厚松散层薄基岩下近距离厚煤层组开采覆岩破坏特征及应用研究

摘要

本文以高庄煤矿西三采区浅部近距离厚煤层组为工程研究背景，综合运用了现场调研、资料收集及统计分析、理论分析、室内试验、数值模拟以及现场试验等多种研究手段，对研究区域基岩和第四系底部地层的空间分布特征、沉积组合结构特征、岩性特征以及阻水隔砂特性进行了系统的研究，分析研究了煤层组在不同赋存条件下开采时的覆岩破坏特征。主要工作及结论如下：
　　1）通过现场调研、资料以及数据的整理统计分析和现场试验发现：研究区域附近第四系下组是由粘土质层和砂质层交互沉积而成，第四系下组上段底部具有厚度大且稳定的粘土层，第四系下组下段含水层和底含均为弱含水层；基岩厚度较薄，上部有风氧化带，均属弱含水层。
　　2）根据钻孔的现场取芯情况及室内试验测试结果表明：第四系下组粘土具有良好的隔水性，砂层内砂质粒径小、透水性较差；基岩为中硬偏软类岩石，基岩柱呈“上软下硬”结构，基岩风氧化带内的岩石，强度明显降低且粘土成分增加，能够有效抑制采动裂隙的发育。
　　3）对近距离厚煤层组覆岩破坏特征进行了分析，在此基础上，利用UDEC数值模拟软件对不同基岩厚度、煤层组间距以及煤层组厚度下煤层组开采时的覆岩破坏特征进行了模拟研究，根据模拟结果，分析了各因素对煤层组开采时覆岩坏特征的影响。
　　4）综合运用数值模拟及理论计算，得到煤层组工作面均采用综放开采工艺开采时，所需留设的防砂煤岩柱高度，并确定了合理的开采方案对其进行开采，同时进行了实例验证和应用。
　　研究成果对高庄煤矿及地质条件类似的厚松散层薄基岩下近距离厚煤层组的回采具有一定的参考意义。

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摘 要

ABSTRACT

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Contects

1 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 近距离煤层组开采研究现状

1.2.2 厚松散含水层薄基岩条件下煤炭资源开采研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

1.3.3 论文创新点

2 工程背景概况

2.1 矿井地层结构特征

2.2 矿井地质构造特征

2.3 矿井水文地质条件

2.3.1 主要含水层与隔水层

2.3.2 矿井涌水规律

2.4 研究区域概况

3 研究区域工程地质特性分析

3.1 研究区域附近第四系地层特征分析

3.1.1 第四系分组地层特征分析

3.1.2 第四系下组地层厚度分布特分析

3.1.3 四系下组地层细化分析研究

3.1.4 第四系下组地层物理力学性质分析

3.1.5 含水层富水性及水力联系分析

3.2 薄基岩的特征分析

3.2.1 基岩分布特征及岩性组合特性分析

3.2.2 基岩的力学特性分析

3.3 基岩风氧化带的特征分析

3.3.1 基岩风氧化带的赋存情况及岩石成分特性分析

3.3.2 基岩风氧化带的力学特征分析

3.3.3 风氧化带阻水隔砂性能分析

3.4 基岩及基岩风氧化带的富水情况分析

3.5 本章小结

4 近距离厚煤层组覆岩破坏特征分析

4.1 近距离厚煤层组结构分析

4.2 上煤层开采覆岩破坏特征

4.3 下层煤开采覆岩破坏特征分析

4.4 本章小结

5 厚松散层薄基岩下近距离厚煤层组开采覆岩破坏特征数值模拟分析

5.1 数值计算模拟方法选取

5.2 数值模拟软件介绍

5.3 数值模型的建立

5.3.1 工程概述

5.3.2 计算模型的建立

5.4 模拟方案的确定

5.4.1 基岩厚度变化设计模拟方案

5.4.2 煤层组间距变化设计模拟方案

5.4.3 煤层组厚度变化模拟方案

5.5 煤层组基岩厚度变化对覆岩破坏特征影响的模拟分析

5.5.1 工作面开挖

5.5.2 煤层组基岩厚度变化覆岩破坏特征模拟结果分析

5.6 煤层组间距变化对覆岩破坏特征影响的模拟分析

5.7 煤层组厚度变化对覆岩破坏特征影响的模拟分析

5.7.1 煤层组上层煤厚度变化对覆岩破坏特征影响的模拟分析

5.7.2 煤层组下层煤厚度变化对覆岩破坏特征影响的模拟分析

5.8 煤层组开采覆岩导水裂隙带发育高度模拟分析

5.8.1 基岩厚度变化对导水裂隙带的影响

5.8.2 煤层组间距变化对导水裂隙带的影响

5.8.3 煤层组厚度变化对导水裂隙带的影响

5.9 本章小结

6 工程实例验证及应用

6.1 防砂煤岩柱留设可行性分析

6.1.1 防砂煤岩柱的定义

6.1.2 防砂煤岩柱留设的基本条件

6.1.3 留设防砂煤岩柱可行性分析

6.2 防砂煤岩柱实践应用

6.2.1 防砂煤岩柱尺寸确定

6.2.2 开采方案的制定及工作面实践开采

6.3 实例验证及应用

6.3.1 崔庄煤矿33上01及33下01煤层组工作面实测验证

6.3.2 高庄煤矿3下502工作面实例应用

6.4 本章小结

7 主要结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士期间的主要研究成果

致 谢