我國西部大型煤炭基地儲量豐富,隨著淺部資源大規(guī)模高效開采,部分礦井已進入深部開采階段,淺部及中深部轉向深部開采將成為必然趨勢。深部煤炭開采致覆巖結構發(fā)生破壞,基巖水沿導水裂隙進入作業(yè)面并排出,致使深部水資源流失,破壞地下水系循環(huán)系統(tǒng),進而間接影響地下水生態(tài)環(huán)境,第四系潛水層又是西部礦區(qū)地表生態(tài)賴以生存的關鍵含水層,現今尚無較好的治理措施和治理手段。然而,“煤-水仿生共采理念”為實現深部地下水資源保護和地表生態(tài)減損提供了可能。本文通過構建“柔性隔離層”,仿照地表生態(tài)采前狀態(tài)關系和生態(tài)可持續(xù)要求,改造開采破壞傳遞帶,控制開采裂隙影響范圍,維護或重構滿足地下水自然循環(huán)和地表生態(tài)的水環(huán)境條件,使采后地下水和地表生態(tài)能保持甚至優(yōu)于“原態(tài)”;同時利用開采裂隙“解放”深層基巖裂隙水資源,探尋深部煤層仿生開采誘發(fā)覆巖采動裂隙和導水裂隙“萌生-擴展-貫通”規(guī)律,分析含水層下部基巖注漿構筑柔性隔離層演化過程以及覆巖層應力場、裂隙場與滲流場耦合規(guī)律,研究深部不同條件下仿生開采多相多場耦合作用機制,實現安全開采和地下水綜合開發(fā)利用,進而達到保護地表生態(tài)的目的。主要結論如下:（1）以相似理論和塊體理論為基礎,首... 

【文章來源】：西安科技大學陜西省

【文章頁數】：110 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

中國煤炭基地主要分布圖

西安科技大學碩士學位論文2麥垛山煤礦屬于西部礦區(qū)寧東煤炭基地已經進入深部開采的主要大型礦井，地處華北地臺、鄂爾多斯盆地西緣褶皺沖斷帶的南北向逆沖構造帶，直羅組下段粗粒砂巖含水層水位標高為1304.11m，設計采深為491.2m。根據對神東、陜北和寧東等大型煤炭基地的地質、水文地質以及開采方法等的初步統(tǒng)計分析，西部礦區(qū)深部煤炭資源開采覆巖結構及地應力與淺部開采具有明顯的不同。此外，隨著埋深增加，深部開采礦井直接充水含水層、間接充水含水層的流嘗補徑排條件、水質演化等均發(fā)生變化，給地表生態(tài)產生了一定的影響[11]。西部礦區(qū)普遍存在水資源短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱、土地沙漠化和沙塵天氣的現象，地下水資源的保護和利用是西部礦區(qū)地表生態(tài)賴以維持的關鍵[12-21]。由于淺部煤炭資源開采、安全等方面的技術研究先于地表生態(tài)保護方面，造成了大量的水資源損失和生態(tài)損傷，引發(fā)了多種重大的環(huán)境問題（如圖1.2所示），對當地居民的生活帶來巨大的威脅，嚴重影響了經濟社會的健康發(fā)展[22-32]。圖1.2西部礦區(qū)煤炭開采后引發(fā)的環(huán)境問題面對快速掘進和大采高帶來的地表塌陷、水土流失、生態(tài)破壞等問題，西部礦區(qū)深部煤炭資源的開采，需要在保障安全高效生產的基礎上，保護水資源和地表生態(tài)[33-43]。針對未來我國礦產資源開發(fā)逐步進入深部開采的狀況，結合西部礦區(qū)自身獨特的開采條件，如何處理深部煤-水協調開采與生態(tài)保護的關系，以期達到安全高效開采、水資源保護與地表生態(tài)保護的目的是當前亟待解決的問題。1.2研究意義西部礦區(qū)深部仿生開采面臨的的主要問題還是水資源的問題，在處于干旱與半干旱

釋放而產生一定的變形，巷道左右側壁破壞也影響巷道頂底板的結構穩(wěn)定性。昌修林等[67]針對煤礦開采引起斷層活化引起的復雜突水問題，以五溝煤礦某斷層為背景，借助二維相似材料實驗平臺，通過設計的水袋加載法代替含水層來考慮承壓水的作用，深入研究了采煤過程中斷層的活化規(guī)律。發(fā)現無論是斷層上盤還是下盤，斷層上盤界面的位移大于下盤界面的位移，斷層界面的垂直位移大于水平位移，提出水袋加載法可以作為一種有效的相似模擬實驗方法。通過分析，相似模擬試驗方法都較為傳統(tǒng)，仍然存在易坍塌、變形等不確定性的風險（如圖1.3所示），另外，通過創(chuàng)新實驗材料和運用模塊化搭建二維物理模擬試驗平臺，對模擬水-巖耦合仿生和隔離層注漿工藝的實驗尚無相關的文獻。（a）材料脫落（b）變形破壞圖1.3傳統(tǒng)模擬實驗的弊端

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]煤炭企業(yè)綠色開采驅動機制研究[J]. 姚海燕.  煤炭工程. 2020(04)
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[5]關于煤炭工業(yè)綠色發(fā)展戰(zhàn)略的若干思考——基于生態(tài)修復視角[J]. 胡振琪,肖武.  煤炭科學技術. 2020(04)
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[7]黃河流域煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復關鍵技術與戰(zhàn)略思考[J]. 彭蘇萍,畢銀麗.  煤炭學報. 2020(04)
[8]煤炭開采對煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境損害分析與防治對策[J]. 許維良,王冠民,王磊.  科技經濟導刊. 2020(10)
[9]深部采場覆巖應力路徑效應與失穩(wěn)過程分析[J]. 龐義輝,王國法,李冰冰.  巖石力學與工程學報. 2020(04)
[10]礦山開采中環(huán)境保護存在的問題及治理對策[J]. 王團圓.  資源節(jié)約與環(huán)保. 2020(02)

博士論文
[1]陜北榆神礦區(qū)生態(tài)地質環(huán)境特征及煤炭開采影響機理研究[D]. 楊志.中國礦業(yè)大學 2019
[2]奧陶系推覆體下覆巖采動應力和水壓力響應研究[D]. 褚程程.中國礦業(yè)大學 2016

碩士論文
[1]不同采深條件下采動引起覆巖移動及松散含水層破壞的相似模擬試驗研究[D]. 耿逸鵬.太原理工大學 2017



本文編號：3497200