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西南岩溶矿区采动影响下溶洞对导水裂隙发育规律研究

2023-08-14

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2023年第7期“矿井水防治与资源化利用”专题





本论文创新点



揭露了西南岩溶矿区溶洞条件下特殊的超高导水裂隙发育机理,阐释了黔西南矿区地表水—岩溶洞—采空区之间水力联系的关系。建立了多种串珠状溶洞室内试验模型,据此进一步研究了不同串珠状溶洞在采动影响下裂隙拓展规律,同时对比分析了无溶洞模型试验结果,发现了溶洞对导水裂隙带有超高发育的作用。该研究对岩溶矿区煤炭开采防治水方面具有重要借鉴意义

题 目



西南岩溶矿区采动影响下溶洞对导水裂隙发育规律研究

作 者



李振华1,2,3,李松涛1,杜 锋1,2,3,王文强1,李建伟4,焦 阳5,樊 旋1

单 位



1. 河南理工大学 能源科学与工程学院

2. 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心

3. 河南理工大学 河南省矿井水害防控及水资源利用工程技术研究中心

4. 内蒙古科技大学 矿业与煤炭学院

5. 山西晋煤集团技术研究院有限责任公司


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摘   要



黔西南矿区为我国典型的岩溶发育矿区,采动影响下岩溶顶板导水裂隙高度异常发育,雨季大气降水极易通过超高导水通道进入井下工作面,造成工作面涌水灾害,严重影响矿井的正常生产。为此,以新田煤矿煤层开采的导水裂隙为研究对象,在分析矿区溶洞赋存特征基础上,采用现场实测、室内模拟及理论分析等手段,研究了工作面开采过程中溶洞下顶板导水裂隙带的发育规律,揭示了超高导水裂隙的发育机理,结果表明:①研究区域顶板溶洞在地表—玉龙山段—长兴组等层位由上而下具有明显的分带现象,地表沿沟谷处落水洞发育,玉龙山段强含水层中上部溶洞发育,且呈现不同形态的串珠状,长兴组仅局部赋存直径较小的溶洞;②岩溶含水层中溶洞对导水裂隙有着重要的影响,无溶洞条件下,导水裂隙发育高度为43.1 m,裂采比为14.4,含溶洞条件下,导水裂隙发育异常,其高度可达173.1 m,裂采比高达57.7,与玉龙山段灰岩强含水层沟通;③溶洞下顶板导水裂隙由采动上行裂隙和溶洞失稳下行裂隙两部分构成,采动影响下,溶洞在集中应力和采动附加应力的共同作用下发生失稳,并容易形成下行裂隙,与采动上行裂隙沟通,最终形成黔西南矿区特殊的超高导水裂隙。









作者简介





    
李振华

教授

博士生导师

李振华,男,汉族,1979年6月生,山东金乡人,博士(后),教授,博士生导师。现任河南理工大学科学技术处处长、省部共建协同创新中心执行主任,兼任中国煤炭工业技术第四届委员会委员、河南省煤炭学会副秘书长、《煤炭学报》青年编委、《煤炭科学技术》青年专家委员会委员。长期从事煤矿安全开采领域教学与科研工作,在矿山压力与岩层控制、矿山安全与水害防治研究方面取得了创新性研究成果,经济和社会效益显显著。先后入选河南省杰出青年基金获得者、河南省高校科技创新人才、全国煤炭科技创新人才、中国煤炭青年科技奖获得者、河南省教育厅学术带头人、河南省高校科技创新团队等。作为主要完成人获河南省科技进步一等奖、二等奖、三等奖各1项,教育部科技进步二等奖1项,中国煤炭工业协会科技进步一等奖2项、二等奖7项、三等奖2项等省部级奖励18项。在《煤炭学报》、《Chemosphere》等期刊发表学术论文40余篇,SCI、EI收录30篇,其中3篇为全球高被引文章,1篇为热点论文,出版学术专著2部,授权国家发明专利17项。




研究方向



矿山压力与岩层控制、矿山安全与水害防治
主要成果



基于西南岩溶矿区特殊顶板结构特征,借助煤层开采的导水裂隙为研究对象,在分析矿区溶洞赋存特征基础上,采用现场实测、室内模拟及理论分析等手段,研究了工作面开采过程中溶洞下顶板导水裂隙带的发育规律,揭示了超高导水裂隙的发育机理。归纳和分析了研究区域顶板溶洞在地表—玉龙山段—长兴组等层位由上而下明显的分带现象,地表沿沟谷处落水洞发育,玉龙山段强含水层中上部溶洞发育,且呈现不同形态的串珠状,长兴组仅局部赋存直径较小的溶洞;开展了试验工作面导水裂隙带发育高度现场探测工作,较好地探测了导水裂隙的发育高度;分别建立了无溶洞及多种串珠状溶洞室内试验模型,据此进一步研究了在采动影响下溶洞存在与否对裂隙拓展规律的影响,对比分析了两种试验结果,发现了溶洞对导水裂隙带有超高发育的作用;室内模拟及理论分析等手段,研究了工作面开采过程中溶洞下顶板导水裂隙带的发育规律,揭示了溶洞下导水裂隙超高发育机理,在采动影响下,由采动上行裂隙和溶洞失稳产生的下行裂隙沟通,最终形成黔西南矿区特殊的超高导水裂隙通道,并形成了地表水—岩溶洞—采空区之间水力联系的通道。该研究对岩溶矿区煤炭开采防治水方面具有重要借鉴意义


引用格式




李振华,李松涛,杜 锋,等. 西南岩溶矿区采动影响下溶洞对导水裂隙发育规律研究[J]. 煤炭科学技术,2023,51(7):106−117

LI Zhenhua,LI Songtao,DU Feng,et al. Research on the development law of karst caves on water conducting fractures under the influence of mining in Southwest Karst Mining Areas[J]. Coal Science and Technology,2023,51(7):106−117 


END

责任编辑:黄小雨

整       理:冯春晖

审       核常   琛

  责任编辑:宫在芹
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