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永陇-彬长矿区保水采煤及地下水资源开发利用

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采矿与安全工程学报 2018年第6期35卷 1241-1247页

作者：师修昌张媛吕广罗河南财经政法大学BIM技术与智慧建造河南省工程实验室河南郑州450046 中国矿业大学(北京)管理学院北京100083 国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 陕西省一八六煤田地质有限公司陕西西安710075

针对永陇-彬长矿区煤炭高强度开采下白垩系地下水资源保护问题,开展了矿区水资源保护性采煤的水文地质基础研究,论证了矿区实施保水采煤的可行性,提出了保水采煤技术措施,最后探讨了白垩系地下水资源的开发利用方案。研究结果表明:本区... 详细信息

针对永陇-彬长矿区煤炭高强度开采下白垩系地下水资源保护问题,开展了矿区水资源保护性采煤的水文地质基础研究,论证了矿区实施保水采煤的可行性,提出了保水采煤技术措施,最后探讨了白垩系地下水资源的开发利用方案。研究结果表明:本区对矿井安全开采构成威胁的主要含水层为白垩系洛河-宜君组砂砾岩含水层;综合分析煤系含(隔)水层结构、煤层上覆岩性组合特征和导水裂隙带高度等的基础上,认为本区具备实施保水采煤的地质基础,安定组泥岩是保水采煤的隔水关键层;以此为基础,提出了白垩系地下水保水采煤的有效技术措施,主要包括控制采高、采用分层开采方式及选择合理的工作面推进速度等。

关键词：白垩系地下水保水采煤水文地质结构水资源开发利用

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浅部隔离煤柱对覆岩运移的控制及其合理留设

重庆大学学报（自然科学版） 2019年第10期42卷 106-114页

作者：师修昌河南财经政法大学BIM技术与智慧建造河南省工程实验室中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院

为了揭示西部浅埋工作面沿倾向方向开采时隔离煤柱对覆岩运移的控制作用,以大柳塔煤矿为工程背景,采用相似材料模拟试验方法,分析工作面开采中隔离煤柱对覆岩垮落、移动变形的控制作用及其应力变化特征,并确定煤柱的合理留设。研究结果... 详细信息

为了揭示西部浅埋工作面沿倾向方向开采时隔离煤柱对覆岩运移的控制作用,以大柳塔煤矿为工程背景,采用相似材料模拟试验方法,分析工作面开采中隔离煤柱对覆岩垮落、移动变形的控制作用及其应力变化特征,并确定煤柱的合理留设。研究结果表明,采区倾向方向上,由于工作面间存在隔离煤柱,各工作面开采会形成彼此独立的垮落带,隔离煤柱有效地分隔了相邻工作面垮落空间的横向贯通和纵向扩展,隔开了相邻工作面上覆岩层沉降曲线;覆岩垮落高度与工作面倾向开采长度密切关系,非充分采动较充分采动时覆岩垮落高度明显降低。在煤层开采过程中,留设30m宽的1#~4#煤柱处于稳定状态,但3#、4#煤柱安全性较低。理论计算出了2-2煤和5-2煤合理煤柱宽度分别为18.6m、24.5m,得出了避开煤柱集中应力与控制地表均匀沉降的上下煤层煤柱最佳错距为95.5m。

关键词：隔离煤柱垮落高度覆岩运移煤柱应力煤柱错距

煤矿采空区岩体渗透性计算模型及其数值模拟分析

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煤炭学报 2016年第8期41卷 1997-2005页

作者：孟召平张娟师修昌田永东李超中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司山西晋城048006

煤矿采空区岩体渗透性是煤矿采空区煤层气抽采设计的基本参数。从煤矿采空区岩体变形-破坏特征分析入手,通过理论分析研究了岩体渗透性与应力之间的耦合关系和模型,揭示了采空区岩体应力-应变和渗透性分布规律。研究结果表明:不同岩性... 详细信息

煤矿采空区岩体渗透性是煤矿采空区煤层气抽采设计的基本参数。从煤矿采空区岩体变形-破坏特征分析入手,通过理论分析研究了岩体渗透性与应力之间的耦合关系和模型,揭示了采空区岩体应力-应变和渗透性分布规律。研究结果表明:不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,采空区岩体渗透性决定于岩体破坏程度和断裂的张开度,基于采空区岩体应力-应变导致断裂开度变化,推导了采空区岩体渗透系数与应力之间的三维关系与模型;应用FLAC^(3D)计算软件,对采空区岩体应力-应变-渗透性进行了数值模拟计算,分析了采空区岩体的变形破坏的分区分带特征,在纵向上自上而下形成弯曲下沉带、断裂带和垮落带;在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、卸载应力区和岩体应力恢复区;揭示了采空区岩体渗透性分布与采空区岩体应力-应变和破坏规律相一致的特征。无论是垂直渗透系数比(K_z/K_(z0)),还是水平渗透系数比(K_y/K_(y0)),均随着距开采煤层垂直距离的增大,采空区岩体渗透性逐渐减小,且采空区边缘的渗透系数较大,采空区两侧煤柱区岩体渗透性显著降低。

