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主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

西部煤炭高強度開采下地質災害防治理論與環境保護基礎研究(973)專題

來源:《煤炭學報》2017年第2期

我國東部礦區煤炭資源逐漸枯竭,開發重心已向晉陜蒙寧甘等西部地區轉移。由于西部特有的自然地理、地質結構和生態環境,在大規模、高強度煤炭開采中存在采區大范圍頂板切落和突水潰沙等重大地質災害與水土流失等環境損傷問題;因此研究形成防治重大地質災害和環境損傷的采煤理論與方法,對于實現我國西部煤炭安全高效開采與環境保護的協調發展、保證我國能源的長期穩定供給具有重要意義。本期前31篇論文是從國家973 計劃“西部煤炭高強度開采下地質災害防治理論與環境保護基礎研究”(項目編號:2013CB227900)項目研究進展中優選出的部分代表性論文,研究內容涉及西部侏羅-白堊系富煤區域地層結構和水沙動力學特征、采動巖體運動與水沙兩相滲流的穩定性、高強度開采下重大地質災害和環境損傷的形成機理及其預測與評價方法、防治重大地質災害和環境損傷的采煤理論與方法等。希望本期“西部煤炭高強度開采下地質災害防治理論與環境保護基礎研究”專題學術論文能夠為從事該領域研究的學者提供參考與幫助。

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  • 作者(Author): 許延春, 杜明澤, 李江華, 曹旭初

    摘要:針對厚松散含水層、薄基巖等特殊地質條件下楔形區工作面防砂安全煤巖柱失穩潰砂的問題,以趙固一礦11071工作面突水潰砂災害為例,結合地質鉆孔資料,建立了楔形保水壓采動潰砂地質模型。通過黏土液塑限試驗,風化帶巖石干燥飽和吸水率和崩解試驗,得出了底黏及風化帶泥類巖具有良好的隔水性能,可形成楔形保水壓結構。并在此基礎上,通過水壓作用下風化帶泥類巖采動裂隙擴展試驗研究了受采動損傷的煤巖柱保護層在水壓作用下失穩的內在致災機理。結果表明:在高水壓的作用下,風化帶泥類巖采動裂隙擴展為管道,防砂煤巖柱保護層的阻砂性能失效;考慮煤巖柱保護層的損傷厚度,提出了水壓作用下防砂安全煤巖柱的留設方法,并在11191工作面進行了工程應用,取得了預期效果。研究成果補充完善了我國防砂安全煤巖柱的留設方法,可減少煤礦潰砂事故。
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    煤炭學報
    2017年第02期
    1573
    532
  • 作者(Author): 楊勝利, 王家臣, 楊敬虎

    摘要:研制了工作面覆巖破斷預測實驗平臺,對淺埋薄基巖條件頂板動載沖擊效應進行了模擬;建立了頂板破斷的彈性地基梁理論模型,計算出了基本頂破斷時與煤壁的相對位置,得到了動載沖擊的作用范圍;建立頂板動載沖擊的力學模型,結合巖石壓縮曲線,應用功能原理得到了不同條件下的最大沖擊載荷和支架伸縮量的解析表達式,得到了不發生壓架事故的判別準則,驗證了相似模擬實驗結果。結果表明:基本頂多超前直接頂支撐邊界破斷,且沖擊易發生液壓支架上方完成;沖擊載荷大小與直接頂厚度與裂隙發育程度、支架剛度和初撐力大小等因素有關,其值遠大于工作面靜載荷形成對液壓支架的壓力,動載沖擊效應模擬實驗驗證了理論分析結果。
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    煤炭學報
    2017年第02期
    1617
    668
  • 作者(Author): 張紫昭, 隋旺華

    摘要:充分考慮礦山地質環境影響因素,結合新疆地區煤礦地質環境破壞特點,建立了適合該地區煤礦地質環境影響程度評價的指標體系和評價模型。評價指標體系由礦山開采引發或加劇地質災害規模、地質災害威脅人員數量、涌水量或工業廢水排放量、礦山設施挖損或壓占破壞土地后或地面塌陷后地面主導坡度、地面塌陷或挖損最大深度或壓占堆積物最大高度、對土地資源的影響程度等6個因素組成。以新疆地區17個煤礦的88個評價單元作為學習樣本,建立了新疆地區煤礦地質環境影響程度評價模型,采用回代估計方法對模型進行檢驗,符合率達96.6%。將該評價模型應用到新疆科爾克煤礦,對該煤礦的9個評價單元進行地質環境影響程度評價,評價結果表明,該評價指標體系和評價模型對新疆地區煤礦地質環境影響程度評價具有一定的參考價值,在實際應用過程中可作為規范評價的一個有力補充。
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    煤炭學報
    2017年第02期
    1228
    443
  • 作者(Author): 李順才, 李強, 繆協興, 陳占清

