采矿扰动下水体运移特征及对地表沉陷的影响研究

本项目主要研究关键层破断前，由采矿扰动引起含水层（主要是第三系或第四系厚冲积层含水层）水体运移特征、运移规律以及隔水层厚度变化对顶板突水的控制作用；研究关键层破断后，裂隙的形成、扩展演化规律（包括采动裂隙扩展至含水层或水体下引起水的漏失）；研究在上述基础上厚含水松散层失水固结对地表沉陷的附加影响，进一步阐释厚含水松散层矿区，尤其是我国中、东部矿区下沉盆地边缘收敛缓慢的原因，以期对该地质采矿条件下开采沉陷预计理论进一步完善。.通过本项目研究可以为我国华北、华中和东北地区的厚含水松散层矿区建筑物下、水体下采煤以及矿井防灾、减灾提供理论依据，具有实用价值。也可以促进这些地区煤炭工业的可持续发展，对指导中东部地区煤炭资源安全、高效开采具有现实意义。

基于岩层分层传递思想，结合实测资料，建立了厚含水松散层下煤层开采地表任意点的分布式沉陷预测模型，研制了界面友好、实时成图的地表沉陷预测信息系统，并根据实测资料进行了验证。以林南仓矿1224工作面地质采矿条件为源型，进行了相似材料模拟实验，得到了浅埋深厚松散层条件下，关键层破断前后采动裂隙的形成、扩展演化过程及覆岩的传播规律，分析了松散层和关键层对地表移动变形的影响。采用UDEC2D数值模拟方法, 分析了林南仓矿1224工作面开采过程中围岩的应力状态、覆岩破坏场和裂隙场的发育规律，反演了关键层破断前后工作面从极不充分→非充分→充分开采的历程中，地表及覆岩的移动变形特征，得出了浅埋深厚松散层条件下厚煤层分层开采导水裂隙带的发育高度。采用FLAC3D流-固耦合分析方法，研究了含水松散层固结对地表沉陷的影响。从机理上说明了厚含水松散层矿区，尤其是我国东部矿区，下沉盆地边缘收敛非常缓慢的原因。结合林南仓矿1221工作面（1224临近工作面）工程实体，采用井下仰斜钻孔导高观测仪，对工作面开采后导水裂隙带发育高度进行了现场监测，获得了浅埋深厚含水松散层下煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度，与理论计算结果和数值模拟结果相吻合。根据项目计划任务书的安排，完成了全部研究内容。在国家自然科学基金项目资助下，发表学术论文11篇，其中被SCI检索的期刊论文2篇，EI检索1篇，已录用待发论文1篇（EI源刊），核心期刊论文7篇；出版学术专著1部。研究成果获中国煤炭工业科学技术二等奖、三等奖各一项，获河南省科技进步三等奖1项，获河南省第二届自然科学优秀学术著作二等奖1项，获河南省自然科学优秀学术论文三等奖1项。