关键词：煤矿采空区应力-应变破坏特征渗透性

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回采工作面围岩采动应变场–渗透系数场耦合

煤田地质与勘探 2018年第2期46卷 143-150页

作者：师修昌孟召平河南财经政法大学工程管理与房地产学院河南郑州450046 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

采动岩体变形与渗透特性是工作面突水防治研究的基本问题。采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了岩石变形–渗透特征及其三维定量关系,研究了煤炭开采中回采工作面围岩应变场、渗透系数场分布及其控制因素。研究结果表明,采动岩体渗... 详细信息

采动岩体变形与渗透特性是工作面突水防治研究的基本问题。采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了岩石变形–渗透特征及其三维定量关系,研究了煤炭开采中回采工作面围岩应变场、渗透系数场分布及其控制因素。研究结果表明,采动岩体渗透性变化主要取决于应变状态及应变增量,且随着垂直于裂隙的张应变的增加而增加;工作面后方垮落带和煤壁边缘的剪碎带产生剧烈的采动拉伸变形,渗透系数较采前显著增大,而支承压力区和整体移动带岩层产生较大的采动压缩变形,渗透系数较采前明显减小;工作面围岩垂向渗透系数较水平渗透系数增加的幅度及增加区的范围小,但对水体下采煤工作面涌水起主导作用。加快工作面推进速度、减小工作面斜长和采高能降低采场围岩渗透系数增加幅度,并将渗透系数场变化范围局限在采区附近,能有效减小采动对原始煤岩层渗透性的影响。

关键词：工作面围岩采动应变渗透性渗透系数场

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地下导控气化采煤地面变形实测研究

煤炭学报 2013年第A1期38卷 49-53页

作者：鞠远江师修昌辛林王作棠中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

为华亭煤业集团安口矿地下导控气化试采工作面设计了地表变形观测站,设计倾向、走向测线各一条,在先期测量的基础上,于工作面点燃后,对所有测点进行x,y,z坐标的连续观测,共获得12组数据。为确定地下导控气化工作面地表变形的危险范围,... 详细信息

为华亭煤业集团安口矿地下导控气化试采工作面设计了地表变形观测站,设计倾向、走向测线各一条,在先期测量的基础上,于工作面点燃后,对所有测点进行x,y,z坐标的连续观测,共获得12组数据。为确定地下导控气化工作面地表变形的危险范围,计算各测点倾斜、曲率、水平变形3个变形量参数,发现不同于传统采煤工作面自开采后地表"下沉—稳定"的两阶段变形规律,气化工作面的地表变形过程可明显划分为"上升—下沉—上升—下沉—稳定"5个阶段,对各阶段变形原因进行了分析,认为工作面燃烧热量使岩层热胀冷缩,从而使上覆岩层产生"塑性—弹性—断裂"的变化过程,反映在地面变形上即是:第1阶段,热胀使岩层塑性增强,地面上升;第2阶段,燃空使上覆岩层塑性弯曲下沉;第3阶段,冷却使岩层弹性增强,收缩过程中岩层之间产生离层,地表表现为上升;第4阶段和第5阶段,完全冷却后顶板岩层断裂,引起地面下沉并趋于稳定。

关键词：气化采煤地面变形 5阶段变形规律

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浅埋采空区大采高条件下覆岩破坏规律

中国地质灾害与防治学报 2019年第5期30卷 92-97页

作者：张纪星师修昌江苏省地质调查研究院江苏南京210018 河南财经政法大学BIM技术与智慧建造河南省工程实验室河南郑州450046

浅埋采空区下远距离煤层开采覆岩破坏直接影响本煤层工作面安全开采和上覆采空区稳定性。针对神东矿区大柳塔煤矿开采实际,采用相似模拟试验、数值计算和现场实测方法研究了2^-2煤采空区下伏的5^-2煤层开采覆岩运动及裂隙发育规律。研... 详细信息

浅埋采空区下远距离煤层开采覆岩破坏直接影响本煤层工作面安全开采和上覆采空区稳定性。针对神东矿区大柳塔煤矿开采实际,采用相似模拟试验、数值计算和现场实测方法研究了2^-2煤采空区下伏的5^-2煤层开采覆岩运动及裂隙发育规律。研究结果表明,大柳塔煤矿5^-2煤层一次采全高开采,覆岩裂隙带贯穿层间岩层导通2^-2煤采空区,层间岩层的破断会诱发上覆岩层大面积垮落,工作面出现强烈的矿压显现,同时加剧了上覆采空区围岩结构失稳及地表沉陷。现场实测也表明大柳塔煤矿5^-2煤层大采高开采覆岩破坏高度137.32 m,裂采比20.2,与模拟结果一致。这些成果可以为大柳塔矿5^-2煤层工作面安全开采提供理论依据。

关键词：上覆采空区远距离大采高覆岩破坏裂隙演化

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特厚煤层开采覆岩高位离层突水危险性评价

安全与环境工程 2023年第3期30卷 109-117页

作者：师修昌吕广罗河南财经政法大学工程管理与房地产学院河南郑州450046 国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 陕西省一八六煤田地质有限公司陕西西安710075

