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西安科技大学硕士学位论文榆神矿区榆树湾矿保水开采注浆离层参数研究姓名:肖民申请学位级别:硕士专业:采矿工程指导教师:侯忠杰20060418榆神矿区榆树湾矿保水开采注浆离层参数研究作者:肖民学位授予单位:西安科技大学相似文献(8条)1.期刊论文张杰.侯忠杰.ZHANGJie.HOUZhong-jie榆树湾浅埋煤层保水开采三带发展规律研究-湖南科技大学学报(自然科学版)2006,21(4)在分析陕西榆树湾煤矿浅埋煤层分层开采的水文及工程地质条件的基础上,对保水开采中覆岩破坏三带的发展规律进行了相似材料模拟实验研究.实验表明在基岩厚度较大的浅埋煤层开采中覆岩垮落不是整体切落,而是有三带存在;同时,实验揭示了其三带的高度、覆岩的下沉与采高的关系,表明在基岩厚度较大、隔水土层较厚的浅埋煤层中采用分层开采可实现保水开采,这为榆树湾煤矿保水开采提供了重要的科学依据.图3,表1,参8.2.期刊论文张杰.马岳谭.ZHANGJie.MAYue-tan浅埋煤层保水开采的研究进展-矿业安全与环保2009,36(4)分析了陕北榆神府矿区浅埋煤层保水开采的水文及工程地质条件,对砂基型保水开采地质条件进行了分类,推导出浅埋煤层导水裂隙发展计算公式;通过一系列不同地质条件下的固-液耦合相似材料模拟实验,得出了不同砂基型条件下及河流下的间歇式保水开采参数;建立了保水煤柱稳定性分析的三维数值模拟模型,计算了煤柱和基岩保护层的稳定性.通过地质分析、实验研究、数值模拟,对榆神府矿区实行保水开采的可行性进行了综合分析.3.学位论文赵兵朝浅埋煤层条件下基于概率积分法的保水开采识别模式研究2009煤炭资源的大量开发,它给人类社会带来了巨大的经济效益,推动了工业现代化的快速发展,但随之也产生了对人类生存环境损害的一系列问题--开采损害。近年来,因矿产资源开发与利用产生的环境问题日趋严重,其已引起各国政府和有关国际组织的极大关注,开采损害已成为矿区经济可持续发展中亟待解决的重大问题之一。开采引起覆岩破坏、地表沉陷损害、地表荒漠化和矿区居民吃水难是矿山资源开发给人类生存环境带来损害的主要原因,可见,研究矿区开发和保护水资源的问题迫在眉睫,尤其在浅埋煤层条件下,这种开采损害变得更为严重。论文以榆神(府)矿区为研究对象,依托国家自然科学基金项目“厚松散层浅埋煤层条件下保水开采基础研究”进行研究,其主要内容如下:(1)在浅埋煤层定义的基础上,结合已有的研究成果和现场调研情况,得出浅埋煤层条件下采用不同(基岩与开采高度之比,简称基采比或JC)基采比所导致的矿压显现特征不同的结论,进而以基采比为关键参数,结合(基岩与载荷层厚度之比,简称基载比或JZ)基载比来进一步分析研究浅埋煤层条件下的矿压显现特征;(2)从开采参数入手,分析了开采参数对关键层的影响,在此基础上进一步研究浅埋煤层条件下关键层和隔水土层对导水裂缝带发育的影响,并给出关键层结构失稳和隔水土层能够完全隔水的判据;(3)结合岩石试件破坏时能量释放过程的试验现象和浅埋煤层条件下的矿压显现特征,从能量释放角度解释了浅埋煤层条件下采用不同基采比对导水裂缝带的影响及其形成的机理;(4)地下开采引起地表移动和岩层移动属于同一问题的两个方面,本文在基于概率积分法预计地表移动变形的数学模型基础上,以预计理论为基础,通过分析预计理论参数,建立了基于概率积分法预计导水裂缝带上位岩土层移动变形的数学模型,同时结合现场观测资料和实验室相似材料模拟实验结果进行综合分