基岩风化带岩石的矿物组成
• 2.4.6 防砂煤岩柱质量与隔水阻砂性能评价
• 2.5 本章小节
• 3 覆岩破坏相似材料模拟研究
• 3.1 相似理论原理
• 3.2 模型的设计与制作
• 3.3 主要实验结果分析
• 3.3.1 上覆岩层的运动特点
• 3.3.2 上覆岩层"两带"发育特征
• 3.3.3 上覆岩层位移特征
• 3.5 本章小节
• 4 覆岩变形破坏数值模拟研究
• 4.1 概述
• 4.2 离散单元法的基本原理
• 4.2.1 离散单元法的基本思想
• 4.2.2 离散元法的基本方程
• 4.3 数值模型的建立
• 4.3.1 工程概况
• 4.3.2 几何模型的确定
• 4.3.3 数值模拟方案的确定
• 4.4 数值模拟结果分析
• 4.4.1 采场上覆岩层位移变化特征
• 4.4.2 采场上覆岩层应力分布特征
• 4.4.3 采场上覆岩层破坏场变化特征
• 4.4.4 支撑压力变异特征
• 4.5 本章小结
• 5 防砂煤岩柱合理留设研究
• 5.1 留设防砂（塌）煤岩柱的条件
• 5.1.1 留设防砂（塌）煤岩柱的有利条件
• 5.1.2 留设防砂（塌）煤岩柱的结构分析
• 5.2 87采区一区段综放工作面"两带"高度预计及开采上限的确定
• 5.2.1 "两带"高度预计
• 5.2.2 87一区段开采上限的确定
• 5.3 "两带"移动规律现场实测研究
• 5.3.1 试验工作面条件
• 5.3.2 "两带"观测孔布置
• 5.3.3 "两带"观测结果分析
• 5.4 本章小节
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果