浅埋厚煤层开采地表采动裂缝时空演化机理及控制研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:cjl11082009
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西部矿区浅埋深、薄基岩和厚煤层的赋存条件以及地表生态脆弱的特点,煤层开采过程中上覆岩层失稳运动影响范围大,在开采过程中地表移动和破坏情况比较剧烈,致使采动过程中产生大量的地表采动裂缝。采煤沉陷区采动地裂缝易造成土壤侵蚀和水土流失,严重影响矿区土地复垦和生态修复的问题。本文采用现场调研、理论分析、数值计算相结合,对浅埋厚煤层采场地表采动裂缝演化机理、动态发育过程及其主要影响因素等进行了研究,提出了基于损害性地裂缝控制的浅埋厚煤层安全绿色开采保障技术,为浅埋深薄基岩矿区厚煤层的安全绿色开采提供了理论依据。基于岩层移动的关键层理论,对神东矿区典型矿井煤岩地质赋存条件进行了统计分析,确定了研究区域内煤层厚度、关键层厚度、关键层深厚比以及煤厚与关键层距煤层的距离之比的取值范围,并以此对浅埋厚煤层覆岩赋存特征进行了归类。利用正交实验方法,基于实际工程地质条件建立3DEC数值模型,模拟分析了浅埋厚煤层开采过程中覆岩及地表的失稳变形情况,得出了采场上覆岩层的失稳运动及破断规律。通过对覆岩下沉量,水平位移量数据进行极差分析,得出了不同影响因素对于不同层位覆岩变形情况的影响程度大小。通过不同推进距离下的位移量数据,得出模型地表裂缝的张开、错动情况。对张开错动数据分析,得出各影响因素对于地裂缝的作用情况。根据模型位移云图,得出了浅埋条件下采动地裂缝的演化规律。通过计算浅埋厚煤层采场地表采动裂缝角,划定出地表裂缝的分布范围。通过分析地表视角位移云图,得出了地表裂缝区随着推进过程的移动变化规律。通过地表采动裂缝形态及分布特征,得出了损害性地裂缝的产生条件和演化规律。从损害性地裂缝预防角度,引入了充填开采、部分开采、间歇开采、离层注浆等控制开采技术。控制开采技术能够保证厚煤层开采中顶板滑落失稳压架等安全事故的发生,同时能够有效降低地表的下沉量,为安全生产提供了技术保障。从损害型地裂缝的治理角度,引入了新材料地裂缝充填治理技术的概念,为浅埋深薄基岩矿区厚煤层的绿色开采提供了一定的理论依据。
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