析,得出了覆岩与地表下沉系数为分段函数的结论;(5)通过相似材料模拟实验和数值模拟,系统地分析了在同一基载比条件下采用不同基采比时,覆岩随煤层开采,其结构破断、滑落失稳和含水层的水如何溃入井下的过程与机理,并给出导水裂缝带上位岩土层的损害特征:即以其上位岩土层初次破断产生3个断裂裂缝为界(断裂裂缝的损害特征为:其产生的竖向裂缝贯穿整个岩层,且该岩层结构并未失稳),其上部为弯曲下沉带,下部为导水裂缝带;(6)根据理论分析、实验室相似材料模拟实验和数值模拟结果的综合分析,给出了浅埋煤层条件下导水裂缝带广义损伤因子的定义,确定了导水裂缝带广义损伤因子的理论模型,建立了以广义损伤因子为关键参数的导水裂缝带最大高度的预计模型;同时,结合重复采动对导水裂缝带的影响,给出了重复采动广义损伤因子的具体表达式。本文在上述分析研究的基础上研发了浅埋煤层条件下基于概率积分法的保水开采识别模式系统软件,系统包括:开采方案选取、覆岩“三带”估算、覆岩与地表移动变形预计、数值模拟、关键层判定、覆岩与地表移动变形的动态演示、地理信息系统、地面建(构)筑物受损评价和保水开采识别系统等预计分析模块。通过应用浅埋煤层条件下基于概率积分法的保水开采识别模式系统对榆树湾煤矿20102上工作面导水裂缝带的最大高度进行预计,验证了基于概率积分法的保水开采识别模式系统的可靠性。4.期刊论文侯忠杰.付二军.HOUZhong-jie.FUEr-jun长壁间隔式开采方法研究及其应用-西安科技大学学报2009,29(1)陕北神府矿区中小煤矿均采用房柱式采煤方法,多个煤矿进行长壁采煤方法试验均因浅埋煤层矿压显现剧烈,单体支柱不能有效的控制顶板而失败.南梁煤矿2-2煤层属于地表厚松散层浅埋煤层、改建设计改为刀柱式采煤法,为了提高矿井的经济效益,提出了长壁间隔式开采方法,通过相似材料模拟实验、数值模拟、理论分析和现场试验确定间隔开采方法工作面合理开采段长度和煤柱尺寸.南梁煤矿采用间隔开采方法已成功采完9个工作面,成为榆神府矿区中小型矿井第1个采用长壁布置单体支柱开采的矿井.间隔开采方法已被临近煤矿所采用.5.学位论文张杰榆神府矿区长壁间歇式推进保水开采技术基础研究2007榆神府浅埋煤层十多年来的研究和实践表明,房柱式开采造成煤炭资源的巨大浪费,综合机械化开采引起地表潜水水位下降而使植被枯死,最终导致生态环境质量彻底恶化。因此,要促进矿区的开发与区域经济的持续健康发展,实现绿色采矿技术,只有保持地下潜水水位不降低。而采用一种既能实现矿区水资源保护,又能充分开采煤炭资源的开采方法是实现保水采煤的关键性问题。本论文基于流固耦合作用和岩层控制的学术思想,通过理论研究、相似材料模拟实验、数值分析及现场工程类比和应用,系统研究了浅埋煤层开采过程中水岩破坏的相互耦合作用、主关键层或组合关键层对岩层运动和导水裂隙发展规律的影响、长壁间歇式推进的合理推进距离和煤柱的稳定性等内容,提出了适合于中小型煤矿的长壁间歇式推进保水开采方法。研制了以石蜡为胶凝剂的流固两相相似模拟实验材料,完善了流固耦合相似模拟实验平台的应力、位移、渗流测试系统及测试技术。实验材料的弹性力学参数与渗流力学参数与原型相似,并具有良好的非亲水性能,满足两相相似模拟实验要求。该实验材料的研制和实验技术的完善突破了传统的单一固体相似模拟,为地下保水开采相似材料模拟实验取得了突破性进展,也为以后研究渗流场与应力场的耦合作用开辟了新的途径。通过不同地质条件下的流固耦合相似材料模拟实验,提出了影响浅埋煤层长壁间歇式推进保水开采的四个主要因素,即主关键层或组合关键层层位、煤层采高、极限破断距和潜水渗流特征。