【摘要】：孟加拉國Barapukuria煤礦,覆巖屬典型的岡瓦納地層結(jié)構(gòu),地質(zhì)采礦條件與國內(nèi)的侏羅紀或石炭二疊紀地層存在一定的差異,開展岡瓦納地層厚松散承壓含水層下協(xié)調(diào)開采技術(shù)的研究,對豐富水體下安全開采體系具有重要理論意義和工程應(yīng)用價值。本文以孟巴井田實際地質(zhì)采礦為工程背景,基于協(xié)調(diào)減損開采原理,以減弱開采對巖體損害程度,綜合運用實驗室模擬實驗、現(xiàn)場探測和理論分析等多種方法,研究在岡瓦納地層條件下,分層開采覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育規(guī)律以及結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層和隔水關(guān)鍵層的穩(wěn)定性,并制定了合適礦井的協(xié)調(diào)減損開采方案,主要研究結(jié)果如下:(1)在全面分析礦井地質(zhì)采礦條件的基礎(chǔ)上,闡明了覆巖結(jié)構(gòu)的“三厚”特征,即特厚煤層、特厚頂板和特厚松散含水層,分析確定了“三厚”是導(dǎo)致礦井災(zāi)害發(fā)生的重要因素,給出了通過特厚煤層分層限高協(xié)調(diào)減損開采是解決礦井安全的有效途徑。(2)在分析礦井開采煤層覆巖隔水層、含水層、地質(zhì)構(gòu)造的空間展布特征的基礎(chǔ)上,確定了孟巴井田范圍內(nèi)存在突水潰沙型、薄基巖易突水型和地質(zhì)構(gòu)造突水型三種水害類型,并按水害類型對礦區(qū)進行了區(qū)域劃分,確定了井田南部為災(zāi)害可控開采區(qū)域,為礦井協(xié)調(diào)開采的整體布局奠定了基礎(chǔ)。(3)應(yīng)用數(shù)值模擬、物理相似材料模擬和現(xiàn)場探測等方法,研究了礦井分層開采覆巖破壞特征和導(dǎo)水裂縫帶的發(fā)育規(guī)律,分析得到了岡瓦納地層條件下開采,覆巖破壞強度大,移動變形劇烈,導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度大且增長率高。給出了岡瓦納地層分層開采覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度的預(yù)計公式,為限高開采提供了可靠依據(jù)。(4)應(yīng)用后屈曲理論分析了結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層穩(wěn)定性,并基于能量準則給出了結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層穩(wěn)定性的充分必要條件,建立了在覆巖載荷作用下結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層的極限破壞條件,為確定工作面的合理寬度提供了依據(jù)。(5)通過理論分析結(jié)合地表移動觀測成果,分析了覆巖內(nèi)部移動規(guī)律,確定了覆巖移動參數(shù),應(yīng)用概率積分解析得到基巖的影響角76°,松散層的影響角為53°,確定了覆巖內(nèi)部基巖頂界的主要影響半徑,為分層間協(xié)調(diào)開采層間錯距的布置提供了依據(jù)。(6)基于開采煤層厚硬頂板分階段破壞,達到厚硬頂板能量分次釋放和基巖水分次疏放的減損防災(zāi)目的,確定了一分層工作面的合理寬度和開采高度;基于協(xié)調(diào)減損開采原理,為避免一、二分層開采邊界拉伸應(yīng)力疊加破壞隔水層(LDT)的隔水性能,故二分層開采后,要破壞一分層區(qū)段煤柱使覆巖整體平緩穩(wěn)態(tài)下沉,并控制二分層開采覆巖導(dǎo)水裂縫帶不波及隔水層(LDT),以此確定了二分層協(xié)調(diào)開采布置方式和開采高度控制計算方法,構(gòu)建了適合孟巴礦災(zāi)害特點的協(xié)調(diào)開采減損設(shè)計方法。(7)應(yīng)用協(xié)調(diào)減損開采設(shè)計方法,給出了礦井的協(xié)調(diào)減損開采方案,確定礦井一分層開采高度3m,二分層開采高度按裂采比20計算,分層邊界錯距按基巖頂界的主要影響半徑的0.8倍計算。工程實踐表明,一分層的限高開采將開采煤層厚硬頂板分次破壞,有效地減弱了頂板巖層整體破斷能量的釋放,避免了礦井淹井事故和沖擊礦壓災(zāi)害的發(fā)生;控制了導(dǎo)水裂縫帶高度,避免隔水層(LDT)被波及,有效地保護了隔水層(LDT),一分層區(qū)段煤柱被破壞,覆巖整體實現(xiàn)了平緩穩(wěn)態(tài)下沉,分層錯距協(xié)調(diào)布置,避免了開采邊界拉伸應(yīng)力區(qū)的疊加,二分層限高協(xié)調(diào)開采,有效地保護了隔水層的穩(wěn)定性,實現(xiàn)了孟巴礦復(fù)雜水體下的安全開采。
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD745.2;TD823

【參考文獻】

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本文編號：2595589