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急倾斜坚硬顶板中厚煤层防水煤柱合理留设研究

胡光林  
【摘要】: 水体下采煤是涉及到采矿、地质、水文地质、地球物理勘探、岩石力学、矿山测量、计算数学等多个学科领域的边缘学科。水体下采煤是一项包含着覆岩破坏规律、防水煤岩柱性能、地下水动态变化规律及含水层富水特征、采掘工作面安全生产工艺与技术措施、防水煤柱留设技术、经济效益与社会效益评价等多项相关规律研究和先进探测技术的复杂工作。只有经过全面的深入研究,才能正确评价水体下采煤的安全合理性,特别是提高开采上限的安全合理性,确保水体下的安全合理开采,保证矿井与人身安全。 开采造成的煤岩破坏规律是确定安全合理开采上限的主要因素和决定因素。为了确定开采后煤岩的破坏规律,必须选择合理可靠的研究方法。为此,本文在分析了国内外关于水体下开采的现状和成果后,采用室内相似模拟实验、地质雷达探测、深基点法现场实测、数值模拟、理论分析等研究方法,对急倾斜坚硬顶板中厚煤层开采时,导水裂隙带高度及防水煤柱的受力和稳定性情况进行对比分析。 本文以四川达竹矿务局铁山南煤矿112采区水下开采为研究对象,根据相似模拟实验得出了防水煤柱的受力分布,结合地质雷达探测技术研究了煤岩的破坏规律,分析得到了煤岩的破坏裂隙带特征,确定了K21煤层防水煤岩柱的合理宽度;采用三维有限元方法,运用3D-σ程序软件对防水煤柱进行了数值模拟和分析计算,得到了防水煤柱的受力情况,并结合理论分析,验证了112采区合理留设安全防水煤柱的宽度及112采区开采上限的合理性;在此基础上进行了现场开采实践检验,分析了在开采过程中对滴水量和涌水量的观测和预测数据。研究结果表明,所确定的防水煤柱宽度满足开采要求,经济合理;同时,所采用的几种研究方法分析结果基本吻合,说明运用上述方法进行安全防水煤柱宽度的合理留设具有较强的可靠性,对类似矿山有一定的参考价值。


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