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浅埋煤层粘土隔水层的采动隔水性研究

作　者: 蔚保宁
导　师: 黄庆享
学　校: 西安科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 采动隔水性 保水开采 浅埋煤层 粘土隔水层 导水裂隙
分类号: TU41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 184次
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内容摘要


本文在对榆神府矿区地质资料分析研究的基础上,通过物理相似模拟实验、数值模拟实验和理论分析相结合的方法,以导师承担的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岩层粘土隔水层的采动隔水性等问题进行了深入研究,为保水开采提供了科学依据,研究结果对丰富浅埋煤层保水开采具有一定的理论意义,可为同类研究提供借鉴。针对粘土隔水层的力学性质、水理性质,运用土力学的一般方法对其原状土样和重塑土样进行了实验分析,实验得出了离石黄土和三趾马红土的渗透性和膨胀性随着水头压力、饱和度及时间等因素的变化规律,为进一步研究其采动隔水性奠定了基础。以榆树湾井田为研究对象,通过物理相似模拟实验,验证了相似实验材料及配比选取的正确性,实验研究得出了浅埋煤层长壁开采条件下上覆粘土隔水层裂隙的分布和发育规律,确定了开切眼、工作面上方形成的“下行裂隙”是潜水流失的最主要通道,研究发现除了采动影响“下行裂隙”的发展外,粘土隔水层本身的膨胀性和遇水软化性是减缓“下行裂隙”发展以致弥合的主要因素。应用FLAC数值模拟软件,分析了粘土隔水层在不同的采动参数影响下的应力应变场,进一步验证了在不同的采动参数影响下“下行裂隙”的发育规律。粘土隔水层的采动隔水性是能否实现保水开采的关键因素,实验研究得出,基岩破断运动是影响导水裂隙带“上行裂隙”发育的主要因素,粘土隔水层的水理性是影响隔水层上层面“下行裂隙”弥合的主要因素,“上行裂隙”和“下行裂隙”的关系决定着隔水层的隔水稳定性。基于粘土隔水层的水理性和影响裂隙发育的主要采动因素,得出了关于粘土隔水层采动隔水性的“裂隙弥合”模糊综合评价判据,为确定粘土隔水层的采动隔水性提供了理论依据。最后,从粘土隔水层的主要采动影响因素,定性的提出了一些保水开采的措施。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
    1.1.1 煤炭在国民经济中的重要性  9
    1.1.2 采动水土流失现状  9-10
  1.2 国内外研究现状及成果分析  10-14
    1.2.1 浅埋煤层国内外研究现状  11-12
    1.2.2 浅埋煤层隔水层稳定性与保水开采研究  12-14
    1.2.3 粘土的水理性研究现状  14
    1.2.4 存在问题及发展趋势  14
  1.3 研究内容及技术路线  14-16
    1.3.1 研究内容  14-15
    1.3.2 技术路线  15-16
2 榆神府矿区地质特征及采煤方法  16-26
  2.1 榆神府矿区地质地形概况  16-21
    2.1.1 矿区工程地质特征分析  16-19
    2.1.2 矿区水文地质特征分析  19-21
  2.2 榆树湾矿区工程地质分析  21-24
    2.2.1 井田工程地质特征分析  22-23
    2.2.2 井田水文地质特征分析  23-24
  2.3 榆树湾矿区采煤方法  24-25
  2.4 本章小结  25-26
3 粘土隔水层的性质  26-37
  3.1 粘土隔水层的物理力学性及水理性  26-29
  3.2 粘土的渗透性实验  29-32
    3.2.1 实验设计  29-31
    3.2.2 实验结论  31-32
  3.3 粘土的膨胀性实验  32-35
    3.3.1 实验设计  32-33
    3.3.2 实验结论  33-35
  3.4 本章小结  35-37
4 粘土隔水层采动裂隙发育规律  37-54
  4.1 研究对象  37-40
    4.1.1 实验原型地质条件  37-39
    4.1.2 粘土隔水层特征  39-40
  4.2 固态物理相似模拟实验  40-48
    4.2.1 实验目的  40
    4.2.2 实验设计  40-43
    4.2.3 实验分析  43-47
    4.2.4 实验结论  47-48
  4.3 固液耦合相似模拟实验  48-52
    4.3.1 实验目的  48
    4.3.2 实验设计  48-49
    4.3.3 实验分析  49-52
    4.3.4 实验结论  52
  4.4 粘土隔水层裂隙发育规律  52-53
  4.5 本章小结  53-54
5 粘土隔水层的采动隔水性判据  54-68
  5.1 采动裂隙与采动隔水性  54-57
  5.2 粘土隔水层裂隙弥合判据  57-59
  5.3 采动因素对裂隙的影响规律  59-60
  5.4 粘土隔水层采动隔水性模糊综合评价判据  60-66
  5.5 本章小结  66-68
6 基于粘土隔水层采动隔水性的保水开采途径  68-72
  6.1 长壁工作面快速推进  68-70
  6.2 局部降低采高  70-71
  6.3 局部充填减沉  71-72
7 结论  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-78
附录  78

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 土工试验
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