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_中国煤炭行业知识服务平台

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; 45103IP
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中生代砂岩细观结构对强度和能量耗散的影响

作者(Author)：赵永川, 刘洪磊, 杨天鸿, 徐涛, 李杨, 侯宪港, 秦涛

摘要：对取自东北部和西部侏罗白垩系煤矿中粒砂岩进行镜下观察,对比其矿物颗粒,胶结成分和结晶程度上的异同点,进行了三轴压缩试验和循环加载声发射试验,分析东北部和西部砂岩的强度和能量耗散特征,并用Kaiser效应和加卸载响应比理论研究了循环加载中的声发射规律。试验表明:以钙质胶结为主的东北部砂岩在Mohr-Coulomb准则下承载能力高于以钙泥质胶结为主的西部砂岩,随着压力的增大,耗散能所占比例呈现迅速降低、稳定、缓慢升高的趋势,且同等应力水平下东北部砂岩耗散能低于西部砂岩,Kaiser效应往往出现在低应力的弹性阶段,且在东北部砂岩中出现的频率和持续阶段要高于西部砂岩,加卸载响应比则出现急剧降低、缓慢平稳下降的趋势,在强度峰值点达到最小值,且东北部砂岩的加卸载响应比低于西部砂岩。东北部和西部砂岩的胶结物中泥质含量和重结晶成岩程度是产生上述力学性质和能量耗散特征差异的根本原因。

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2017年第02期

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西部煤层开采覆岩垮落及矿压显现影响因素研究

作者(Author)：刘洪磊, 杨天鸿, 张博华, 李杨, 侯宪港

摘要：西部矿区高强度开采引起覆岩变形-移动-破断是造成顶板大面积切落、突水溃沙等地质灾害以及水土流失等环境损伤的根源。采用数值模拟、现场微震监测和理论分析相结合的方法开展西部矿区煤层覆岩垮落及矿压显现规律影响因素研究。以小纪汗煤矿为例,开展了覆岩层变形、破断、垮落、"三带"形成规律的研究,以及不同开采速度下矿压显现规律研究,揭示了不同采高和开采速度对煤岩破坏的影响规律。现场微震监测结果表明,不同的推进速度会造成工作面不同的应力调整范围和不同的应力调整完整程度。通过2者综合分析,系统揭示了西部煤层覆岩垮落特征及"三带"形成演化规律,为建立高强度开采下覆岩结构破断规律及其稳定性判据的提出提供了科学依据。

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哈拉沟煤矿垮落带破碎岩体溃砂的离散元数值模拟研究

作者(Author)：梁艳坤, 隋旺华, 朱涛, 张新佳

摘要：采用离散元模拟了垮落带波及到松散砂层时导致的突水溃砂灾害。以神东矿区哈拉沟煤矿22402工作面为原型,采用分形理论分析了垮落带破碎岩体的块度分布特征,并利用离散元方法(DEM)根据破碎岩体的块度分布生成不规则碎石,建立了垮落带破碎岩体溃砂数值模型。模拟结果表明:垮落带破碎岩体间空隙较大且连通性好的通道会形成溃砂优势通道,垮落带残余的空洞空隙可以储存溃落的松散砂;大小不均、堆积混杂的垮落带破碎岩体对溃砂速度具有一定的阻挡作用,松散砂在溃砂通道内流动的速度分布呈纺锤形,通道中间的速度大于壁面的速度。

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基于时间分割算法的半干旱矿区植被动态特征分析

作者(Author)：王藏姣, 贾铎, 雷少刚, 牟守国

摘要：分析半干旱矿区植被扰动与恢复动态特征,对矿区生态环境保护具有指导意义。以大柳塔煤矿为例,利用时间轨迹分割算法提取1994—2014年植被扰动与恢复时间及幅度特征,分析大柳塔煤矿各用地类型区植被空间分异及植被对煤炭开采响应特征。结果表明:1各类型区植被扰动/恢复发生的时间集中,各区域均于1995年发生大面积扰动与恢复;露天开采区第2次大面积植被扰动与恢复时间分别为2006和2009年,而工作面、重建区和小窑为2010年。幅度方面,建成区及工业广场植被扰动与恢复平均幅度最大,小窑扰动幅度与恢复幅度间差值最高。各类型区植被最大扰动持续时长均低于最大恢复持续时长。2工作面尺度,植被对煤炭开采扰动响应具有滞后性。工作面采后2 a植被扰动发生面积最大,而植被恢复面积随采后时长逐渐扩大。植被平均扰动幅度高于平均恢复幅度。时长方面,平均扰动持续时长为1.54~2.40 a,平均恢复持续时长为4.06~7.18 a。

