缓井斜井煤层群的开采方式有几种（论文推荐赵春虎等）

逗爷 2022-12-27 06:54:03 716

缓井斜井煤层群的开采方式有几种（论文推荐赵春虎等）一方面由于被“导水裂隙带”揭露的含水层2地下水大量漏失在导水裂隙内地下水被迅速疏干含水层2以侧向直接失水为主;另一方面由于弯曲带内含水层1与导水裂隙带内的含水层2间的水力梯度加大加剧了含水层间的流体在压力梯度的作用下向采空区的垂向流动出现含水层1沿保护层的垂向渗漏失水而且弯曲带岩层变形导致保护层的渗透能力发生变异均导致地下水流动状态发生变化。可见榆神矿区中深煤层开采易形成典型的“侧向直接与垂向渗漏”复合失水模式。榆神矿区中深部煤层埋深相对较大(>200m) 采动覆岩一般为“三带型”(垮落带、裂隙带、弯曲带)损伤变形模式当导水裂隙带发育至基岩内部或隔水关键层底部即位于弯曲带内松散水层与导水裂隙带之间余留一定厚度的保护层(如离石组黄土层与保德组红土层) 如下第一幅图所示。1. 中国煤炭科工集团西安研究院有限公司；2. 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室研究背景榆神矿区地

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作者

赵春虎^{1 2} 靳德武^{1 2} 王皓^{1 2} 王强民^{1 2} 王世东^{1 2} 刘洋^{1 2}

作者单位

1. 中国煤炭科工集团西安研究院有限公司；2. 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室

研究背景

榆神矿区地处我国西部干旱与半干旱地区位于侏罗纪延安组煤层之上的全新统风积沙层和第四系萨拉乌苏组等松散孔隙含水层是地区惟一具有供水意义和重要生态价值的含水层是矿区保水采煤的目标保护层由于煤层开采形成的采动裂隙发育至基岩含水层内部甚至近地表的松散层含水层导致地下水沿采动裂隙间接或直接渗漏失水一般形成大而稳定的顶板失水问题加剧了矿区水资源短缺现状以及生态环境的负面响应。

榆神矿区中深部煤层埋深相对较大(>200m) 采动覆岩一般为“三带型”(垮落带、裂隙带、弯曲带)损伤变形模式当导水裂隙带发育至基岩内部或隔水关键层底部即位于弯曲带内松散水层与导水裂隙带之间余留一定厚度的保护层(如离石组黄土层与保德组红土层) 如下第一幅图所示。

一方面由于被“导水裂隙带”揭露的含水层2地下水大量漏失在导水裂隙内地下水被迅速疏干含水层2以侧向直接失水为主;另一方面由于弯曲带内含水层1与导水裂隙带内的含水层2间的水力梯度加大加剧了含水层间的流体在压力梯度的作用下向采空区的垂向流动出现含水层1沿保护层的垂向渗漏失水而且弯曲带岩层变形导致保护层的渗透能力发生变异均导致地下水流动状态发生变化。可见榆神矿区中深煤层开采易形成典型的“侧向直接与垂向渗漏”复合失水模式。

摘要

煤层开采覆岩变形损伤是含水层失水主要原因针对榆神矿区中深煤层开采影响下含水层失水规律研究程度不高问题根据矿区主采煤层覆岩的地质与水文地质结构特征总结提出中深煤层开采覆岩损伤变形影响下含水层“侧向直接与垂向渗漏”复合失水模式以COMSOL多物理场耦合数值分析软件为平台提出了中深煤层开采覆岩变形损伤与含水层失水数值分析模型的构建方法:

①利用岩石力学模块通过建立煤层开采条件下覆岩采动应力、孔隙率与渗透率耦合关系模拟输出弯曲带覆岩各剖分节点的位移变形量计算采动渗透系数变化;利用Mohr-Coulomb塑性破坏准则识别出采掘扰动下导水裂隙带的发育范围。

②利用COMSOL软件平台中大变形几何体自动重新剖分计算模块重新进行网格剖分形成采动变形二次剖分网格。

③在达西渗流模块中根据含水层与导水裂隙带间的地下水运动状态的转化特征把采动导水裂隙范围数值处理成达西渗流边界重新输入采动渗透系数参数以建立含水层地下水失水分析模型。

最后以榆神矿区曹家滩煤矿为分析案例建立工作面尺度上煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水分析模型模拟得出工作面2-2煤层分层开采(5m采高)条件下导水裂隙最大高度为128m 发育至直罗与延安组基岩含水层内部含水层失水总量35.84m³/h 其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为23.17 12.67m³/h 煤层开采对近地表松散含水层影响小;一次采全高(10m采高)条件下导水裂隙最大高度为202m 发育至富水性好的风化基岩含水层内部失水总量增加至130.31m³/h 其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为92.65 37.66m³/h 煤层开采对松散含水层影响较大。

文中图片

缓井斜井煤层群的开采方式有几种（论文推荐赵春虎等）(1)

中深煤层开采含水层失水示意

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采动覆岩损伤变形与含水层失水分析模型构建思路

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覆岩变形损伤与含水层失水数值模型

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煤层开采影响下弯曲带覆岩变形特征

缓井斜井煤层群的开采方式有几种（论文推荐赵春虎等）(5)

煤层开采影响下覆岩塑性损伤范围

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煤层开采影响下覆岩变形剖分示意(X∶Y∶Z =1∶10∶3)

缓井斜井煤层群的开采方式有几种（论文推荐赵春虎等）(7)

缓井斜井煤层群的开采方式有几种（论文推荐赵春虎等）(8)

煤层开采影响下覆岩含水层地下水流场特征

文中表格

模型主要参数

缓井斜井煤层群的开采方式有几种（论文推荐赵春虎等）(9)

曹家滩相邻矿井煤层开采导水裂隙高度统计

缓井斜井煤层群的开采方式有几种（论文推荐赵春虎等）(10)

来源：

赵春虎靳德武王皓等. 榆神矿区中深煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水模型构建[J]. 煤炭学报 2019 44(7):2227-2235.

ZHAO Chunhu JIN Dewu WANG Hao et al. Construction and application of overburden damage and aquifer water loss model in medium-deep buried coal seam mining in Yushen mining area[J]. Journal of China Coal Society 2019 44(7):2227-2235.

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