淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識(shí)別模式研究.pdf

1、煤炭資源的大量開發(fā)，它給人類社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)了工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，但隨之也產(chǎn)生了對(duì)人類生存環(huán)境損害的一系列問題--開采損害。近年來，因礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用產(chǎn)生的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，其已引起各國(guó)政府和有關(guān)國(guó)際組織的極大關(guān)注，開采損害已成為礦區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的重大問題之一。開采引起覆巖破壞、地表沉陷損害、地表荒漠化和礦區(qū)居民吃水難是礦山資源開發(fā)給人類生存環(huán)境帶來損害的主要原因，可見，研究礦區(qū)開發(fā)和保護(hù)水資源的問題迫在眉

2、睫，尤其在淺埋煤層條件下，這種開采損害變得更為嚴(yán)重。論文以榆神（府）礦區(qū)為研究對(duì)象，依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“厚松散層淺埋煤層條件下保水開采基礎(chǔ)研究”進(jìn)行研究，其主要內(nèi)容如下： （1）在淺埋煤層定義的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的研究成果和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，得出淺埋煤層條件下采用不同（基巖與開采高度之比，簡(jiǎn)稱基采比或JC）基采比所導(dǎo)致的礦壓顯現(xiàn)特征不同的結(jié)論，進(jìn)而以基采比為關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合（基巖與載荷層厚度之比，簡(jiǎn)稱基載比或JZ）基載比來進(jìn)一步分

3、析研究淺埋煤層條件下的礦壓顯現(xiàn)特征； （2）從開采參數(shù)入手，分析了開采參數(shù)對(duì)關(guān)鍵層的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究淺埋煤層條件下關(guān)鍵層和隔水土層對(duì)導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育的影響，并給出關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和隔水土層能夠完全隔水的判據(jù)； （3）結(jié)合巖石試件破壞時(shí)能量釋放過程的試驗(yàn)現(xiàn)象和淺埋煤層條件下的礦壓顯現(xiàn)特征，從能量釋放角度解釋了淺埋煤層條件下采用不同基采比對(duì)導(dǎo)水裂縫帶的影響及其形成的機(jī)理； （4）地下開采引起地表移動(dòng)和巖層移動(dòng)屬

4、于同一問題的兩個(gè)方面，本文在基于概率積分法預(yù)計(jì)地表移動(dòng)變形的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，以預(yù)計(jì)理論為基礎(chǔ)，通過分析預(yù)計(jì)理論參數(shù)，建立了基于概率積分法預(yù)計(jì)導(dǎo)水裂縫帶上位巖土層移動(dòng)變形的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料和實(shí)驗(yàn)室相似材料模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，得出了覆巖與地表下沉系數(shù)為分段函數(shù)的結(jié)論； （5）通過相似材料模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，系統(tǒng)地分析了在同一基載比條件下采用不同基采比時(shí)，覆巖隨煤層開采，其結(jié)構(gòu)破斷、滑落失穩(wěn)和含水層的水如何潰入井下

5、的過程與機(jī)理，并給出導(dǎo)水裂縫帶上位巖土層的損害特征：即以其上位巖土層初次破斷產(chǎn)生3個(gè)斷裂裂縫為界（斷裂裂縫的損害特征為：其產(chǎn)生的豎向裂縫貫穿整個(gè)巖層，且該巖層結(jié)構(gòu)并未失穩(wěn)），其上部為彎曲下沉帶，下部為導(dǎo)水裂縫帶； （6）根據(jù)理論分析、實(shí)驗(yàn)室相似材料模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果的綜合分析，給出了淺埋煤層條件下導(dǎo)水裂縫帶廣義損傷因子的定義，確定了導(dǎo)水裂縫帶廣義損傷因子的理論模型，建立了以廣義損傷因子為關(guān)鍵參數(shù)的導(dǎo)水裂縫帶最大高度的預(yù)計(jì)模型

6、；同時(shí)，結(jié)合重復(fù)采動(dòng)對(duì)導(dǎo)水裂縫帶的影響，給出了重復(fù)采動(dòng)廣義損傷因子的具體表達(dá)式。 本文在上述分析研究的基礎(chǔ)上研發(fā)了淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識(shí)別模式系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)包括：開采方案選取、覆巖“三帶”估算、覆巖與地表移動(dòng)變形預(yù)計(jì)、數(shù)值模擬、關(guān)鍵層判定、覆巖與地表移動(dòng)變形的動(dòng)態(tài)演示、地理信息系統(tǒng)、地面建（構(gòu)）筑物受損評(píng)價(jià)和保水開采識(shí)別系統(tǒng)等預(yù)計(jì)分析模塊。通過應(yīng)用淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識(shí)別模式系統(tǒng)對(duì)榆樹灣煤礦2