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; 44891IP
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开采沉陷对关键土壤物理性质影响的相似模拟实验研究

作者(Author)：雷少刚, 肖浩宇, 郄晨龙, 卞正富, 杨德军, 朴春德

摘要：开展了针对沉陷移动变形对土壤物理性质影响的三维相似材料模拟实验研究,主要包括实验装置设计、相似常数分析、相似材料配制与铺设等关键内容,并分析了沉陷变形对土壤水分、土壤密度这两个关键土壤物理参数的作用规律。结果表明:为克服现场土壤取样客观存在的空间异质性问题,利用相似材料模拟实验研究开采沉陷对地表土壤关键物理性质的影响规律是可行性的;开采沉陷降低了整个沉陷区的土壤含水量,并增加了其空间离散程度;拉伸区土壤水含量受沉陷变形影响最为明显;土壤含水量降低程度与地表移动变形值具有较好的自然对数模型关系;开采沉陷同时也增加了沉陷区土壤密度的离散程度,在压缩区增大土壤密度,在拉伸区降低土壤密度,且土壤密度降低程度与水平变形值呈较好的负相关关系。

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小纪汗煤矿工作面顶板破断结构对巷道矿压影响规律研究

作者(Author)：许兴亮, 田素川, 李俊生, 茅献彪

摘要：针对我国西部矿区脆性煤体上覆厚层基本顶条件下二次采动时巷道围岩整体变形大与支护结构失效的工程难题,运用理论分析和现场实测的研究方法,对巷道上方基本顶破断结构及由此带来的巷道变形规律进行了研究。以工作面基本顶侧向破断的关键块为研究对象,详细分析了巷道上方基本顶结构由一次采动时的固支悬臂梁结构转变为二次采动时的双拱结构而带来的煤柱中的应力演化规律,给出了基本顶侧向破断长度与煤层厚度、基本顶力学特性、上覆载荷和区段煤柱参数的量化关系式,得出了不同破断结构下煤柱载荷的表达式。结果表明:工作面超前段基本顶侧向断裂形成的"双拱"铰接结构是造成该类巷道矿压显现剧烈的主要控制原因,不合理的区段煤柱宽度会诱发叠加应力作用,导致巷道整体变形与支护结构失效。研究结果可为相似工程条件下巷道围岩控制和合理区段煤柱的留设提供借鉴。

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基于流态转捩的非线性渗流模型及在陷落柱突水机理分析中的应用

作者(Author)：杨天鸿, 师文豪, 刘洪磊, 杨斌, 杨鑫, 刘再斌

摘要：岩溶陷落柱突水是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。基于陷落柱突水过程中流体流态转捩(含水层层流到巷道紊流)的渗流本质,建立了三流场(Darcy层流、Forchheimer流和N-S紊流)耦合非线性渗流模型,并应用于骆驼山煤矿"3·1"底板陷落柱突水数值模拟分析。结果表明:随着突水流体流速不断增大,陷落柱Forchheimer流由黏滞阻力为主,到黏滞阻力和惯性阻力共同作用,最后到惯性阻力为主发生了质的变化,陷落柱突水是流体渗流从渐变到突变的动态过程。进一步表明采用Forchheimer方程描述陷落柱内高速非线性层流,能够较好地反映水流从含水层达西层流到巷道紊流的中间状态,可以定量揭示陷落柱突水三种流态转捩的渗流本质。

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浅埋煤层开采顶板切落条件下支架动载效应

作者(Author)：陈忠辉, 张凌凡, 杨登峰, 江博文

摘要：针对浅埋煤层开采周期来压过程中顶板沿煤壁切落时对支架造成冲击的现象,根据基本顶回转切落造成直接顶岩体非线性破坏特征,建立了由基本顶-直接顶-支架-采空区矸石组成的力学模型,应用突变理论和岩石动力学方法,推导了直接顶失稳前后基本顶切落荷载作用下的支架压缩量表达式,分析了顶板切落过程中的动载效应,获得了顶板切落条件下支架工作阻力。研究结果表明:基本顶回转切落和直接顶失稳破坏是造成支架冲击的主因,直接顶岩体变形的突变量决定了冲击荷载的大小,系统失稳时的支架荷载除了与基本顶的周期来压步距、上覆岩层荷载、直接顶厚度有关外,还与支架和直接顶岩体的刚度比、直接顶岩体性质等因素相关。

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西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与方法研究进展

作者(Author)： 973计划(2013CB227900)“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治与环境保护基础研究“项目组

摘要：基于国家重点基础研究发展计划(973)项目: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,从地质环境条件、地质灾害形成机理、预测评价方法和灾害防治理论等4个方面,开展了西部煤炭高强度开采下地质灾害防治的总体研究思路和相关研究。通过西部富煤区域侏罗-白垩系构造地质及水文地质的研究,揭示了富煤区域地层结构及水沙动力学特征;基于采动岩体力学行为研究,揭示了大面积顶板切落、突水溃沙等地质灾害的发生机理,形成了防治重大地质灾害与环境损伤的采煤理论和方法。该研究将地质灾害防治和生态环境保护进行有机的结合,从源头解决制约我国西部煤炭开采的关键问题,可为我国西部煤炭资源长期大规模安全高效绿色开采奠定理论基础。

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1812

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基于Drucker-Prager准则的深部巷道破裂围岩弹塑性分析

作者(Author)：陈梁, 茅献彪, 李明, 陈彦龙

摘要：基于Drucker-Prager屈服准则和非关联流动法则,考虑中间主应力、塑性区弹性应变及岩体剪胀性的影响,推导了深部圆形巷道围岩应力、变形及塑性区半径的封闭解析解。结合工程实例,对比分析了不同屈服准则和围岩参数对围岩状态变化的影响,研究结果表明:中间主应力对围岩破裂范围和表面位移均具有重要影响,且表现出明显的区间效应;剪胀角越大,扩容系数越大,围岩破裂范围与表面位移也就越大;围岩参数(残余黏聚力、残余内摩擦角、初始黏聚力)和支护阻力越大,围岩塑性区及破裂区范围均越小;D-P准则解分别与统一强度准则解、双剪强度准则解和M-C准则解相比,围岩破裂范围及表面位移均偏大,但与M-C准则解最为接近;在满足相同围岩变形条件下,D-P准则解所需支护阻力较其他3种准则解均较大,更偏向于刚性支护形式,分析结果可为巷道围岩稳定性评价与支护设计提供重要理论依据。

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急倾斜极软厚煤层走向长壁综放开采技术研究

作者(Author)：王家臣, 赵兵文, 赵鹏飞, 杨胜利, 安建华, 江志义

摘要：以峰峰集团山西大远煤业1201急倾斜工作面为背景,系统研究了急倾斜厚煤层走向长壁综放开采的基本问题,指出支架的合理设计是该类煤层成功开采的首要条件,支架设计要充分考虑急倾斜厚煤层综放开采的顶板活动规律,以工作面上部顶板的冲击载荷确定支架的工作阻力。同时急倾斜支架要有足够的抗侧向挤压能力,结合工作面采放工艺确定侧护板的抗挤压能力。急倾斜厚煤层综放开采的顶煤放出体与煤岩分界面具有明显的不对称性。结合顶煤放出规律、支架稳定性等综合确定采放工艺,提出"下行动态分段、段内上行放煤"的采放工艺,适用于急倾斜厚煤层走向长壁综放开采,可最大限度地减少采放过程中对支架的不利影响,并可获得较高的顶煤采出率。工作面安装前需对软弱底板进行加固。

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