新疆侏罗系特厚煤层分层综放开采覆岩导水裂隙演化研究

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中文摘要：新疆侏罗系特厚煤田在分层开采、多煤层叠加开采等复杂高强度开采条件下，极易引发矿井水害。新疆侏罗系特厚煤田煤层厚度大、覆岩地质条件复杂，重复采动下导水裂隙带发育高度较高。导水裂隙演化规律研究对保障矿井安全生产和生态环境保护具有重大意义。本文以硫磺沟煤矿为研究对象，分析（9-15）08工作面特厚煤层覆岩工程地质与水文地质条件，采用原位实测、数值模拟、机器学习等方法，研究特厚煤层分层综放开采采动覆岩裂隙发育规律，建立覆岩导水裂隙带发育高度线性和非线性预测方法，揭示煤层覆岩采动岩体结构演化机理，开展涌水量预计和防水安全煤柱设计，为矿井防治水提供基础依据。通过钻孔冲洗液漏失量观测、钻孔水位变化、钻孔电视测井，结合岩芯工程地质编录等方法综合确定特厚煤层单煤层开采、煤层叠加开采与叠加开采条件下，下部特厚煤层分层综放开采覆岩导水裂隙带高度，实测结果表明重复扰动使导水裂隙带高度增大，特厚煤层分层综放开采覆岩导水裂隙发育高度与工作面开采尺寸、顶板覆岩强度、采厚、与上部采空区间距成正相关。无上部采空区，特厚煤层上分层开采时，导水裂隙带高度在开采前、中期导水裂隙带高度快速发展，中后期缓慢增大并保持稳定；下分层开采对覆岩重复扰动使导水裂隙带高度进一步发展，但覆岩破坏强度低于首分层开采。在上部采空区影响下，特厚煤层上分层开采导水裂隙带高度显著增大，导水裂隙带高度与工作面和采空区间距呈正相关；导水裂隙带高度发展经历三个阶段：前中期快速发展阶段、中后期缓慢发展阶段、后期稳定阶段。选取采高、采深、工作面斜长、硬岩比例系数、与采空区间距和分层层数作为粒子群优化算法-支持向量机模型预测主控因素，建立矿区导水裂隙带高度非线性预测模型。特厚煤层分层开采工作面回采结束后，采场覆岩自下而上依次形成“M”型小结构、“砌体梁”大结构、“压力拱”宏观结构。根据工作面导水裂隙带高度发育规律，将工作面划分不同区段，进行不同工况下涌水量预计，计算靠近老窑、断层带和火烧区防水安全煤柱，为工作面防治水措施提供参考依据。

作者：

段玉路

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关键词：

特厚煤层综放开采叠加开采采动岩体结构导水裂隙带

授予学位：

硕士

学科专业：

地质工程

导师：

乔伟

学位年度：

2023

学位授予单位：

中国矿业大学(江苏)

语种：

中文

中图分类号：