淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識別模式研究.pdf

1、煤炭資源的大量開發(fā)，它給人類社會帶來了巨大的經(jīng)濟效益，推動了工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，但隨之也產(chǎn)生了對人類生存環(huán)境損害的一系列問題--開采損害。近年來，因礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用產(chǎn)生的環(huán)境問題日趨嚴重，其已引起各國政府和有關國際組織的極大關注，開采損害已成為礦區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的重大問題之一。開采引起覆巖破壞、地表沉陷損害、地表荒漠化和礦區(qū)居民吃水難是礦山資源開發(fā)給人類生存環(huán)境帶來損害的主要原因，可見，研究礦區(qū)開發(fā)和保護水資源的問題迫在眉

2、睫，尤其在淺埋煤層條件下，這種開采損害變得更為嚴重。論文以榆神（府）礦區(qū)為研究對象，依托國家自然科學基金項目“厚松散層淺埋煤層條件下保水開采基礎研究”進行研究，其主要內(nèi)容如下： （1）在淺埋煤層定義的基礎上，結合已有的研究成果和現(xiàn)場調(diào)研情況，得出淺埋煤層條件下采用不同（基巖與開采高度之比，簡稱基采比或JC）基采比所導致的礦壓顯現(xiàn)特征不同的結論，進而以基采比為關鍵參數(shù)，結合（基巖與載荷層厚度之比，簡稱基載比或JZ）基載比來進一步分

3、析研究淺埋煤層條件下的礦壓顯現(xiàn)特征； （2）從開采參數(shù)入手，分析了開采參數(shù)對關鍵層的影響，在此基礎上進一步研究淺埋煤層條件下關鍵層和隔水土層對導水裂縫帶發(fā)育的影響，并給出關鍵層結構失穩(wěn)和隔水土層能夠完全隔水的判據(jù)； （3）結合巖石試件破壞時能量釋放過程的試驗現(xiàn)象和淺埋煤層條件下的礦壓顯現(xiàn)特征，從能量釋放角度解釋了淺埋煤層條件下采用不同基采比對導水裂縫帶的影響及其形成的機理； （4）地下開采引起地表移動和巖層移動屬

4、于同一問題的兩個方面，本文在基于概率積分法預計地表移動變形的數(shù)學模型基礎上，以預計理論為基礎，通過分析預計理論參數(shù)，建立了基于概率積分法預計導水裂縫帶上位巖土層移動變形的數(shù)學模型，同時結合現(xiàn)場觀測資料和實驗室相似材料模擬實驗結果進行綜合分析，得出了覆巖與地表下沉系數(shù)為分段函數(shù)的結論； （5）通過相似材料模擬實驗和數(shù)值模擬，系統(tǒng)地分析了在同一基載比條件下采用不同基采比時，覆巖隨煤層開采，其結構破斷、滑落失穩(wěn)和含水層的水如何潰入井下

5、的過程與機理，并給出導水裂縫帶上位巖土層的損害特征：即以其上位巖土層初次破斷產(chǎn)生3個斷裂裂縫為界（斷裂裂縫的損害特征為：其產(chǎn)生的豎向裂縫貫穿整個巖層，且該巖層結構并未失穩(wěn)），其上部為彎曲下沉帶，下部為導水裂縫帶； （6）根據(jù)理論分析、實驗室相似材料模擬實驗和數(shù)值模擬結果的綜合分析，給出了淺埋煤層條件下導水裂縫帶廣義損傷因子的定義，確定了導水裂縫帶廣義損傷因子的理論模型，建立了以廣義損傷因子為關鍵參數(shù)的導水裂縫帶最大高度的預計模型

6、；同時，結合重復采動對導水裂縫帶的影響，給出了重復采動廣義損傷因子的具體表達式。 本文在上述分析研究的基礎上研發(fā)了淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識別模式系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)包括：開采方案選取、覆巖“三帶”估算、覆巖與地表移動變形預計、數(shù)值模擬、關鍵層判定、覆巖與地表移動變形的動態(tài)演示、地理信息系統(tǒng)、地面建（構）筑物受損評價和保水開采識別系統(tǒng)等預計分析模塊。通過應用淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識別模式系統(tǒng)對榆樹灣煤礦2