陜北淺埋煤層礦區(qū)保水開采影響因素研究.pdf

1、陜北榆神府淺埋煤層礦區(qū)是我國煤炭工業(yè)戰(zhàn)略西移的首選基地,是我國目前探明儲量最大的煤田。它地理位置優(yōu)越,地質(zhì)構(gòu)造簡單,煤質(zhì)優(yōu)良,開采容易,已經(jīng)成為我國主要的特大型優(yōu)質(zhì)動力煤和出口煤基地。但是,礦區(qū)處于干旱半干旱的毛烏素沙漠與黃土高原接壤地區(qū),水資源貧乏,土地貧瘠,植被稀疏,生態(tài)環(huán)境脆弱,社會發(fā)展水平低。自然狀態(tài)下環(huán)境質(zhì)量呈下降趨勢。煤炭工業(yè)的大規(guī)模開發(fā)更加快了該區(qū)環(huán)境質(zhì)量的下降趨勢,如何合理有效地開發(fā)煤炭資源,保護(hù)水資源,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的改

2、善,使區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是該地區(qū)煤田開發(fā)過程中面臨的一個重大課題。可持續(xù)發(fā)展開發(fā)本地區(qū)煤田的關(guān)鍵是在保護(hù)淺層地下水資源的條件下開發(fā)煤炭資源即保水開采。
　　本文論述了保水開采的影響因素,認(rèn)為影響保水開采的主要因素有礦區(qū)覆巖的工程地質(zhì)特征(包括巖性、地層組合關(guān)系、基巖風(fēng)化帶特征)、地質(zhì)構(gòu)造、開采方法、煤柱的穩(wěn)定性等。以前的研究者有的主要從采礦方法、有的主要從地質(zhì)條件或者主要從水文地質(zhì)角度研究保水開采，本文嘗試綜合考慮影響保水開采的各

3、種自然和技術(shù)因素,尤其是覆巖的工程地質(zhì)特征、地質(zhì)構(gòu)造、開采方法等,具體研究各個影響因素是如何影響導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育,如何通過控制保水開采的影響因素實(shí)現(xiàn)保水開采。綜合影響保水開采的各種因素,提出陜北淺埋煤層礦區(qū)保水開采的區(qū)域劃分體系。
　　在覆巖工程地質(zhì)特征對保水開采影響的研究中建立了保水開采的工程地質(zhì)模型,為相似模擬試驗(yàn)和數(shù)值模擬提供模型依據(jù)。在地質(zhì)構(gòu)造對保水開采的影響研究中,指出覆巖中斷層的存在提高了導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度,采用長壁

4、間隔式開采實(shí)現(xiàn)保水開采時(shí),覆巖中存在斷層時(shí)工作面的推進(jìn)距離要小于無斷層時(shí)的情況。研究了斷層活化突水的力學(xué)機(jī)理,指出斷層傾角決定了斷層活化的形式,并推導(dǎo)出斷層不同活化形式時(shí)的臨界采深和長壁間隔式開采工作面臨界推進(jìn)距離的計(jì)算公式。以燕伙盤井田為例探討了斷層斷距與斷層活化的關(guān)系。采用相似模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬,以大柳塔煤礦為例研究基巖中含有斷層工作面不同推進(jìn)方向時(shí)保水開采的工作面合理推進(jìn)距離,得出基巖厚度分別為15m、30m、42m、54m和60

5、m時(shí)采用長壁間隔式采煤保水開采工作面的推進(jìn)距離,回歸出工作面的推進(jìn)距離與導(dǎo)水裂隙帶高度之間的經(jīng)驗(yàn)公式,而且得出從斷層上盤向下盤推進(jìn)比反向推進(jìn)時(shí)導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度要大的結(jié)論。煤柱的穩(wěn)定性是保水開采實(shí)現(xiàn)的一個關(guān)鍵問題,在建立的保水開采的工程地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上研究了長壁間隔式開采煤柱的合理寬度,結(jié)果表明15m是煤柱的合理寬度。
　　在開采方法對保水開采的影響研究中,分析采空區(qū)覆巖的移動規(guī)律,分別對砂基型和砂土基型礦區(qū)提出相應(yīng)的保水開采方

6、法。在砂基型礦區(qū)應(yīng)用固體力學(xué)理論,建立保水開采的關(guān)鍵保護(hù)層判據(jù),提出通過選擇合理的開采方法(包括長壁間隔式開采、分層開采等)使覆巖中的關(guān)鍵保護(hù)層不破斷,導(dǎo)水裂隙帶不發(fā)展到基巖上部的隔水層達(dá)到保水開采的目的。在砂土基型礦區(qū)采用開采損害學(xué)中地表移動變形和采動巖體內(nèi)部移動變形預(yù)計(jì)的方法,考慮覆巖中隔水土層的膨脹性計(jì)算淺埋煤層砂土基型礦區(qū)開采后隔水土層中裂隙的破壞深度,同時(shí)借鑒相似模擬實(shí)驗(yàn)確定導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度,最后計(jì)算采高不同時(shí)這兩種裂隙之

7、間的隔水保護(hù)層厚度,當(dāng)隔水保護(hù)層厚度滿足規(guī)定要求就可以實(shí)現(xiàn)保水開采,從而確定砂土基型礦區(qū)保水開采的合理開采方法。以陜北淺埋煤層礦區(qū)兩個不同覆巖結(jié)構(gòu)煤礦保水開采方法的選擇為例驗(yàn)證了研究結(jié)果的可行性,同時(shí)應(yīng)用相似模擬試驗(yàn)和數(shù)值模擬驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果。
　　最后根據(jù)保水開采的需要對礦區(qū)的地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。根據(jù)采空區(qū)上覆巖層不同的巖土體類型及工程地質(zhì)性質(zhì)對保水開采影響作用的研究,綜合考慮影響保水開采的各種自然和技術(shù)因素,對礦區(qū)的地層結(jié)構(gòu)根據(jù)保