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浅埋煤层隔水层稳定性的模拟实验研究

专 业: 矿业工程
关键词: 浅埋煤层 隔水粘土层 保水开采 固液两相模拟 裂隙发育
分类号: TD312  TD823.25
形 态: 共 71 页 约 46,505 个字 约 2.225 M内容
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内容摘要


本文针对榆树湾井田地质资料,采用固态物理相似模拟和固液耦合相似模拟、数值模拟和理论分析相结合的方法,以国家自然科学基金项目“浅埋煤层地表隔水层的采动隔水性研究”等课题为依托,对浅埋煤层长壁开采上覆基岩及隔水层的稳定性进行了深入研究,此研究对保护开采区地表环境具有重要的现实意义和理论意义。

通过现场取得的原状土样,采用TSZ—6A型应变控制式三轴仪,确定了离石黄土、三趾马红土应力—应变全程曲线,并通过调查得到了粘土层的物理、水理性性质;根据原状粘土的性质,通过试验分析确定了粘土隔水层的相似材料为石英砂、膨润土、硅油、凡士林。

通过进一步的力学、水理性试验得到了相似材料的配比规律。

根据课题研究特点设计了固态和固液两相相似模拟实验,然后分别采用设计的固态物理相似模拟和固液两相相似模拟,得到了裂隙发育高度与开采范围的关系图、裂隙分布规律以及裂隙随时间弥合曲线图,验证了相似材料的正确性,指出了基岩运动规律影响隔水层的稳定,分层开采条件下,下分层开采引起的导水裂隙带高度和下行裂隙长度远比上分层小,隔水层中裂隙遇水弥合性阻碍潜水流失;通过数值模拟的手段进一步验证了裂隙分布规律,得到了粘土层的应力分布规律。

基于实验结论并结合前人研究成果,分析出导水裂隙带高度、导水裂隙带与下行裂隙位置关系以及采动影响后的隔水黏土层渗透系数是保水采煤需要重视的关键因素,得到了导水裂隙带高度与采厚、覆岩性质的关系,分层开采对导水裂隙带的影响规律,指出在开采条件允许情况下,应进行分层开采,以减少导水裂隙带高度,使潜水流失可能性减少;分析了两种不同裂隙分布规律下,确定最小有效隔水层厚度的方法:

运用固液耦合理论描述了隔水黏土层中的流固耦合现象,建立了流固耦合的数学模型;最后结合前面的一些认识和关键层理论,定性的提出了一些采煤方法、采煤工艺应遵循的原则..……

全文目录


文摘
英文文摘
1绪论
1.1课题研究背景及意义
1.2国内外研究现状
1.2.1相似材料研究现状
1.2.2浅埋煤层水土流失及隔水层特性研究
1.2.3固液耦合理论与试验研究现状
1.3研究内容与方法
1.3.1研究内容
1.3.2研究方法
2矿区地质特征及采煤方法
2.1榆神府矿区地形地质概况
2.1.1矿区工程地质特征分析
2.1.2矿区水文地质特征分析
2.2榆树湾井田地质特征分析
2.2.1井田工程地质特征分析
2.2.2井田水文地质特征分析
2.2.3隔水粘土层性质分析
2.2.4隔水粘土层土样力学试验研究
2.2.5隔水粘土层采动影响后的渗透系数变化
2.3榆神府矿区采煤方法
2.4本章小结
3相似条件和相似材料确定
3.1相似模型实验介绍
3.2相似条件关系确定
3.3相似材料研究
3.3.1隔水层相似材料骨料的选取
3.3.2隔水层胶结材料的选取
3.3.3隔水粘土层相似材料配比规律研究
3.4本章小结
4浅埋煤层开采模型设计
4.1研究对象
4.1.1实验原型地质条件及采煤方法
4.1.2隔水粘土层特征
4.2研究方法的确定
4.3固态物理相似模拟实验
4.3.1实验目的
4.3.2实验设计
4.4固液两相相似模拟实验
4.4.1实验目的
4.4.2实验设计
4.5本章小结
5隔水层稳定性及潜水流失机理实验分析
5.1基岩破断规律和隔水层稳定的关系
5.2裂隙发展过程及分布规律
5.3黏土隔水层采动水理性研究
6浅埋煤层开采数值模拟
6.1 RFPA软件简述
6.2模型建立
6.3模拟过程分析
6.4实验小结
7隔水层稳定性及潜水流失机理探讨
7.1隔水层稳定性研究意义
7.2隔水层稳定性研究内容
7.3覆岩中裂隙发展规律分析
7.3.1导水裂缝带高度发展分析
7.3.2下行裂隙发展分析
7.4潜水流失机理分析
7.4.1裂隙分布规律对潜水流失的影响
7.4.2隔水黏土层中流固耦合场的拟连续介质模型
7.4.3基岩破坏对隔水层稳定性的影响
7.5本章小结
8结论
参考文献
附 录

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中图分类: > TD312 > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山压力与支护 > 矿山压力理论
其他分类: > TD823.25 > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山开采 > 煤矿开采 > 地下开采方法

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