本文選題：含水層 + 綜放開采　； 參考：《中國礦業(yè)大學》2017年博士論文

【摘要】：敏東一礦首采盤區(qū)覆巖性質及含水層形態(tài)特殊,覆巖偏軟,且含水層多、含水性強,針對性開展軟弱覆巖強含水層下綜放開采覆巖運移規(guī)律及水砂防控技術研究對于保障礦井安全生產、降低開采活動對地表生態(tài)環(huán)境的破壞極為重要。本文在對首采盤區(qū)覆巖含水層富水性評價、覆巖運移規(guī)律及含水層對工作面充水潰砂影響等內容研究的基礎上,建立了適用于敏東一礦及類似條件下礦井工作面的水砂防控技術體系。論文主要研究工作及成果如下:(1)根據地質勘探數(shù)據,評價分析了礦井首采盤區(qū)開采充水水源及含水層富水性,綜合利用地面電法和礦井直流電法對受開采影響的主要含水地層的富水情況進行探測,揭示了敏東一礦強含水層的賦存特征。物探所得結果與實際情況較吻合。(2)運用鉆孔注水法實測得到了敏東一礦首采盤區(qū)覆巖“兩帶”高度,結果表明:垮落帶高度為36.65 m,垮采比為4.76;導水裂縫帶高度為83.78 m,裂采比為10.88。利用實驗室力學性質測試和現(xiàn)場實測數(shù)據對離散元程序UDEC模擬參數(shù)進行校核,反演不同采高時覆巖運移特征及兩帶高度,所得垮采比最大和最小值分別為4.25和3.5,平均3.9;裂采比最大和最小值分別為11和8.1,平均9.3,與現(xiàn)場實測結果較為接近。綜合鉆孔實測和數(shù)值計算分析了敏東一礦軟弱覆巖強含水層下綜放開采覆巖破壞規(guī)律。(3)通過實驗室相似模擬,得到了工作面覆巖導水裂隙發(fā)育規(guī)律,相似模擬所得直接頂初次垮落步距大于現(xiàn)場實測結果,而老頂周期來壓步距與現(xiàn)場實測結果相近。由于相似模型中垮落帶覆巖呈層狀充填采空區(qū),其所得垮落帶和裂隙帶高度均比現(xiàn)場實測結果偏大,通過鋪設散體砂石、預制節(jié)理及增加直接頂強度等方法預處理模型垮落帶內巖層,可有效提高相似模擬結果的可靠性。(4)針對敏東一礦地層巖性及強度特征,開展了0-0.5 mm和0.5-1 mm兩種砂徑骨料的相似模擬試驗,得到了覆巖導水裂隙演化對模型骨料粒徑變化的敏感程度,揭示了軟弱覆巖綜放開采裂隙及應力演化規(guī)律。結果表明,相似材料骨料砂徑越小,其強度越大,隨砂徑增大,相似材料試件破壞由剪切主導型逐漸轉變?yōu)閺埨鲗?砂徑越大,相似模擬中覆巖斷裂步距越小,覆巖裂隙發(fā)育越充分,過小的砂徑反而不利于覆巖導水裂隙演化。(5)構建了敏東一礦軟弱覆巖強含水層及類似條件下綜放開采防治水體系。首先防止含水層潰水、潰砂,其次避免工作面涌水量超限,最后補充頂板水疏降技術;提出了“頂水開采與疏干或疏降開采相結合、先疏后采與邊采邊疏相結合、鉆孔疏干或疏降與回采疏干或疏降相結合、分段控制開采厚度”的防治水總方案,有效保證了礦井的安全綜放開采。
[Abstract]:In Mindong No. 1 Mine, the overlying rock and aquifer form are special, the overburden is soft, the aquifer is abundant, and the water content is strong. It is very important to carry out the study of overburden migration law and water and sand prevention and control technology of fully mechanized caving mining under the strong aquifer of weak overburden rock in order to ensure the safety of mine production and reduce the damage to the surface ecological environment caused by mining activities. Based on the study of the water-rich evaluation of overburden aquifer in the first mining area, the law of overburden rock migration and the influence of the aquifer on the water filling and sand collapsing in the working face, etc. The technical system of water and sand prevention and control is established for Mindong No.1 Mine and similar mining face. The main research work and results are as follows: (1) based on the geological exploration data, this paper evaluates and analyzes the water-filled water source and the water-rich aquifer in the first mining area of the mine. The surface electric method and the mine direct current method are used to detect the water-rich condition of the main water-bearing strata affected by the mining, and the occurrence characteristics of the strong aquifer in Mindong No. 1 Mine are revealed. The geophysical exploration results are in good agreement with the actual situation. (2) the height of overlying rock in the first mining area of Mindong No. 1 Mine has been obtained by using borehole water injection method. The results show that the height of caving zone is 36.65 m, the ratio of collapse to production is 4.76, the height of water-conducting fracture zone is 83.78 m, and the ratio of fracture to production is 10.88. The parameters of discrete element program (UDEC) simulation are checked by laboratory mechanical property test and field measurement data, and the characteristics of overlying rock migration and the height of two zones are inversed when mining height is different. The maximum and minimum ratio of collapse and production are 4.25 and 3.5, respectively, with an average of 3.9, and the maximum and minimum of fracture-production ratio are 11 and 8.1, respectively, with an average of 9.3, which is close to the field measured results. The failure law of overburden rock in fully mechanized caving mining under strong aquifer of weak overburden in Mindong No. 1 Mine is analyzed by comprehensive borehole measurement and numerical calculation. The initial collapse step distance obtained by similar simulation is larger than that of field measurement, but the pressure step distance of main roof cycle is close to that of field measurement. Because the overburden of the caving zone in the similar model is layered filled with goaf, the height of the caving zone and the fissure zone is higher than that of the field measurement. The preprocessing methods such as precast joints and increasing direct top strength can effectively improve the reliability of the similar simulation results in the rock strata in the caving zone.) aiming at the lithology and strength characteristics of Mindong No. 1 mine, the prefabricated joints and other methods can effectively improve the reliability of the similar simulation results. The similarity simulation tests of 0-0.5 mm and 0.5-1 mm sand diameter aggregates are carried out. The sensitivity of the evolution of overburden water-conducting fractures to the change of model aggregate particle size is obtained, and the fracture and stress evolution law of fully mechanized caving mining in weak overburden is revealed. The results show that the smaller the aggregate diameter of similar material is, the greater its strength is, and with the increase of sand diameter, the failure of similar material specimen gradually changes from shear leading type to tension-oriented type, and the larger the sand diameter, the smaller the fracture step distance of overburden rock in similar simulation. The more fully developed overburden fissures, the smaller the sand diameter is, which is not conducive to the evolution of overburden water conductivity fissures.) the strong aquifer of weak overburden rocks in Mindong No. 1 Mine and the water prevention system of fully mechanized caving mining under similar conditions are constructed. First of all, to prevent aquifer from collapsing water and sand, secondly to avoid overflowing water from working face, and finally to supplement roof water thinning and falling technology, and to put forward the "combination of top water mining and draining or thinning mining, first and then mining and edge mining," By combining dryness or thinning of boreholes with dryness or thinning of mining, and controlling mining thickness by stages, the total scheme of water prevention and control can effectively ensure the safety of fully mechanized caving mining in coal mines.
【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】：2017
【分類號】：TD745;TD325

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