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煤田地质与勘探 2018年第4期46卷 93-98页

作者：曹晓毅刘小平田延哲中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为了科学评价煤层重复采动对拟建水渠工程安全性的影响程度,围绕"采煤安全"、"水渠安全运行"这两条主线,在现场调研的基础上,采用理论分析、数值模拟和概率积分法等手段,对重复采动影响下水渠的变形特征进行了分析评价。首先从地层的工... 详细信息

为了科学评价煤层重复采动对拟建水渠工程安全性的影响程度,围绕"采煤安全"、"水渠安全运行"这两条主线,在现场调研的基础上,采用理论分析、数值模拟和概率积分法等手段,对重复采动影响下水渠的变形特征进行了分析评价。首先从地层的工程地质结构、水文地质结构、力学结构和开采结构4方面分析了岩土体的结构特征,利用FLAC3D对各煤层开采引发的导水裂隙带发育高度的变化规律进行了模拟分析,同时,根据地表移动和变形预计结果,分析了重复开采引发的地表下沉、倾斜变形及水平变形对水渠坝体的影响。结果表明:多煤层开采后导水裂隙带不会波及到水渠内的地表水,不会影响采煤安全;重复采动会引起水渠不同程度的沉降,堤体地面标高由69.34 m沉降至65.50 m,沉降后的堤体顶面比设计水面降低了1.94 m,过水断面由580 m2减少至196 m2,设计流量将损失66%,对水渠安全运行构成影响。

关键词：煤层重复采动采动损害水渠下采煤移动变形

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煤层重复采动矿井涌水动态变化规律及矿井水利用研究

煤层重复采动矿井涌水动态变化规律及矿井水利用研究

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作者：兰璇中国矿业大学

学位级别：硕士

煤矿开采过程中会产生并排出大量的废水,以往由于技术或条件限制等诸多原因,大量矿井水被作为废水排放,破坏当地生态环境的同时也浪费了大量水资源,增加煤矿生产的成本。近年来,随着科学技术的发展以及对水资源的重视,矿井水资源利用逐... 详细信息

煤矿开采过程中会产生并排出大量的废水,以往由于技术或条件限制等诸多原因,大量矿井水被作为废水排放,破坏当地生态环境的同时也浪费了大量水资源,增加煤矿生产的成本。近年来,随着科学技术的发展以及对水资源的重视,矿井水资源利用逐渐得到人们的重视。本文以陕北NL煤矿为例,在现场水文地质调查的基础上结合模拟实验、数理统计、理论分析等方法,重点研究煤层重复采动条件下围岩破坏改变矿井充水规律,从而改变矿井涌水量、涌水水质的动态变化规律,并进一步设计矿井水的利用方案及探究其所能取得的经济、生态效益。论文取得的主要研究成果如下:(1)研究揭示了NL矿矿井涌水动态规律。从矿井充水水源、矿井充水通道、矿井涌水现状及矿井充水强度四个方面揭示了目前矿井涌水动态规律。煤层重复采动形成的导水裂隙带将成为矿井的主要充水通道之一,因此在3煤层开采后,老空水、部分区域大气降水或过沟水通过下渗补给下部含水层,间接构成矿井充水水源等条件下,使得矿井充水强度增大。(2)综合研究了煤层重复开采覆岩破坏规律及其对矿井涌水动态变化机制的影响。利用FLAC3D分别模拟了3煤上覆煤层开采和未开采两种状态下,煤层开采的导水裂隙带高发育高度,得出煤层重复开采会大大增加导水裂隙带发育高度,破坏了上覆多层含隔水层的结构体系,甚至形成了连通地表到井下的有效充水通道,增加矿井突水风险。同时,由于重复的开采扰动改变了矿井水文地质条件及地下水环境条件等,使得矿井涌水水质变化,增加了矿井涌水利用的难度。(3)建立了神经网络模型并系统分析了重复采动后矿井涌水规律的主要影响因素。建立PCA-BP神经网络模型,并对矿井未来涌水量进行分析预测,选取矿井涌水量的几个主要影响因素进行主成分分析(PCA),得到矿井涌水量受月开拓巷道及累计巷道开拓长度影响最为明显,并预测出未来一年矿井正常涌水量为33.15 m/h。在PCA-BP神经网络模型的基础上建立Piper-PCA-BP神经网络模型对矿井涌水来源类型进行分类,对矿区内不同类型含水层水所含主要离子成分进行PCA分析,将影响水化学类型的七个因素降维为三个主要影响因子,将降维后的三个主成分因子代入BP神经网络进行类型划分,得出矿井涌水的主要来源为侏罗系中统延安组砂岩裂隙承压水及第四系上更新统黄土裂隙孔隙水两种类型水。(4)在上述基础上揭示了煤层重复采动条件下矿井涌水动态变化规律。煤层重复采动使得矿井充水水源类型增多,矿井涌水量增大,充水通道更加复杂多样化。3煤与2煤导水裂隙带的叠加,使得导水裂隙带无论是在发育高度、裂隙的规模数量、张开度还是分布范围上均有很大程度的增加,同时,由于涌水水源、涌水通道的变化及更加复杂的水岩相互作用,使得矿井涌水水质离子成分更加复杂,p H值有所降低等。3煤开采时由于上覆2煤采空区的影响,导致3煤涌水动态曲线与矿区大气降水曲线表现为形态相似但时间上较为滞后,且涌水动态的季节性特征得到拉长。(5)针对NL矿实际情况,综合设计矿井水利用方案并分析了其可能获得的效益。根据影响工作面涌水量因素的重要性,将工作面划分为不同等级的控放区,实现矿井水的精准控放,并设计PLC井下水情智能检测系统用于监测井下涌水情况,实现矿井水的井下清污分流,经清污分流后的水,水质较好的经过井下简单处理后应用于井下生产生活,水质相对较差的矿井水输送至地表水处理站处理后用于矿区生产生活减小煤矿对外购水的需求节约矿井生产成本。

关键词：煤层重复采动矿井涌水动态规律涌水量预测矿井水利用

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