【摘要】：我國西部礦區(qū)多數(shù)地處沙漠和沙漠邊緣,屬于干旱半干旱氣候,所處環(huán)境具有水資源匱乏,地表植被稀疏,水土流失嚴重以及生態(tài)環(huán)境脆弱等特征,水資源具有“滴水滴油”舉足輕重的作用,也是維持當?shù)毓まr(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境平衡的關鍵因素。而在煤炭開采過程中,造成上覆巖層的劇烈運動和大范圍的破壞是不可避免的,并形成導水通道,進一步誘發(fā)土地沙漠化加劇,河川徑流量減少,地下水資源枯竭,地表植被逐漸稀疏等一系列的環(huán)境問題,這對中國西部脆弱生態(tài)礦區(qū)環(huán)境的影響尤為嚴重。短壁塊段式采煤技術作為一種我國自主研發(fā)的綠色開采技術,可以有效地兼顧煤炭安全開采和水資源保護。本文在簡要闡述短壁塊段式采煤技術原理和特征的基礎上,綜合采用實驗室測試、物理相似模擬、數(shù)值模擬計算分析、理論力學分析以及現(xiàn)場工程實踐等多種手段相結合的研究方法,揭示了短壁塊段式采煤覆巖導水裂隙的擴展機理以及發(fā)育規(guī)律,并基于此創(chuàng)新性地構建了短壁塊段式保水采煤體系,旨在控制導水裂隙的發(fā)育,為實現(xiàn)生態(tài)脆弱礦區(qū)水資源保護開采提供一種有效可行的環(huán)境友好型開采方法。主要取得了以下創(chuàng)新性成果:(1)基于短壁塊段式采煤工作面布置特點和覆巖破壞空間結構特征,建立了短壁塊段式采場覆巖導水裂隙擴展的彈性地基疊合梁力學模型,推導出了短壁塊段式采場任一巖層的撓度方程和彎矩方程,給出判定巖層產(chǎn)生導水裂隙的思路和方法,揭示了短壁塊段式采煤覆巖導水裂隙的發(fā)育及控制機理。(2)在分析不同主控因素與短壁塊段式采煤覆巖導水裂隙高度之間函數(shù)關系的基礎上,揭示了短壁塊段式采煤覆巖移動時空演化特征及導水裂隙發(fā)育規(guī)律,建立了短壁塊段式采場覆巖導水裂隙帶高度的預測體系,為導水裂隙發(fā)育的準確預測提供了理論基礎。(3)針對不同的采礦地質(zhì)條件,提出將隔水層分為低位破壞區(qū)隔水層,高位安全區(qū)隔水層以及中位減弱區(qū)隔水層3種類型,并結合短壁塊段式采場覆巖導水裂隙發(fā)育規(guī)律以及預測方法,構建了短壁塊段式保水采煤體系及評價機制,實現(xiàn)了保護水資源和提高資源采出率的雙重目標。(4)基于理論研究成果,提出了短壁塊段式保水采煤的工程設計方法與流程,優(yōu)化設計了工作面的關鍵參數(shù)及生產(chǎn)系統(tǒng),建立了短壁塊段采場導水裂隙發(fā)育及圍巖穩(wěn)定監(jiān)測反饋體系,為成功解決水資源流失難題、實現(xiàn)保水采煤提供了科學依據(jù)。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD823.4

【參考文獻】

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本文編號：2784780