淺埋煤層保水開采隔水層穩(wěn)定性的模擬研究

《淺埋煤層保水開采隔水層穩(wěn)定性的模擬研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、科技競(jìng)賽論文目錄摘要11緒論51.1研究背景51.1.1采動(dòng)水土流失現(xiàn)狀51.2研究的目的和意義61.3研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)61.3.1淺埋煤層地表隔水層國內(nèi)外研究現(xiàn)狀61.3.2物理相似模擬試驗(yàn)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)61.4研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線72隔水層的應(yīng)力–應(yīng)變及其相似條件92.1隔水層的應(yīng)力–應(yīng)變及其相似條件92.2本章小結(jié)103隔水層相似配比實(shí)驗(yàn)113.1相似配比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)11(1)模擬材料的選擇11(2)配比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)123.2相似配比的應(yīng)力–應(yīng)變變化規(guī)律13(1)水和油影響劑的比較13(2)砂土比的影響14(3)最佳配比的確定143.3本章小結(jié)15

2、4巖層移動(dòng)和隔水層穩(wěn)定性模擬164.1模擬背景和模型設(shè)計(jì)164.1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)164.1.2實(shí)驗(yàn)過程164.2頂板基巖和隔水層垮落規(guī)律17(1)首分層開采17(2)二分層開采174.3頂板基巖和隔水層移動(dòng)規(guī)律19(1)首分層開采20(2)二分層開采204.4隔水層穩(wěn)定性及控制途徑21(1)基巖對(duì)隔水層穩(wěn)定性的影響21(2)下沉梯度控制指標(biāo)215結(jié)論及感想235.1結(jié)論235.2感想23參考文獻(xiàn)25致謝27附錄2830科技競(jìng)賽論文淺埋煤層保水開采隔水層穩(wěn)定性的模擬研究摘要隨著全球?qū)Νh(huán)境的關(guān)注，煤炭開采也向環(huán)保方向發(fā)展，提出了煤礦綠色開采理念，其中保

3、水開采日益受到重視[1~4]。我國陜北普遍賦存淺埋煤層，陜北榆神府礦區(qū)大部分地區(qū)松散風(fēng)積沙層下存在著由第四系中更新統(tǒng)離石黃土(Q21)和第三系上新統(tǒng)三趾馬紅土(N2)組成的粘土層，為砂層含水層的直接隔水底板，是該地區(qū)重要的隔水層。因此粘土隔水層的采動(dòng)隔水性能對(duì)實(shí)現(xiàn)淺埋煤層保水采煤具有重大意義，隔水層的采動(dòng)穩(wěn)定性模擬是開展淺埋煤層采動(dòng)水土流失規(guī)律和保水開采控制研究的關(guān)鍵，其相似模擬材料的研制與配比變化規(guī)律研究則是模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)、前提。相似模擬技術(shù)在采礦、水利和巖土工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[5]，然而礦山相似模擬技術(shù)主要局限于對(duì)巖層等脆性材料彈性段的模擬

4、[6]。陜北淺埋煤層隔水層主要由塑性明顯的土層組成，傳統(tǒng)的脆性材料模擬技術(shù)難以滿足要求。對(duì)于黏土隔水層，其塑性變形特性有利于減緩導(dǎo)水裂隙產(chǎn)生，保持為隔水穩(wěn)定性。模擬隔水層的變形性質(zhì)，特別是峰后塑性變形特性是隔水層穩(wěn)定性模擬的關(guān)鍵。因此，實(shí)現(xiàn)隔水層應(yīng)力–應(yīng)變?nèi)滔嗨频哪M技術(shù)就成為保水開采研究的基礎(chǔ)。作者[7,8]曾經(jīng)采用石蠟作膠結(jié)劑、河砂作骨料的方法模擬黏土隔水層，但研究發(fā)現(xiàn)，石蠟在低溫時(shí)脆性較強(qiáng)，溫度較高時(shí)塑性較強(qiáng)，性能不穩(wěn)定。200630科技競(jìng)賽論文年后，開始了對(duì)塑性模擬材料的開發(fā)，探索了應(yīng)力應(yīng)變?nèi)滔嗨频哪M材料和配比[9]。本文討論了相似

5、材料及配比的合理性和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性。實(shí)驗(yàn)研究得到了可以模擬隔水層的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)绦再|(zhì)，實(shí)現(xiàn)了柔性巖土層的相似模擬。本論文的研究促進(jìn)了相似模擬由線性模擬向應(yīng)力應(yīng)變?nèi)谭抡婺M的發(fā)展，為采動(dòng)地表水土流失規(guī)律和保水開采控制研究提供了有效手段。關(guān)鍵詞：淺埋煤層；粘土隔水層；相似模擬及配比；下沉梯度；保水開采30科技競(jìng)賽論文30科技競(jìng)賽論文1緒論1.1研究背景1.1.1采動(dòng)水土流失現(xiàn)狀陜北榆神府礦區(qū)屬于神東煤田，神東煤田地處我國西部的毛烏素沙漠和陜北黃土高原的接壤地帶，水資源貧乏，植被稀疏、生態(tài)環(huán)境脆弱，社會(huì)發(fā)展水平低，自然狀態(tài)下環(huán)境質(zhì)量呈下降趨勢(shì)。由于煤

6、礦開采，導(dǎo)致地表水、煤系含水層的人工疏干及采動(dòng)形成導(dǎo)水裂隙帶引起的自然疏干，造成本已十分珍貴的礦區(qū)水資源白白地消耗和浪費(fèi)。水資源的的破壞、流失將改變地表土壤的持水性和水土平衡結(jié)構(gòu)，致使表土疏松，裸土、裸巖面積擴(kuò)大，加劇礦區(qū)水土流失，導(dǎo)致土地荒漠化，最終導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境的徹底惡化。淺埋煤層下的開采對(duì)水土流失和土地荒漠化的影響更嚴(yán)重，因此在本來就脆弱的西部生態(tài)環(huán)境里，對(duì)淺埋煤層進(jìn)行開采所造成的環(huán)境效應(yīng)勢(shì)必更加明顯，影響也更為嚴(yán)重。1.2研究的目的和意義在水資源比較貧乏的本區(qū)，合理地開采和利用寶貴的水資源對(duì)保證礦區(qū)順利開發(fā)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義

7、。受技術(shù)、條件的限制，現(xiàn)場(chǎng)隔水層的破壞規(guī)律是不可視的，但是利用相似實(shí)驗(yàn)可以有效、便利地開展對(duì)采動(dòng)隔水性影響因素、控制條件的研究。相似模擬實(shí)驗(yàn)的前提是相似材料的選取，模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度及相似條件的實(shí)現(xiàn)情況，又在很大程度上依靠相似材料及配比選取的正確性，故相似材料的選擇成為了隔水層研究的基礎(chǔ)與根本。30科技競(jìng)賽論文可以預(yù)見，隔水層的采動(dòng)隔水性研究及控制進(jìn)而確定保水開采技術(shù)與理論，是建設(shè)山川秀美大西北的重要課題，具有重要意義。因此，關(guān)于淺埋煤層長(zhǎng)壁開采下頂板隔水層采動(dòng)破壞規(guī)律、采動(dòng)隔水性影響控制條件以及潛水流失機(jī)理的研究，成為目前亟待解決的重要課題[10

8、]。1.3研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)神府東勝煤田的神東、榆神府礦區(qū)是我國跨世紀(jì)建設(shè)的特大型礦區(qū)，但是該地區(qū)又受水資源貧乏、生態(tài)環(huán)境脆弱的嚴(yán)重制約