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矿井老空水形成机制与防水煤柱留设研究

作　者: 罗立平
导　师: 彭苏萍
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 地质工程
关键词: 矿井老空水形成机制防水煤柱
分类号: TD745
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 522次
引　用: 3次
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内容摘要

本文运用地质、水文地质、采矿矿压和数值模拟等学科的理论和方法,以淮南潘一矿、谢桥矿、张集矿、孔集矿、新庄孜矿为实施矿井,系统研究了矿井老空水的基本特征。根据对老空水水害事故的调研,提出了采煤(掘进)工作面老空水水害的分类原则和分类方法。通过充水水源、充水通道、聚水空间的分析,系统研究了老空水的形成机制。运用数值模拟方法研究了采动影响下老空水防水煤柱的留设。研究了老空水的预测预报方法与防治技术。结果表明,淮南煤田老空水具有不均衡分布的特点,多数老空水以静态储存水量为主；老空水位于工作面煤层底板标高相对低处,主要位于冒落带内。根据淮南煤田老空水实际数据,采用非线性理论建立了采空区积水系数的预测模型,结合应用验证了模型的科学性和合理性。老空水的形成是一个复杂的渗流-应力-围岩三者藕合作用下的动态过程,老空水的形成机制具有多样性。煤柱的宽度对地层沉降影响显著,充水情况下采空区的孔隙水压力是随着煤柱宽度增加而逐渐减小的,孔隙水压力的显著改变对煤柱节点位移的影响却比较小,防水煤柱的合理留设宽度在本次模拟的三种工况下表现出较为一致的规律。在本次对淮南潘集一矿的模拟中,将煤柱宽度留设为8m左右较为合理。

全文目录

摘要  5
Abstract  5-6
详细摘要  6-14
1 绪论  14-24
  1.1 选题目的及意义  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-21
    1.2.1 模拟研究  15
    1.2.2 现场观测与老空水水害实例统计  15-16
    1.2.3 防水煤柱留设  16-18
    1.2.4 老空水的预测预报  18-21
  1.3 研究内容与技术路线  21-22
    1.3.1 主要研究内容  21
    1.3.2 技术路线  21-22
  1.4 主要工作量及创新点  22-24
    1.4.1 主要工作量  22
    1.4.2 主要创新点  22-24
2 研究区的地质与水文地质背景  24-34
  2.1 研究区概况  24-25
    2.1.1 位置范围与交通  24
    2.1.2 地形地貌与水文气象  24-25
    2.1.3 矿区开发简况  25
  2.2 区域地质  25-27
    2.2.1 区域地层  25-26
    2.2.2 区域构造  26-27
  2.3 区域水文地质  27-33
    2.3.1 淮南煤田立体充水水文地质特征  28-30
    2.3.2 淮南煤田地下水流动特征  30-31
    2.3.3 淮南煤田矿井充水因素分析  31-32
    2.3.4 淮南煤田矿井主要充水水源  32
    2.3.5 淮南煤田矿井充水方向与充水方式  32
    2.3.6 淮南煤田矿井水文地质类型  32-33
  2.4 本章小结  33-34
3 淮南煤田老空水特征  34-60
  3.1 淮南煤田新区老空水特征  34-44
    3.1.1 淮南煤田新区水文地质概况  34-35
    3.1.2 淮南煤田新区充水因素分析  35-36
    3.1.3 淮南煤田新区老空水概况  36-37
    3.1.4 淮南煤田新区老空水特征  37-44
  3.2 淮南煤田老区老空水特征  44-51
    3.2.1 淮南煤田老区水文地质概况  44
    3.2.2 淮南煤田老区充水因素分析  44-45
    3.2.3 淮南煤田老区老空水概况  45-47
    3.2.4 淮南煤田老区老空水特征  47-51
  3.3 淮南煤田老空水的主要特征  51-53
  3.4 老空水水害的统计与分类  53-59
    3.4.1 老空水水害的统计规律  53-57
    3.4.2 老空水水害的分类  57-58
    3.4.3 淮南煤田老空水的分类  58-59
  3.5 本章小结  59-60
4 老空水的形成机制  60-80
  4.1 概述  60-61
  4.2 充水水源分析  61-63
    4.2.1 大气降水  61
    4.2.2 地表水  61
    4.2.3 松散层含水层水  61-62
    4.2.4 煤系顶板砂岩裂隙水与灰岩水  62-63
    4.2.5 灌浆水与工业用水  63
  4.3 充水通道分析  63-66
    4.3.1 顶板垮落形成的冒落带、断裂带  63-64
    4.3.2 底板破坏形成的导水裂隙带  64-65
    4.3.3 陷落柱、地面塌陷坑  65-66
  4.4  66-75
    4.4.2 采空区积水与上覆岩层结构类型的关系  66-67
    4.4.3 影响采空区积水的主要因素  67-68
    4.4.4 采空区动态积水过程的描述与分析  68-71
    4.4.5 英国煤矿防水煤柱渗流特征分析与国内煤矿防水煤柱试验研究对比  71-75
  4.5 老空水的形成机制  75-78
    4.5.1 充水水源分析  75
    4.5.2 充水通道分析  75
    4.5.3 聚水空间分析  75-77
    4.5.4 老空水形成机制的多样性  77-78
  4.6 本章小结  78-80
5 采动影响下老空水防水煤柱留设研究  80-122
  5.1 引言  80-81
  5.2 计算方法  81-87
    5.2.1 计算软件简介  81
    5.2.2 水-岩石耦合作用分析的FLAC3d数值理论  81-87
  5.3 巨厚松散层下近水平煤层开采老空水防水煤柱留设研究  87-121
    5.3.1 工程概况  88-89
    5.3.2 三维计算模型  89-91
    5.3.3 岩体力学参数  91-92
    5.3.4 计算方案  92-93
    5.3.5 模拟计算过程  93
    5.3.6 计算结果分析  93-121
  5.4 本章小结  121-122
6 老空水的预测预报方法与防治技术  122-140
  6.1 引言  122
  6.2 老空水的预测预报方法  122-126
    6.2.1 资料分析法  122
    6.2.2 现场调查  122-123
    6.2.3 钻探法  123
    6.2.4 物探法  123-124
    6.2.5 分析计算法  124-126
  6.3 存在的问题  126
    6.3.1 老空水的时间与空间分布规律难以查清  126
    6.3.2 老空水的动态水量尚无法计算  126
    6.3.3 老空水静态水量计算中积水系数K值的取值缺乏科学性  126
  6.4 解决的办法  126-127
    6.4.1 采用综合物探方法查清老空水的时空分布规律  127
    6.4.2 采用微积分方法计算老空水的动态积水量  127
    6.4.3 采空区积水系数值的确定  127
  6.5 采空区积水系数的预测模型  127-134
    6.5.1 国内外研究现状  127-128
    6.5.2 主要影响因素的确定  128-129
    6.5.3 煤层顶板岩层碎胀性R值的定量表述  129-131
    6.5.4 采空区积水系数的预测模型  131-133
    6.5.5 验证  133-134
    6.5.6 结论  134
  6.6 老空水的防治技术  134-139
    6.6.1 引言  134
    6.6.2 老空水的防治技术  134-139
  6.7 本章小结  139-140
7 结论  140-142
参考文献  142-146
致谢  146-147
作者简介  147

矿井老空水形成机制与防水煤柱留设研究

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