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2017年第02期

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煤系砂岩动态拉伸破坏及能量耗散特征的试验研究

作者(Author)：曹丽丽, 浦海, 李明, 茅献彪, 张连英

摘要：我国深部开采过程中,围岩处于显著的高应力扰动环境。动载作用下岩石拉伸力学特性的研究,是实现矿井围岩稳定性有效控制及安全生产的重要基础。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对煤层顶板砂岩进行动态巴西圆盘试验。研究结果表明:砂岩动态拉伸强度随加载速率的升高逐渐增强,这种依赖性在较高加载速率时更加显著;砂岩动态拉伸破坏经历主裂纹产生、微裂纹发育及裂纹相互贯穿3个阶段;随着加载速率的升高,试样破坏方式逐渐从单一张拉破坏逐渐发展为张拉破坏与局部剪切破坏共存,碎块平均体积逐渐减小,破坏程度逐渐提高;试验过程中,试样破坏所需的耗散能量随加载速率的升高逐渐增加,并且其占输入能量的比例逐渐提高,即砂岩破坏过程中能量利用率逐渐提高。

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浅埋房采区下近距离煤层开采动载矿压机理

作者(Author)：徐敬民, 朱卫兵, 鞠金峰

摘要：浅埋煤层工作面房采区下开采易发动载矿压甚至压架等灾害事故。以石圪台矿31201综采工作面典型房采煤柱下动载矿压的案例为基础,采用现场实测、理论分析、数值模拟和物理模拟手段对此类动载矿压发生的机理进行深入研究。研究结果表明:房采煤柱较集中煤柱更易失稳破坏;在下煤层采动和超前支承压力的影响下,房采煤柱突然大范围的失稳破坏会导致其上方关键层发生超前断裂,关键块体的逆向回转将过大的覆岩载荷传递至下方岩层结构,最终导致下位关键块体发生滑落失稳,这是造成工作面发生强烈动载矿压的根本原因。针对易发此类动载矿压的条件,从阻止或转移上覆岩层载荷的角度提出几点针对性的防治措施,其有效性和实用性得到了31201工作面后续安全开采的证实。

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西部高强度采煤区矿山地质灾害现状与防控技术

作者(Author)：范立民, 马雄德, 李永红, 李成, 姚超伟, 向茂西, 仵拨云, 彭捷

摘要：榆神府矿区是我国重要的原煤产地,高强度、大规模开采导致矿山地质灾害不断涌现。通过高分遥感结合地面调查研究了本区矿山地质灾害现状,结果表明:本区矿山地质灾害主要包括地面塌陷、地裂缝、矿震、地表水体缩减、地下水位下降、土地退化等。地面塌陷可划分为4个区,其中严重区与煤层开采强度相关性高;地裂缝分布空间维数在1.45~1.51,垂直工作面走向的裂缝多于顺工作面走向的裂缝;采空区塌陷引发地震46次,最大震级3.2级;水体灾害包括地表水体面积缩减和地下水位埋深下降,地下水位下降8 m以上的区域面积达33 km2;矸石压占对土地利用结构影响较大,但荒漠化程度总体上呈逆转趋势。开展矿山地质灾害防控技术研发,建立矿山地质灾害、地质环境监测体系,是矿山地质灾害防控的重点。

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西部典型侏罗系富煤区地下水补径排的同位素特征

作者(Author)：孙亚军, 崔思源, 徐智敏, 刘勇, 高尚, 张梦飞, 陈忠胜, 吴江峰

摘要：以位于吐哈盆地的大南湖矿区为例,结合该区侏罗系含煤地层渗透性好、富水性强、静储量大等典型水文地质特征,通过野外调查,沿区域主要补给方向共采取了9个地表水及地下水样,开展了氢氧同位素及水化学分析与测试;在获取研究区水样氢氧同位素特征并首次构建哈密地区氢氧同位素降雨线的基础上,系统研究了天山东段南麓区域地下水的补径排条件;结合研究区所处的干旱区域特征及主要构造的控水作用研究,基本阐明了大南湖凹陷特殊地下水系统的形成原因及水循环条件。研究结果表明:天山东段南麓雪融水是区域地下水的惟一远程补给水源,通过深渗透方式进行补给,主径流方向为由北东向南西,补给途径长;受研究区北部沙尔湖隆起、西部及南部觉罗塔格隆起、东部边界断层等隔水构造的控制,研究区总体水文地质条件较为封闭,地下水循环交替差,进而形成了大南湖矿区上侏罗系含水层具有以静储量为主、高矿化度的特殊水文地质特征。

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2017年第02期

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