淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識別模式

1、淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識別模式    煤炭資源的大量開發(fā),它給人類社會帶來了巨大的經(jīng)濟效益,推動了工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展,但隨之也產(chǎn)生了對人類生存環(huán)境損害的一系列問題開采損害。近年來,因礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用產(chǎn)生的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重,其已引起各國政府和有關(guān)國際組織的極大關(guān)注,開采損害已成為礦區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的重大問題之一。開采引起覆巖破壞、地表沉陷損害、地表荒漠化和礦區(qū)居民吃水難是礦山資源開發(fā)給人類生存環(huán)境帶來損害的主要原因,可見,研究礦區(qū)開發(fā)和保護水資源的問題迫在眉睫,尤其在淺埋煤層條件下,這種開采損害變得更為嚴(yán)重。論文以榆神(府)礦

2、區(qū)為研究對象,依托國家自然科學(xué)基金項目“厚松散層淺埋煤層條件下保水開采基礎(chǔ)研究”進行研究,其主要內(nèi)容如下:在淺埋煤層定義的基礎(chǔ)上,結(jié)合已有的研究成果和現(xiàn)場調(diào)研情況,得出淺埋煤層條件下采用不同(基巖與開采高度之比,簡稱基采比或J C)基采比所導(dǎo)致的礦壓顯現(xiàn)特征不同的結(jié)論,進而以基采比為關(guān)鍵參數(shù),結(jié)合(基巖與載荷層厚度之比,簡稱基載比或J Z)基載比來進一步分析研究淺埋煤層條件下的礦壓顯現(xiàn)特征;從開采參數(shù)入手,分析了開采參數(shù)對關(guān)鍵層的影響,在此基礎(chǔ)上進一步研究淺埋煤層條件下關(guān)鍵層和隔水土層對導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育的影響,并給出關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和隔水土層能夠完全隔水的判據(jù);結(jié)合巖石試件破壞時能量釋放過程的試驗

3、現(xiàn)象和淺埋煤層條件下的礦壓顯現(xiàn)特征,從能量釋放角度解釋了淺埋煤層條件下采用不同基采比對導(dǎo)水裂縫帶的影響及其形成的機理;地下開采引起地表移動和巖層移動屬于同一問題的兩個方面,本文在基于概率積分法預(yù)計地表移動變形的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,以預(yù)計理論為基礎(chǔ),通過分析預(yù)計理論參數(shù),建立了基于概率積分法預(yù)計導(dǎo)水裂縫帶上位巖土層移動變形的數(shù)學(xué)模型,同時結(jié)合現(xiàn)場觀測資料和實驗室相似材料模擬實驗結(jié)果進行綜合分析,得出了覆巖與地表下沉系數(shù)為分段函數(shù)的結(jié)論;通過相似材料模擬實驗和數(shù)值模擬,系統(tǒng)地分析了在同一基載比條件下采用不同基采比時,覆巖隨煤層開采,其結(jié)構(gòu)破斷、滑落失穩(wěn)和含水層的水如何潰入井下的過程與機理,并給出導(dǎo)水裂

4、縫帶上位巖土層的損害特征:即以其上位巖土層初次破斷產(chǎn)生3個斷裂裂縫為界(斷裂裂縫的損害特征為:其產(chǎn)生的豎向裂縫貫穿整個巖層,且該巖層結(jié)構(gòu)并未失穩(wěn)),其上部為彎曲下沉帶,下部為導(dǎo)水裂縫帶;根據(jù)理論分析、實驗室相似材料模擬實驗和數(shù)值模擬結(jié)果的綜合分析,給出了淺埋煤層條件下導(dǎo)水裂縫帶廣義損傷因子的定義,確定了導(dǎo)水裂縫帶廣義損傷因子的理論模型,建立了以廣義損傷因子為關(guān)鍵參數(shù)的導(dǎo)水裂縫帶最大高度的預(yù)計模型;同時,結(jié)合重復(fù)采動對導(dǎo)水裂縫帶的影響,給出了重復(fù)采動廣義損傷因子的具體表達式。本文在上述分析研究的基礎(chǔ)上研發(fā)了淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識別模式系統(tǒng)軟件,系統(tǒng)包括:開采方案選取、覆巖“三帶

