西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与环境保护基础研究（973）专题

来源：《煤炭学报》2017年第2期

我国东部矿区煤炭资源逐渐枯竭，开发重心已向晋陕蒙宁甘等西部地区转移。由于西部特有的自然地理、地质结构和生态环境,在大规模、高强度煤炭开采中存在采区大范围顶板切落和突水溃沙等重大地质灾害与水土流失等环境损伤问题；因此研究形成防治重大地质灾害和环境损伤的采煤理论与方法，对于实现我国西部煤炭安全高效开采与环境保护的协调发展、保证我国能源的长期稳定供给具有重要意义。本期前31篇论文是从国家973 计划“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与环境保护基础研究”(项目编号:2013CB227900)项目研究进展中优选出的部分代表性论文，研究内容涉及西部侏罗-白垩系富煤区域地层结构和水沙动力学特征、采动岩体运动与水沙两相渗流的稳定性、高强度开采下重大地质灾害和环境损伤的形成机理及其预测与评价方法、防治重大地质灾害和环境损伤的采煤理论与方法等。希望本期“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与环境保护基础研究”专题学术论文能够为从事该领域研究的学者提供参考与帮助。

行业视野: 地质
类别; 141个
关键词; 118位
专家; 31篇
论文; 43032IP
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水压作用下防砂安全煤岩柱失稳机理及留设方法

作者(Author)：许延春, 杜明泽, 李江华, 曹旭初

摘要：针对厚松散含水层、薄基岩等特殊地质条件下楔形区工作面防砂安全煤岩柱失稳溃砂的问题,以赵固一矿11071工作面突水溃砂灾害为例,结合地质钻孔资料,建立了楔形保水压采动溃砂地质模型。通过黏土液塑限试验,风化带岩石干燥饱和吸水率和崩解试验,得出了底黏及风化带泥类岩具有良好的隔水性能,可形成楔形保水压结构。并在此基础上,通过水压作用下风化带泥类岩采动裂隙扩展试验研究了受采动损伤的煤岩柱保护层在水压作用下失稳的内在致灾机理。结果表明:在高水压的作用下,风化带泥类岩采动裂隙扩展为管道,防砂煤岩柱保护层的阻砂性能失效;考虑煤岩柱保护层的损伤厚度,提出了水压作用下防砂安全煤岩柱的留设方法,并在11191工作面进行了工程应用,取得了预期效果。研究成果补充完善了我国防砂安全煤岩柱的留设方法,可减少煤矿溃砂事故。

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煤炭学报

2017年第02期

1570

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顶板动载冲击效应的相似模拟及理论解析

作者(Author)：杨胜利, 王家臣, 杨敬虎

摘要：研制了工作面覆岩破断预测实验平台,对浅埋薄基岩条件顶板动载冲击效应进行了模拟;建立了顶板破断的弹性地基梁理论模型,计算出了基本顶破断时与煤壁的相对位置,得到了动载冲击的作用范围;建立顶板动载冲击的力学模型,结合岩石压缩曲线,应用功能原理得到了不同条件下的最大冲击载荷和支架伸缩量的解析表达式,得到了不发生压架事故的判别准则,验证了相似模拟实验结果。结果表明:基本顶多超前直接顶支撑边界破断,且冲击易发生液压支架上方完成;冲击载荷大小与直接顶厚度与裂隙发育程度、支架刚度和初撑力大小等因素有关,其值远大于工作面静载荷形成对液压支架的压力,动载冲击效应模拟实验验证了理论分析结果。

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2017年第02期

1617

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新疆地区煤矿地质环境影响程度分析评价模型

作者(Author)：张紫昭, 隋旺华

摘要：充分考虑矿山地质环境影响因素,结合新疆地区煤矿地质环境破坏特点,建立了适合该地区煤矿地质环境影响程度评价的指标体系和评价模型。评价指标体系由矿山开采引发或加剧地质灾害规模、地质灾害威胁人员数量、涌水量或工业废水排放量、矿山设施挖损或压占破坏土地后或地面塌陷后地面主导坡度、地面塌陷或挖损最大深度或压占堆积物最大高度、对土地资源的影响程度等6个因素组成。以新疆地区17个煤矿的88个评价单元作为学习样本,建立了新疆地区煤矿地质环境影响程度评价模型,采用回代估计方法对模型进行检验,符合率达96.6%。将该评价模型应用到新疆科尔克煤矿,对该煤矿的9个评价单元进行地质环境影响程度评价,评价结果表明,该评价指标体系和评价模型对新疆地区煤矿地质环境影响程度评价具有一定的参考价值,在实际应用过程中可作为规范评价的一个有力补充。

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2017年第02期

1228

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小纪汗井田地层介质渗透特性及煤层为主含水层成因机制

作者(Author)：李顺才, 李强, 缪协兴, 陈占清

摘要：以陕北榆横矿区特殊地质背景为基础,通过瞬态渗透试验研究小纪汗煤矿煤系地层的渗透力学特性,基于采集的岩样两端孔隙压差时间序列,通过差分得到渗流速度及其变化率的时间序列,基于最小二乘法计算得到了各层岩样在不同围压下全应力应变过程中的渗透率、非达西流因子及加速度系数,比较了不同岩层的最大渗透率及最小渗透率。研究表明:1随着压缩应变的增加,煤样应力峰值滞后于渗透率峰值;2应力峰后阶段,煤样非达西流因子及加速度系数先急剧增加后显著下降,两者峰值滞后于应力峰值;3洛河组中粒长石砂岩与2号煤层岩样峰后的最高渗透率显著高于其他岩层;4煤样的渗透率峰后约为1×10-15m2量级,普遍高于一般煤矿煤层的渗透率;5所有岩层中,富县组砂质泥岩的渗透率最低,可视为隔水层。