    摘要:以陜北榆橫礦區特殊地質背景為基礎,通過瞬態滲透試驗研究小紀汗煤礦煤系地層的滲透力學特性,基于采集的巖樣兩端孔隙壓差時間序列,通過差分得到滲流速度及其變化率的時間序列,基于最小二乘法計算得到了各層巖樣在不同圍壓下全應力應變過程中的滲透率、非達西流因子及加速度系數,比較了不同巖層的最大滲透率及最小滲透率。研究表明:1隨著壓縮應變的增加,煤樣應力峰值滯后于滲透率峰值;2應力峰后階段,煤樣非達西流因子及加速度系數先急劇增加后顯著下降,兩者峰值滯后于應力峰值;3洛河組中粒長石砂巖與2號煤層巖樣峰后的最高滲透率顯著高于其他巖層;4煤樣的滲透率峰后約為1×10-15m2量級,普遍高于一般煤礦煤層的滲透率;5所有巖層中,富縣組砂質泥巖的滲透率最低,可視為隔水層。
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    煤炭學報
    2017年第02期
    1351
    462
  • 作者(Author): 劉樹才, 陳爽爽, 許可

    摘要:針對目前直流電阻率法在巷道及工作面周圍隱蔽致災源精細探測方面不足這一現狀,結合地面和礦井直流電法工作特點,提出在地面布設場源,巷道內進行接收的地面—巷道直流電阻率法探測技術。在對地面—巷道直流電阻率法基本原理和觀測系統設計原則介紹的基礎上,分析了偶極源電場及不同深度歸一化電位差曲線分布特征。根據煤系地層典型地質構造地電特征建立數值模型,計算結果表明:地面—巷道相比于地面和礦井直流電阻率法具有更高的探測精度,且以對低阻異常體探測效果最為明顯;提出采用調節偶極距觀測異常幅值變化規律快速確定隱蔽致災源空間位置的方法。實際應用效果表明,地面—巷道直流電阻率法可有效解決巷道及工作面周圍隱蔽致災源全方位探測難題,指出其場源與觀測系統相分離的布測方式在礦井、交通、水利等工程地質災害預測、預報方面應用前景廣闊。
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    煤炭學報
    2017年第02期
    1248
    499
  • 作者(Author): 郁邦永, 陳占清, 馮梅梅, 吳疆宇, 丁其樂

    摘要:為探求破碎巖體在壓實過程中微觀結構的演化規律,對飽和破碎灰巖進行側向受限壓縮試驗,進行了試樣內部微觀結構形態的顯微CT掃描;定量描述了壓實過程中灰巖顆粒的破碎程度,分析了孔隙度與顆粒平均粒徑之間的關系;基于圖像處理技術,定量分析了顆粒表面形貌的演化規律。試驗結果表明:在飽和破碎灰巖壓實過程中,顆粒破碎現象普遍存在,試樣內部孔隙被壓縮或充填,孔隙間連通性變弱。顆粒的初始配比影響試樣孔隙度,相同軸向應力下,隨著Talbot指數的增大,試樣孔隙度單調增大??紫抖扰c顆粒平均粒徑之間滿足線性關系,孔隙度的變化可以作為描述顆粒破碎程度的一個有效參量。隨著軸向應力的增大,顆粒的圓形度單調減小,顆粒表面形貌越來越規則,圓形度與軸向應力之間滿足指數關系。該研究有助于深入了解破碎巖體的變形機制。
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    煤炭學報
    2017年第02期
    1268
    490
  • 作者(Author): 潘東江, 張農, 趙一鳴, 雷少剛

    摘要:根系損傷是西部干旱半干旱生態礦區開采植被退化的重要誘因,以神東礦區為背景,通過調研總結地表沉降、根系賦存及變形破壞特征,提出采動誘發根系損傷的應變控制和應力控制兩類現象。建立等徑單根界面剪切脫黏模型,分析開采擾動后根土界面的"彈性-滑移-脫黏"三階段受力過程,得出根土界面剪應力-應變關系,揭示三種典型損傷的細觀力學機制。進一步將礦區優勢植物沙柳和沙蒿簡化成全長錨固單元和根土復合層,采用FLAC3D研究采動后全長錨固單元和根土復合層宏觀響應的受力變形區劃特征。結果表明:高拉應力是采空區上方全長錨固單元損傷的控制因素;表底層受力的非一致性和非整體性是引發采空區邊界附近全長錨固單元損傷的控制因素。采空區上方根土復合底層剪應力水平高于表層,更容易形成大面積的壓剪損傷區;采空區邊界及以外根土復合表層拉應力水平高于底層,更容易形成拉伸損傷區。
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    煤炭學報
    2017年第02期
    1386
    457
  • 作者(Author): 鞠金峰, 許家林, 朱衛兵

    摘要:利用井下采空區進行水源蓄存和循環利用的地下水庫技術是實現西部礦區保水采煤的有效措施,研究確定采空區的合理儲水容量對于地下水庫技術的安全高效實施至關重要。綜合采用理論分析、模擬實驗與現場實測等手段,就地下水庫儲水容量計算、以及極限庫容與合理庫容的確定等問題進行了研究,結果表明:地下水庫的儲水容量即為儲水范圍內覆巖垮落帶破碎巖塊間自由空隙量與裂隙帶斷裂巖層離層裂隙量的總和;基于覆巖垮落帶類拋物空間形態模型的構建,得到了考慮煤層傾角條件下垮落帶巖體空隙量的計算公式;利用覆巖采動裂隙分布的"O"形圈理論模型,獲得了覆巖各層關鍵層底界面及相鄰關鍵層間斷裂巖層的離層空隙量確定方法;由此根據儲水水位在覆巖垮裂帶內的不同位置,建立了地下水庫儲水容量的數學表達式,形成了地下水庫極限庫容與合理庫容的確定方法,指導了李家壕煤礦地下水庫工程實踐。
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    煤炭學報
    2017年第02期
    1617
    515

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