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五沟煤矿开采煤层上覆岩土体综合地质特征及防水煤岩柱留设问题研究

作　者: 黄雪梅
导　师: 姚多喜
学　校: 安徽理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 数值模拟导水裂隙带安全煤岩柱基岩风化带
分类号: TD823
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 216次
引　用: 5次
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内容摘要

五沟煤矿主采煤层上方覆盖270m左右的厚松散层,特别是其底部平均厚20.7m的第四系砂、砾石含水层,直接覆盖在开采煤系露头之上,对煤系地层直接进行渗透补给,给浅部煤层的安全开采构成了明显的威胁。本论文通过实测和系统的数据资料收集,对五沟矿井田内“三隔”、“四含”、基岩风化带等的岩性、厚度、水理特性、渗透性等进行分析,得出“三隔”层（组）粘土类可塑性好,膨胀性强,厚度大,分布稳定,隔水性良好,是区域及煤矿内重要的隔水层（组）;“四含”直接覆盖在煤系地层之上,是矿坑充水主要补给水源,但其“岩性”泥质含量高,渗透性差,补给条件较差,一般富水性弱;基岩风化带岩层属于软弱～中硬岩层且距煤层顶板越远,泥岩和砂岩的强度呈递减的趋势发展,属下硬上软型覆岩顶板,便于顶板控制,五沟煤矿首采工作面上覆的基岩风化带岩层具有储水和隔水的双重作用;五沟煤矿主采煤层10₂煤层成煤环境为滨海平原泥炭沼泽相,在10₂煤层成煤作用中止后,三角洲体系的沉积广泛推进,进而为分流河道砂体,煤层顶板以泥岩、粉砂岩为主,砂体形态与10₂煤层变薄带基本吻合,初步分析是由古河道对10₂煤冲刷引起的,矿区已开采煤层以上的煤系基岩主要有砂岩和泥岩两大类岩石组成。利用“两带”孔观测的导水裂隙带高度,结合室内数值模拟,分析了10₂煤层采空区覆岩变形破坏的分布特征及规律,给出了研究区工作面的最大冒落带高度为17m,最大导水裂隙带高度为45m;最后提出合理安全的煤岩柱留设方案,确保水体下的安全合理开采,保证矿井与人身安全。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
引言  13-14
1 绪论  14-20
  1.1 国内外研究现状及发展趋势  14-16
    1.1.1 国内研究的现状  14-15
    1.1.2 国外研究的现状  15
    1.1.3 主要存在问题和发展方向  15-16
  1.2 本文的研究内容、方法  16-17
    1.2.1 研究内容  16-17
    1.2.2 研究方法  17
  1.3 完成的主要工作量  17-20
2 矿井地质及采矿条件概况  20-32
  2.1 矿井概况  20-21
  2.2 井田地层  21-25
    2.2.1 地层  21-23
    2.2.2 煤层  23-25
  2.3 矿井构造  25-27
    2.3.1 主要褶曲构造  25-26
    2.3.2 井田断裂构造  26-27
  2.4 矿井水文地质条件  27-32
    2.4.1 地表水系  27
    2.4.2 含、隔水层特征  27-32
3 第四系松散层底部土体的沉积特征及含隔水性分析  32-42
  3.1 第四系松散层的沉积特征和分布特征  32-37
    3.1.1 “三隔”沉积特征和分布性质的研究  32-36
    3.1.2 “四含”物质成分及分布特征  36-37
  3.2 第四系松散层底部土体的物理力学性质  37-39
    3.2.1 “三隔”物理力学性质  37-39
    3.2.2 “四含”物理性质  39
  3.3 第四系松散层底部土体的含隔水性质  39-42
    3.3.1 “三隔”的隔水性质  39
    3.3.2 “四含”的含水性质  39-42
4 基岩风化带的工程地质特征和含水性分析  42-55
  4.1 基岩风化带判别标志及一般特点  42-45
    4.1.1 基岩风化带的判别标志  42-44
    4.1.2 基岩风化带的一般特点  44-45
  4.2 基岩风化带的工程地质特征  45-52
    4.2.1 基岩风化带岩石的矿物组成  45-47
    4.2.2 基岩风化带岩石的物理力学性质  47-49
    4.2.3 基岩风化带的泥化性及水理性  49-52
  4.3 基岩风化带厚度及其变化特征  52-55
    4.3.1 基岩风化带厚度  52-53
    4.3.2 基岩风化带厚度控制因素  53-55
5 煤系岩石的沉积学特征和含隔水性分析  55-74
  5.1 煤系地层的岩性岩相及岩石组合  55-56
    5.1.1 砂岩的碎屑组分及其岩类特征  55-56
    5.1.2 泥岩的组分特征  56
  5.2 煤系地层的沉积厚度  56-67
    5.2.1 基岩到7_2煤层沉积段沉积厚度  56-59
    5.2.3 7_2到8_1煤层沉积段沉积厚度  59-62
    5.2.4 8_1到8_2煤层沉积段沉积厚度  62-65
    5.2.5 8_2到10_2煤层沉积段沉积厚度  65-67
  5.3 主采煤层顶、底板岩石物理力学性质  67-71
  5.4 煤系地层岩石的含、隔水性分析  71-74
    5.4.1 煤系地层的含水性质  71-72
    5.4.2 煤系地层的隔水性质  72-74
6 覆岩变形破坏数值模拟与规律研究  74-98
  6.1 覆岩变形破坏的机理  74-76
    6.1.1 开采厚度与煤层采空区的影响  74
    6.1.2 煤层开采方法与顶板管理技术的影响  74-75
    6.1.3 覆岩的岩性与岩层结构的影响  75
    6.1.4 开采煤层的赋存状态与地质构造的影响  75-76
    6.1.5 开采推进速度对覆岩变形破坏的影响  76
  6.2 数值模拟区的地质条件及采矿条件  76-77
    6.2.1 南一采区第四系松散层地质及水文地质条件分析与评价  76-77
    6.2.2 南一采区10煤层覆岩岩性及结构分析与评价  77
  6.3 覆岩变形破坏数值模拟  77-91
    6.3.1 模拟软件的概述  77-82
    6.3.2 模型设计与本构关系的确立  82-86
    6.3.3 岩体物理力学参数的选取  86-87
    6.3.4 判别准则  87
    6.3.5 数值模拟结果分析  87-91
  6.4 “两带”高度数值模拟结果  91-95
  6.5 覆岩变形破坏规律  95-98
    6.5.1 覆岩变形破坏区域划分  95-96
    6.5.2 覆岩变形破坏特征  96
    6.5.3 覆岩变形破坏的控制  96-98
7 防砂(塌)煤岩柱合理留设研究  98-104
  7.1 国内外的研究理论  98
  7.2 防砂(塌)煤岩柱的留设  98-100
    7.2.1 安全防砂(塌)煤柱的留设客观条件  98-99
    7.2.2 岩柱与安全防砂(塌)煤岩柱留设关系  99-100
  7.3 南一采区防砂煤岩柱质量安全度的评价  100-101
  7.4 南一采区开采上限的确定及煤岩柱合理留设的计算设计  101-102
  7.5 南一采区试验成果设计  102-104
8 结论与建议  104-106
  8.1 结论  104-105
  8.2 主要建议  105-106
参考文献  106-110
附录 A 表1“三隔”土工试验成果统计表  110-113
附录 B 表2主采煤层顶底板岩石力学性质试验成果统计表  113-115
致谢  115-116
作者简介及读研期间主要科研成果  116

五沟煤矿开采煤层上覆岩土体综合地质特征及防水煤岩柱留设问题研究

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