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2017年第02期

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地面—巷道直流电阻率法探测技术

作者(Author)：刘树才, 陈爽爽, 许可

摘要：针对目前直流电阻率法在巷道及工作面周围隐蔽致灾源精细探测方面不足这一现状,结合地面和矿井直流电法工作特点,提出在地面布设场源,巷道内进行接收的地面—巷道直流电阻率法探测技术。在对地面—巷道直流电阻率法基本原理和观测系统设计原则介绍的基础上,分析了偶极源电场及不同深度归一化电位差曲线分布特征。根据煤系地层典型地质构造地电特征建立数值模型,计算结果表明:地面—巷道相比于地面和矿井直流电阻率法具有更高的探测精度,且以对低阻异常体探测效果最为明显;提出采用调节偶极距观测异常幅值变化规律快速确定隐蔽致灾源空间位置的方法。实际应用效果表明,地面—巷道直流电阻率法可有效解决巷道及工作面周围隐蔽致灾源全方位探测难题,指出其场源与观测系统相分离的布测方式在矿井、交通、水利等工程地质灾害预测、预报方面应用前景广阔。

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2017年第02期

1248

499
基于CT扫描的饱和破碎灰岩侧限压缩下微观结构演化特征

作者(Author)：郁邦永, 陈占清, 冯梅梅, 吴疆宇, 丁其乐

摘要：为探求破碎岩体在压实过程中微观结构的演化规律,对饱和破碎灰岩进行侧向受限压缩试验,进行了试样内部微观结构形态的显微CT扫描;定量描述了压实过程中灰岩颗粒的破碎程度,分析了孔隙度与颗粒平均粒径之间的关系;基于图像处理技术,定量分析了颗粒表面形貌的演化规律。试验结果表明:在饱和破碎灰岩压实过程中,颗粒破碎现象普遍存在,试样内部孔隙被压缩或充填,孔隙间连通性变弱。颗粒的初始配比影响试样孔隙度,相同轴向应力下,随着Talbot指数的增大,试样孔隙度单调增大。孔隙度与颗粒平均粒径之间满足线性关系,孔隙度的变化可以作为描述颗粒破碎程度的一个有效参量。随着轴向应力的增大,颗粒的圆形度单调减小,颗粒表面形貌越来越规则,圆形度与轴向应力之间满足指数关系。该研究有助于深入了解破碎岩体的变形机制。

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2017年第02期

1268

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西部矿区植被根系采动损伤特征及细观力学机制

作者(Author)：潘东江, 张农, 赵一鸣, 雷少刚

摘要：根系损伤是西部干旱半干旱生态矿区开采植被退化的重要诱因,以神东矿区为背景,通过调研总结地表沉降、根系赋存及变形破坏特征,提出采动诱发根系损伤的应变控制和应力控制两类现象。建立等径单根界面剪切脱黏模型,分析开采扰动后根土界面的"弹性-滑移-脱黏"三阶段受力过程,得出根土界面剪应力-应变关系,揭示三种典型损伤的细观力学机制。进一步将矿区优势植物沙柳和沙蒿简化成全长锚固单元和根土复合层,采用FLAC3D研究采动后全长锚固单元和根土复合层宏观响应的受力变形区划特征。结果表明:高拉应力是采空区上方全长锚固单元损伤的控制因素;表底层受力的非一致性和非整体性是引发采空区边界附近全长锚固单元损伤的控制因素。采空区上方根土复合底层剪应力水平高于表层,更容易形成大面积的压剪损伤区;采空区边界及以外根土复合表层拉应力水平高于底层,更容易形成拉伸损伤区。

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2017年第02期

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西部缺水矿区地下水库保水的库容研究

作者(Author)：鞠金峰, 许家林, 朱卫兵

摘要：利用井下采空区进行水源蓄存和循环利用的地下水库技术是实现西部矿区保水采煤的有效措施,研究确定采空区的合理储水容量对于地下水库技术的安全高效实施至关重要。综合采用理论分析、模拟实验与现场实测等手段,就地下水库储水容量计算、以及极限库容与合理库容的确定等问题进行了研究,结果表明:地下水库的储水容量即为储水范围内覆岩垮落带破碎岩块间自由空隙量与裂隙带断裂岩层离层裂隙量的总和;基于覆岩垮落带类抛物空间形态模型的构建,得到了考虑煤层倾角条件下垮落带岩体空隙量的计算公式;利用覆岩采动裂隙分布的"O"形圈理论模型,获得了覆岩各层关键层底界面及相邻关键层间断裂岩层的离层空隙量确定方法;由此根据储水水位在覆岩垮裂带内的不同位置,建立了地下水库储水容量的数学表达式,形成了地下水库极限库容与合理库容的确定方法,指导了李家壕煤矿地下水库工程实践。

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煤炭学报

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