【摘 要】
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煤矿开采会引起上覆岩层原有的应力平衡状态遭到破坏进而形成导水裂隙带,覆岩移动破坏和导水裂隙带的发育规律对煤矿突水事故的预测及防治具有重要的指导借鉴价值。由于煤层埋藏于地下,开采过程中覆岩移动破坏及导水裂隙带发育难以直接观察,利用数值模拟法可以很好地解决这一难题。位于陕蒙交界的榆神府矿区煤炭储量丰富,但是煤层埋深浅,主要含水层又位于地表浅部,贸然的高强度开采很容易造成含水层渗漏,引发突水事故,使生态
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煤矿开采会引起上覆岩层原有的应力平衡状态遭到破坏进而形成导水裂隙带,覆岩移动破坏和导水裂隙带的发育规律对煤矿突水事故的预测及防治具有重要的指导借鉴价值。由于煤层埋藏于地下,开采过程中覆岩移动破坏及导水裂隙带发育难以直接观察,利用数值模拟法可以很好地解决这一难题。位于陕蒙交界的榆神府矿区煤炭储量丰富,但是煤层埋深浅,主要含水层又位于地表浅部,贸然的高强度开采很容易造成含水层渗漏,引发突水事故,使生态环境恶化。本文将榆神府矿区作为研究区,运用离散元数值模拟软件,利用实际钻孔资料作为建模依据,分析不同开采情况下覆岩移动破坏和导水裂隙带的发育规律,通过实测资料验证模型的可靠性和准确性。然后探究地质因素和采动因素对覆岩移动破坏和导水裂隙带高度的影响,分析条带开采和条带充填开采两种保水采煤方法在抑制上覆岩层的移动破坏方面的作用。主要的研究成果和结论如下:(1)在浅埋地层,随着开采的进行,采空区上方会形成应力拱,应力拱内为应力卸载区、边缘为应力集中区,地表形成拉张应力区;开采过程不仅会发育上行裂隙,地表由于拉张应力也会产生下行裂隙,由于研究区主要含水层位于地表,在浅埋地层采用大采厚开采会导致上行和下行裂隙带的贯通造成地下水渗漏,模拟结果与矿区实测资料基本一致,验证了模型建立的准确性和可靠性。(2)利用控制变量法,探究了采厚、采深、隔水黏土层厚度、关键层等因素对覆岩移动破坏和导水裂隙带发育的影响,发现:采厚影响着覆岩垂向运移空间,采厚越小,覆岩垂向位移无法达到挠度值,因此不发生破断。采深影响着岩层的荷载,采深越大,靠近煤层岩层承受的荷载越大,越容易引起破断失稳。隔水粘土层由于其特殊的物理力学性质,能有效的抑制上行和下行裂隙带的贯通。关键层破断距和挠度大、抗拉强度高、抵抗破坏能力强,能够延缓岩层移动破坏的速度。同时发现各模型导水裂隙带高度与采厚之比基本在25左右,与研究区实测资料接近,证明结论的准确可靠性。(3)条带开采和条带充填开采通过增加支撑体,减小岩层破断距,既可以抑制覆岩的移动破坏和导水裂隙带发育,又能够有效的提高煤层采出率。
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