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浅埋煤层开采与脆弱生态保护相互响应机理与工程实践

范钢伟  
【摘要】:基于西部煤田浅埋深且冲沟发育、地表生态极其脆弱的特点,提出了井下保护性开采与地表生态环境防治相互响应的机理,以解决浅埋煤田大规模开采与极脆弱生态系统保护之间的矛盾。综合采用物理模拟、数值模拟、理论分析及现场实测的方法,对覆岩移动特征及裂隙发育规律、浅埋煤层保水开采机理及其技术适应性分类、地表生态采动适应性规律和生态功能圈构建理论进行了分析,并成功应用于工程实践。主要研究成果如下: (1)提出了浅埋煤层开采与脆弱生态保护相互响应机理,并成功应用于工程实践。 将城市生态功能圈理念引入荒漠化矿区生态治理中,基于地表生态采动适应性规律和井下保水开采机理,以被人工调控与导向演替、林分结构优化等为技术支持,形成了以植物措施为主的外围防护圈构建技术、以采前预防、采中保水及采后修复为手段的周边常绿圈保障技术和中心美化圈园林化建设技术,实现井下开采与井上防治相互响应。 (2)初步形成了西部矿区常规浅埋煤层开采覆岩移动型式判别体系。 基于常规浅埋煤层条件下覆岩与关键层同步下沉且裂隙发育受控于关键层移动的典型特点,建立了关键层初次破断和周期破断时的结构力学模型;基于关键层的结构稳定性,构建出关键层破断型式的四种判别模型,依此形成了覆岩移动型式判别体系。 (3)揭示了常规浅埋煤层保水开采机理,形成了常规浅埋煤层保水开采适应性分类体系。 提出了隔水层采动渗漏机理,引入临界含隔比作为判别采动渗漏的关键指标;将裂隙带划分为上位裂隙带、中位裂隙带和下位裂隙带以反映采动裂隙的可闭合度;提出了基于隔水层采动保水性能演化规律的保水开采机理及技术设计体系;以隔裂位态系数为综合指标进行了常规浅埋煤层保水开采技术适应性分类。 (4)构建出冲沟下开采坡体结构力学模型,提出了冲沟下浅埋煤层保水开采机理及其技术适应性分类方法。 对向沟开采和背沟开采坡体结构稳定性进行了力学分析,推导出维持坡体结构稳定性的支护力计算公式;提出了向沟开采时的下向流失和顺层流动机理,以及背沟开采时的逆倾导水机理,并依此提出了冲沟下保水开采机理;以冲沟采动敏感性为指标进行了冲沟下保水开采技术适应性分类。 该论文有图145幅,表31个,参考文献221篇。


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