层位越高、极限破断距越大,工作面的保水推进距离越大;煤层采高越小,主关键层或组合关键层越容易进入弯曲下沉带,进入弯曲下沉带的条件是kc≥11;围岩中潜水渗流活动越明显,顶板流固耦合损伤越严重,隔水保护层越不稳定。建立了采场覆岩等效连续介质渗流场和应力场的流固耦合方程,分析了岩体位移场和水头变化之间的定量关系,即{R}[B]{△δ}e=nγ/Ew△H;对原型条件下的岩石试件和采场覆岩破坏的流固耦合作用的数值模拟表明,有水作用下与无水作用下相比,试件的抗压强度减小了12%,采场覆岩整体垮落时工作面的推进距离减小了10.7%。探讨了地面厚松散层浅埋煤层中组合关键层的形成机理,以及覆岩的属性和空间配置对组合效应的影响;在考虑开采过程中流固耦合损伤积累的基础上,提出了组合关键层的流固耦合损伤变量因子φ,φ=ηnqz(2n2+3n+1)/12h2z,在考虑组合效应、流固耦合损伤以及采高影响时,进行了组合关键层破断距公式的修正;确定了长壁间歇式推进保水开采工作面合理推进距离的计算公式。分析了间歇隔离煤柱和临时煤柱的稳定性,提出了在2m采高沙土基型浅埋煤层中采用间歇临时煤柱保水开采的新思路。现场工程类比和应用进一步证明了长壁间歇式推进开采方法和参数的正确性。表明本论文研究的理论和结果与实际开采一致,取得了良好的保水效果。6.期刊论文侯忠杰.张杰.HOUZhong-jie.ZHANGJie砂土基型浅埋煤层保水煤柱稳定性数值模拟-岩石力学与工程学报2005,24(13)浅埋煤层间歇开采保水采煤的关键是确定工作面的合理推进距离和煤柱尺寸,通过相似材料模拟已得到工作面的合理推进距离,并为实践所证实.以相似材料模拟所得到的工作面推进距离与覆岩裂隙高度关系为依据,建立了数值模拟模型,以计算工作面合理的煤柱尺寸.运用ALGOR有限元程序,模拟了基岩厚度30m以下、土层20m以下的砂土基型和基岩厚度30m以上、土层20m以上的砂土基型2种类型的工程地质条件,通过煤柱上的米赛斯应力分布、上覆岩层的拉应力分布以及顶板的下沉量等模拟结果分析,判断了煤柱和覆岩的稳定性,得出了不同基岩厚度工作面实现保水开采的合理推进距,这对实现陕北砂土基型地质条件下的保水采煤和矿区荒漠化防治具有重要意义.7.期刊论文张杰.侯忠杰.ZHANGJie.HOUZhong-jie水体下煤炭开采渗流实验研究-成都理工大学学报(自然科学版)2009,36(1)水下煤矿开采在进行相似材料实验研究时都应进行固液两相模拟,但由于对两相实验材料的研究一直未取得突破性进展而未成功.在成功研制固液耦合实验材料的基础上制作了固液两相相似材料模拟模型,通过水体下煤矿开采渗流实验模拟,得出了水在工程破坏岩体中的渗流以及岩体在渗流场作用下的破坏规律,取得了保水开采的合理参数.实验所得的参数为现场开采实践所证实,这为水体下煤矿安全开采设计、矿区水资源保护、绿色矿区的实现提供了可靠的依据.8.学位论文张小明榆树湾煤矿20102工作面覆岩导水裂隙高度及其渗流规律研究2007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。本文链接:授权使用:上海海事大学(wflshyxy),授权号:9068311a-3997-489a-8bb7-9dc70113b417下载时间:2010年8月3日
本文标题:榆神矿区榆树湾矿保水开采注浆离层参数研究
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