浅埋煤层粘土层隔水性采动破坏及控制机理研究

Yu shen fu mining causes severe damage on originally fragile ecological environment, implementation water resources protection mining is important content of promoting green mining technology and is the key of mining area sustainable development. Ground control, solid liquid coupling, hydraulics and hydrogeology will be used to research the subject. Through the research of clay layer's composition structure, water-physical property and mining influence, to reveal the water tightness destroy mechanism and regeneration law with the use of solid liquid coupling and bending damage. On the base of mining crack development law, criterionshallow coal seam clay layer mining water tightness will be established. Through establishment the clay layer mining water tightness mechanical model to put forward the height limit, range limit and interval mining method, to perfect coal mining with water conservation theory and technology system.

榆神府矿区煤炭开采对本来就脆弱的生态环境造成严重危害，实施水资源保护性开采是推动我国绿色开采技术发展的重要内容，是该矿区可持续发展的关键。课题拟采用岩层控制、固液耦合损伤理论、岩土水力学、水文地质学等理论,研究浅埋煤层隔水粘土层成分、结构和水理性质及采动影响，揭示粘土层隔水性能在固液耦合及弯曲损伤作用下的变形破坏机理和隔水性能的再生规律。基于粘土层隔水层采动裂隙的发育规律，建立浅埋煤层粘土层隔水层采动隔水性的力学模型及判据，提出浅埋煤层限高、限域和间隔式开采方法，完善浅埋煤层保水开采研究理论技术体系。

摘要：项目在国家自然科学青年基金的资助下，对浅埋煤层粘土层隔水性采动破坏及控制机理进行了系统深入的研究。通过采高2m长壁开采固态模拟表明，基岩25m土层大于66m条件下，土层中出现“弯曲损伤带”，可实现保水开采；基岩30m土层35m条件下，裂隙带高度约40m，波及到隔水层，考虑粘土遇水软化和膨胀使裂隙弥合，有可能实现保水；在基岩厚度35.0m，土层平均小于15.0 m的条件下，裂隙会贯通地表，应考虑采用其它开采方法如协调沉降开采方法等。通过固-液耦合模拟实验表明，适时失稳的临时煤柱可改变浅埋煤层中关键层的运动和破坏形式，抑制采动裂隙在隔水土层中的发展；稳定的隔离煤柱可限制岩块回转空间和滑落失稳，避免覆岩整体切落破坏，使上覆岩层中出现了明显的三带，隔水土层协调沉降进入弯曲下沉带。在理论、实验和数值模拟研究的基础上，提出了保护隔水土层不被破坏的协调沉降开采方法，建立了隔水土层隔水性判据，根据隔水岩土层厚度，裂隙带高度，表土层裂隙深度，厚土坪台区判据为，沟谷区判据为，在现场取得了成功试验。项目研究对于浅埋煤层粘土层隔水性采动破坏及控制具有重要的理论意义，对于榆神府矿区浅埋煤层绿色开发建设具有实践意义。