陕北浅埋煤层矿区保水开采影响因素研究.pdf

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1、StudyonInfluencingFactorsofWaterConservationMininginShallowSeamMineAreaintheNorthShaanxiProvinceDissertationSubmittedtoXi’anUniversityofScienceandtechnologyInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringBy:ShiBenqiangSchoolofEnergyEngineeringDissertationDirect

2、edby:HouZhongjieApril，2012独创性说明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得的研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解西安科技大学有保留、使用论文的规定，即：学校有保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可

3、以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩影或其他复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名:日期：论文题目：陕北浅埋煤层矿区保水开采影响因素研究专业：安全技术及工程博士生：师本强(签名)指导教师：侯忠杰(签名)摘要陕北榆神府浅埋煤层矿区是我国煤炭工业战略西移的首选基地，是我国目前探明储量最大的煤田。它地理位置优越，地质构造简单，煤质优良，开采容易，已经成为我国主要的特大型优质动力煤和出口煤基地。但是，矿区处于干旱半干旱的毛乌素沙漠与黄土高原接壤地区，水资源贫

4、乏，土地贫瘠，植被稀疏，生态环境脆弱，社会发展水平低。自然状态下环境质量呈下降趋势。煤炭工业的大规模开发更加快了该区环境质量的下降趋势，如何合理有效地开发煤炭资源，保护水资源，促进生态环境的改善，使区域经济可持续发展是该地区煤田开发过程中面临的一个重大课题。可持续发展开发本地区煤田的关键是在保护浅层地下水资源的条件下开发煤炭资源即保水开采。本文论述了保水开采的影响因素，认为影响保水开采的主要因素有矿区覆岩的工程地质特征（包括岩性、地层组合关系、基岩风化带特征）、地质构造、开采方法、煤柱的稳定性等。以前的研究者有的主要从采矿方法、有的主要从地质条件或者主要从水

5、文地质角度研究保水开采，本文尝试综合考虑影响保水开采的各种自然和技术因素，尤其是覆岩的工程地质特征、地质构造、开采方法等，具体研究各个影响因素是如何影响导水裂隙带的发育，如何通过控制保水开采的影响因素实现保水开采。综合影响保水开采的各种因素，提出陕北浅埋煤层矿区保水开采的区域划分体系。在覆岩工程地质特征对保水开采影响的研究中建立了保水开采的工程地质模型，为相似模拟试验和数值模拟提供模型依据。在地质构造对保水开采的影响研究中，指出覆岩中断层的存在提高了导水裂隙带的发育高度，采用长壁间隔式开采实现保水开采时，覆岩中存在断层时工作面的推进距离要小于无断层时的情况。

6、研究了断层活化突水的力学机理，指出断层倾角决定了断层活化的形式，并推导出断层不同活化形式时的临界采深和长壁间隔式开采工作面临界推进距离的计算公式。以燕伙盘井田为例探讨了断层断距与断层活化的关系。采用相似模拟实验和数值模拟，以大柳塔煤矿为例研究基岩中含有断层工作面不同推进方向时保水开采的工作面合理推进距离，得出基岩厚度分别为15m、30m、42m、54m和60m时采用长壁间隔式采煤保水开采工作面的推进距离，回归出工作面的推进距离与导水裂隙带高度之间的经验公式，而且得出从断层上盘向下盘资助项目：本文获教育部博士点基金项目（20050704003）资助推进比反向推

7、进时导水裂隙带的发育高度要大的结论。煤柱的稳定性是保水开采实现的一个关键问题，在建立的保水开采的工程地质模型的基础上研究了长壁间隔式开采煤柱的合理宽度，结果表明15m是煤柱的合理宽度。在开采方法对保水开采的影响研究中，分析采空区覆岩的移动规律，分别对砂基型和砂土基型矿区提出相应的保水开采方法。在砂基型矿区应用固体力学理论，建立保水开采的关键保护层判据，提出通过选择合理的开采方法（包括长壁间隔式开采、分层开采等）使覆岩中的关键保护层不破断，导水裂隙带不发展到基岩上部的隔水层达到保水开采的目的。在砂土基型矿区采用开采损害学中地表移动变形和采动岩体内部移动变形预计

8、的方法，考虑覆岩中隔水土层的膨胀性计算浅埋煤层砂土基