發(fā)布時間：2019-07-13 08:29

【摘要】：水庫旁煤層開采合理煤柱留設研究是保證其安全綠色開采的關鍵問題之一,故對其開展理論與試驗研究具有重要的理論意義和工程實踐價值。本文以陜西省神木縣張家峁礦井常家溝水庫周邊4-2煤層開采為工程依托,采用理論分析、物理相似材料試驗、FLAC3D數(shù)值計算和現(xiàn)場實踐相結(jié)合的方法開展研究工作。提出了水庫旁采煤的簡化模型,基于礦山壓力、水壓力與煤層的耦合關系,提出了水庫旁開采隔水保護煤柱區(qū)段,即從隔水功能上沿寬度方向可劃分為礦壓影響區(qū)段、有效隔水區(qū)段和水位影響區(qū)段,給出了水庫旁開采隔水保護煤柱的定義與計算公式。水庫庫岸邊坡的坡度、高度、水位、覆巖裂隙帶高度、巖層移動角等因素是影響隔水保護煤柱留設寬度確定的主要影響因素,提出了綜合確定隔水保護煤柱寬度的方法,給出了隔水保護煤柱寬度的計算公式。完成了4-2煤的物理力學特性室內(nèi)試驗,基于4-2煤單軸壓縮破壞聲發(fā)射試驗,得到了煤單軸壓縮破壞過程與聲發(fā)射顯現(xiàn)之間的規(guī)律。通過相似模型試驗,分析了常家溝水庫旁邊張家峁礦井4-2煤開采過程中覆巖與庫岸邊坡的破壞特征、應力和位移的變化規(guī)律。結(jié)果表明,當水庫蓄滿水時,庫岸邊坡不受采動影響的合理留設煤柱不得小于163m;隨著工作面推進,覆巖不斷垮落,逐漸發(fā)育至地表形成“下沉盆地”,“下沉盆地”的范圍逐漸向水庫岸庫岸側(cè)擴展,在繼續(xù)推進過程中,工作面前方出現(xiàn)下行裂隙,水庫邊坡出現(xiàn)向采空區(qū)傾覆的趨勢。當工作面推進至221m,留設煤柱70m時,不同巖性層面之間會突然出現(xiàn)滑移錯動,邊坡出現(xiàn)滑移特征�；跐B流與變形計算的基本理論推導出水庫旁煤層開采水巖耦合控制方程。采用水巖耦合FLAC3D軟件建立與相似材料模型試驗工況一致的數(shù)值模型,研究水庫旁煤層開采煤柱留設寬度取值問題�？紤]邊坡關鍵點位移變化和煤層頂?shù)装尻P鍵點孔隙水壓力變化,基于水巖耦合FLAC3D計算提出了確定隔水保護煤柱寬度的準則。數(shù)值模擬和物理模型試驗得到的水庫庫岸邊坡坡面監(jiān)測點的位移變化曲線具有相同的變化趨勢�；谒畮r耦合FLAC3D數(shù)值模擬,研究不同水位下采煤對水庫庫岸邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律,分析水位對煤層開采的隔水保護煤柱留設尺寸的影響。結(jié)果表明,在保持煤層厚度、埋深不變的情況下,當水庫水位位于煤層底板以下時,煤層位于浸潤線以上,處于非飽和區(qū),不同水位對煤層開采合理煤柱留設尺寸的影響很小;當水庫水位位于煤層中部時,煤層開采合理煤柱留設尺寸需要加大;當水庫水位位于煤層頂板以上時,隔水保護煤柱留設尺寸隨著水位上升而增大。當水庫水位和煤層厚度不變的情況下,隔水保護煤柱留設尺寸隨著煤層埋深的增大而增大。根據(jù)理論分析、相似材料模擬和FLAC3D數(shù)值分析的結(jié)果,首次將水庫旁采煤庫岸邊坡的破壞模式按照變形的不同分為坍塌、崩塌、滑坡、錯落、傾倒等五種主模式,根據(jù)邊坡變形的方向的不同,每種主模式又包括兩種亞模式。提出了水庫旁淺埋煤層開采隔水保護煤柱寬度留設方法。采用鉆探、物探、采樣測試、抽水試驗及水文地質(zhì)填圖等勘探手段對常家溝水庫邊水文地質(zhì)條件進行了勘查,提出了常家溝水庫邊4-2煤層開采存在的四種可能水害。按照本文給出的隔水保護煤柱寬度確定方法,常家溝水庫旁邊4-2煤開采的隔水保護煤柱寬度確定為99 m。根據(jù)該煤柱寬度完成了常家溝水庫邊4-2煤層的工作面布置。工程實踐表明,留設的隔水保護煤柱寬度合理。
【學位授予單位】：西安科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD822.3

【參考文獻】

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本文編號：2513993