5、”估算、覆巖與地表移動變形預(yù)計、數(shù)值模擬、關(guān)鍵層判定、覆巖與地表移動變形的動態(tài)演示、地理信息系統(tǒng)、地面建(構(gòu))筑物受損評價和保水開采識別系統(tǒng)等預(yù)計分析模塊。通過應(yīng)用淺埋煤層條件下基于概率積分法的保水開采識別模式系統(tǒng)對榆樹灣煤礦20102上工作面導(dǎo)水裂縫帶的最大高度進行預(yù)計,驗證了基于概率積分法的保水開采識別模式系統(tǒng)的可靠性。同主題文章【相關(guān)博士論文】1.    趙德深. 煤礦區(qū)采動覆巖離層分布規(guī)律與地表沉陷控制研究' D. 遼寧工程技術(shù)大學(xué). 2001    2.   

6、0;王建學(xué). 開采沉陷塑性損傷結(jié)構(gòu)理論與冒矸空隙注漿充填技術(shù)的研究' D. 煤炭科學(xué)研究總院. 2001    3.    姜德義. 巖鹽溶腔穩(wěn)定性及失穩(wěn)控制研究' D. 重慶大學(xué). 2001    4.    胡斌. 深切峽谷區(qū)大型地下洞室群圍巖穩(wěn)定性的動態(tài)數(shù)值仿真研究' D. 成都理工大學(xué). 2002    5.    蘇仲杰.

7、采動覆巖離層變形機理研究' D. 遼寧工程技術(shù)大學(xué). 2002    6.    盛建龍. 巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)特征及地下工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究' D. 武漢理工大學(xué). 2002    7.    逯靜洲. 三軸受壓混凝土損傷特性理論與試驗研究' D. 大連理工大學(xué). 2002    8.    賈斌. 冪硬化材料動態(tài)擴展裂紋尖端的彈粘塑性場

8、' D. 哈爾濱工程大學(xué). 2001    9.    楊景才. 厚風(fēng)積砂下淺埋工作面安全開采技術(shù)研究' D. 遼寧工程技術(shù)大學(xué). 2003    10.    翟英達. 采場上覆巖層結(jié)構(gòu)的面接觸類型及穩(wěn)定性力學(xué)機理' D. 煤炭科學(xué)研究總院. 2002    【相關(guān)碩士論文】1.    高維成. 水泥混凝土路面疲勞特性研究'

9、 D. 長安大學(xué). 2000    2.    張小輝. 鋼纖維混凝土彎曲疲勞及其損傷特性和細(xì)觀強度研究' D. 昆明理工大學(xué). 2001    3.    謝先坤. 大體積混凝土結(jié)構(gòu)三維溫度場、應(yīng)力場有限元仿真計算及裂縫成因機理分析' D. 河海大學(xué). 2001    4.    鄧愛民. 混凝土損傷行為特性研究' D. 河海大學(xué).

10、 2001    5.    楊明. 路塹類土質(zhì)邊坡錨固技術(shù)研究' D. 西南交通大學(xué). 2002    6.    彭云奇. 康家灣礦大型水體下防水礦柱安全開采的研究與設(shè)計' D. 中南大學(xué). 2002    7.    王素玲. 套損井修復(fù)中水泥環(huán)的損傷研究' D. 大慶石油學(xué)院. 2002    8.    趙建鋒. 巖體弱面的分形性與含弱面巖體破壞的力學(xué)行為研究' D. 遼寧工程技術(shù)大學(xué). 2002    9.    朱建軍. 村莊下開采計算機模擬及采煤方法可行性研究' D. 遼寧工程技術(shù)大學(xué). 2002    10.    蔡潔. 灰砂磚砌體裂縫試