煤矿覆岩离层突水危险性预测评价是制定科学防治水方案的基础和依据。为提高特厚煤层开采覆岩高位离层水害防控的精准性,首先根据离层与开采煤层之间距离及其与导水裂隙带范围的空间关系,判断出特厚煤层开采形成的高位离层位于导水裂隙... 详细信息

煤矿覆岩离层突水危险性预测评价是制定科学防治水方案的基础和依据。为提高特厚煤层开采覆岩高位离层水害防控的精准性,首先根据离层与开采煤层之间距离及其与导水裂隙带范围的空间关系,判断出特厚煤层开采形成的高位离层位于导水裂隙带顶部附近,并分析了高位离层水涌突的3个基本条件,即相对封闭的可积水离层空间、离层补给水源和下渗的导水裂隙通道;然后在底板突水危险系数法的基础之上,提出了离层突水危险系数的概念,建立了高位离层水涌突危险性评价方法和危险性分级标准;最后采用该评价方法对郭家河煤矿1305工作面顶板离层突水危险性进行了评价,并根据郭家河煤矿和崔木煤矿其他工作面顶板离层突水危险性评价结果对该方法进行了验证。结果表明:郭家河煤矿1305工作面顶板离层突水危险性等级为安全,即不会发生离层突水;郭家河煤矿和崔木煤矿其他工作面顶板离层突水危险性评价结果与实际突水情况基本一致,验证了该评价方法的有效性。该研究成果可为黄陇煤田特厚煤层开采顶板离层水害的精准防控提供理论依据。

关键词：离层突水危险性评价高位离层导水裂隙带特厚煤层黄陇煤田

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新集矿区地应力场特征研究

煤田地质与勘探 2014年第6期42卷 68-72页

作者：师修昌鞠远江孟召平中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室地球科学与测绘工程学院北京100083 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116

矿井动力现象如巷道变形破坏、煤和瓦斯突出及煤层底板突水等都与地应力密切相关.应用水压致裂法对新集矿区的原地应力进行了测量,确定原地系统深部围岩的应力状态,即原地应力的量值和方向,研究获得了矿区地应力的赋存规律和基本特征.... 详细信息

矿井动力现象如巷道变形破坏、煤和瓦斯突出及煤层底板突水等都与地应力密切相关.应用水压致裂法对新集矿区的原地应力进行了测量,确定原地系统深部围岩的应力状态,即原地应力的量值和方向,研究获得了矿区地应力的赋存规律和基本特征.测量结果分析表明：新集矿区地应力场以水平应力为主导,属于构造应力场类型;垂直主应力和最大、最小水平主应力均随埋深的增加呈近似线性增加;最大水平主应力与最小水平主应力的比值范围是1.01-1.29,反映新集矿区受构造作用较恒定;测压系数的范围是0.98-1.3,随深度变化不明显;新集矿区受到F10断层东西向的拉张应力,最大水平主应力方向为近EW向.最后探讨了原地系统不同构造部位地应力方向差异的原因,初步分析认为,是受到阜凤推覆体的影响.

关键词：新集矿区地应力场地质构造阜凤推覆体

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废弃煤矿采空区煤层气资源评价模型及应用

煤炭学报 2016年第3期41卷 537-544页

作者：孟召平师修昌刘珊珊田永东李超中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 山西蓝焰煤层气集团有限责任公司山西晋城048006

如何评价废弃煤矿采空区煤层气资源是其开发中遇到的关键问题。在对煤炭开采覆岩变形破坏规律研究的基础上,通过理论分析和数学推导,建立了废弃矿井煤层气资源量评价模型和方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价。研... 详细信息

如何评价废弃煤矿采空区煤层气资源是其开发中遇到的关键问题。在对煤炭开采覆岩变形破坏规律研究的基础上,通过理论分析和数学推导,建立了废弃矿井煤层气资源量评价模型和方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价。研究结果表明,煤炭开采导致采场周围岩体应力重新分布,引起煤层顶底板岩体发生变形与破坏。采空区煤层气资源主要由吸附气和游离气组成,主要来源于煤柱及残留煤层、临近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。基于采动覆岩变形破坏分带特征,根据破碎岩体孔隙率和碎胀系数关系,分别建立了采空区垮落带和断裂带内岩体孔隙体积模型。结合煤层气资源在废弃矿井中的分布特征,考虑煤炭开采采空区积水情况,建立了采空区积水量计算和含水饱和度计算模型,提出了废弃矿井煤层气资源量计算方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价分析,评价结果认为,废弃煤矿采空区煤层气资源丰富,井田面积为6.5 km2,二叠系山西组3号煤层煤层气总资源量为5.871 7×108m3,其中吸附气资源5.835 3×108m3,游离气资源0.036 4×108m3,资源丰度为0.902 0×108m3/km2。

关键词：废弃煤矿采空区煤层气资源评价模型