榆神府礦區(qū)長壁間歇式推進保水開采技術基礎研究.pdf

1、榆神府淺埋煤層十多年來的研究和實踐表明，房柱式開采造成煤炭資源的巨大浪費，綜合機械化開采引起地表潛水水位下降而使植被枯死，最終導致生態(tài)環(huán)境質量徹底惡化。因此，要促進礦區(qū)的開發(fā)與區(qū)域經濟的持續(xù)健康發(fā)展，實現綠色采礦技術，只有保持地下潛水水位不降低。而采用一種既能實現礦區(qū)水資源保護，又能充分開采煤炭資源的開采方法是實現保水采煤的關鍵性問題。本論文基于流固耦合作用和巖層控制的學術思想，通過理論研究、相似材料模擬實驗、數值分析及現場工程類比和應

2、用，系統研究了淺埋煤層開采過程中水巖破壞的相互耦合作用、主關鍵層或組合關鍵層對巖層運動和導水裂隙發(fā)展規(guī)律的影響、長壁間歇式推進的合理推進距離和煤柱的穩(wěn)定性等內容，提出了適合于中小型煤礦的長壁間歇式推進保水開采方法。 研制了以石蠟為膠凝劑的流固兩相相似模擬實驗材料，完善了流固耦合相似模擬實驗平臺的應力、位移、滲流測試系統及測試技術。實驗材料的彈性力學參數與滲流力學參數與原型相似，并具有良好的非親水性能，滿足兩相相似模擬實驗要求。該

3、實驗材料的研制和實驗技術的完善突破了傳統的單一固體相似模擬，為地下保水開采相似材料模擬實驗取得了突破性進展，也為以后研究滲流場與應力場的耦合作用開辟了新的途徑。 通過不同地質條件下的流固耦合相似材料模擬實驗，提出了影響淺埋煤層長壁間歇式推進保水開采的四個主要因素，即主關鍵層或組合關鍵層層位、煤層采高、極限破斷距和潛水滲流特征。層位越高、極限破斷距越大，工作面的保水推進距離越大；煤層采高越小，主關鍵層或組合關鍵層越容易進入彎曲下沉

4、帶，進入彎曲下沉帶的條件是kc≥11；圍巖中潛水滲流活動越明顯，頂板流固耦合損傷越嚴重，隔水保護層越不穩(wěn)定。 建立了采場覆巖等效連續(xù)介質滲流場和應力場的流固耦合方程，分析了巖體位移場和水頭變化之間的定量關系，即{R}[B]{△δ}e=nγ/Ew△H；對原型條件下的巖石試件和采場覆巖破壞的流固耦合作用的數值模擬表明，有水作用下與無水作用下相比，試件的抗壓強度減小了12％，采場覆巖整體垮落時工作面的推進距離減小了10.7％。

5、 探討了地面厚松散層淺埋煤層中組合關鍵層的形成機理，以及覆巖的屬性和空間配置對組合效應的影響；在考慮開采過程中流固耦合損傷積累的基礎上，提出了組合關鍵層的流固耦合損傷變量因子φ，φ=ηnqz(2n2+3n+1)/12h2z，在考慮組合效應、流固耦合損傷以及采高影響時，進行了組合關鍵層破斷距公式的修正；確定了長壁間歇式推進保水開采工作面合理推進距離的計算公式。 分析了間歇隔離煤柱和臨時煤柱的穩(wěn)定性，提出了在2m采高沙土基型淺埋煤層