煤矿地下水库储水空间构成分析及计算方法

论文摘要

针对西部近水平煤层煤矿地下水库有效储水空间难以确定的问题,提出了利用地下水库上覆各分界岩层的垂直位移轨迹方程计算各分带岩层冒落前后的体积差,从而确定煤矿地下水库不同分带内岩层的有效储水空间,解决了现有煤矿地下水库储水系数难以确定,导致地下水库储水空间计算困难的问题。基于工作面上覆岩层断裂分带划分结果,确定煤矿地下水库的主要储水空间为垮落带与块体铰接带垮落岩层的空隙、裂隙与离层空间,得出了近水平煤层垮落带与块体铰接带有效储水空间的计算表达式。基于结构力学与断裂力学理论,分析了垮落带分界岩层可能形成的3种不同结构形式,推导了砌体梁结构、台阶岩梁结构及完全垮落情况下工作面上覆垮落带、块体铰接带分界岩层的垂直位移轨迹方程,得出了上覆不同岩层结构煤矿地下水库的有效储水空间理论计算表达式。以大柳塔煤矿近水平煤层煤矿地下水库工程实践为依托,采用UDEC数值模拟计算方法分析了工作面上覆岩层的断裂结构,研究得出了地下水库上覆各分界岩层的垂直位移轨迹曲线,发现地下水库四周边界位置较中间位置的垂直位移量小,即四周边界位置具有更大的储水空间。采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对各分界岩层的垂直位移曲线进行了拟合分析,得出了煤矿地下水库的有效储水空间。基于不同计算时步上覆岩层垂直位移曲线的差异,分析了煤矿地下水库储水空间的时空演化规律。通过在大柳塔煤矿进行现场抽放水试验,验证了上述煤矿地下水库有效储水空间计算方法的可行性及计算结果的可靠性。

论文目录

• 1 煤矿地下水库储水空间构成分析
• 2 分界岩层的垂直位移轨迹分析
•   2.1 垮落带分界岩层的垂直位移轨迹分析
•     2.1.1 砌体梁铰接结构分界岩层垂直位移轨迹
•     2.1.2 台阶岩梁结构分界岩层垂直位移轨迹
•     2.1.3 完全垮落形成稳定结构的垂直位移轨迹
•   2.2 块体铰接带分界岩层的垂直位移轨迹分析
•   2.3 底板岩层底臌变形的垂直位移轨迹分析
•   2.4 地下水库有效储水空间计算
• 3 地下水库储水空间分析计算
•   3.1 覆岩断裂结构及分界岩层垂直位移轨迹计算
•   3.2 地下水库储水空间的“时-空”演化分析
• 4 工程验证
• 5 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 庞义辉,李全生,曹光明,周保精

关键词: 地下水库,断裂结构,垂直位移轨迹,储水空间,时空演化规律

来源: 煤炭学报 2019年02期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程,安全科学与灾害防治

单位: 天地科技股份有限公司开采设计事业部,煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院

基金: 国家自然科学基金资助项目(51674243)

分类号: TD74

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.0417

页码: 557-566

总页数: 10

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