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浅埋煤层条带充填开采隔水层稳定性力学模型研究

赖锦琪  
【摘要】:我国西部浅埋大煤田的保水开采是煤炭可持续发展的一项重要课题,浅埋煤层特殊保水开采区的保水开采方法是当前采矿界的技术难题之一,也是实现浅埋煤层保水开采的关键。采用条带充填开采方法,保障采空区的顶板隔水性,是实现浅埋煤层特殊保水开采的有效途径,研究并建立浅埋煤层条带充填开采隔水层稳定性的力学模型,对于促进陕北生态脆弱矿区保水开采的实施,具有十分重要的理论和实践意义。 本文依据特殊保水开采区的顶板组合分类,选取最不利的顶板组合情况,通过物理相似模拟实验,得出浅埋煤层条带充填开采隔水层稳定性规律,建立隔水层稳定性力学模型,确定了浅埋煤层条带充填开采影响隔水层稳定性的主要参数。通过隔水层稳定性力学模型表明,上行裂隙和下行裂隙的发育高度直接影响隔水层的稳定性,上行裂隙的发育高度与采高的开方、充填间隔宽度成正比,与岩层最大曲率的开方成反比,以及与上覆岩性等因素有关;下行裂隙的发育深度与黏土层厚度、采高、间隔宽度成正比,与基岩强度成反比。 针对陕北榆神府矿区特殊保水开采区的条件,通过理论公式确定了不同基岩厚度与采高之比时,合理的充填带间隔宽度和充填带宽度。当采高为4m,基岩厚度为采高5倍和18倍时,合理的充填带间隔宽度为25.8m和75m,合理的充填带宽度为86.3m和12.5m;通过理论公式确定的合理充填带间隔宽度和充填带宽度与物理相似模拟结果相吻合,另外理论公式对确定其它类型的隔水岩组的情况,只需对相关参数进行修正,根据实验和理论公式的结果说明所建力学模型能够为浅埋煤层特殊保水开采区条带充填提供理论依据。


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