西部黄土沟壑区采动地裂缝发育规律及治理技术研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianshanfeiren
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随着东部矿区资源的日渐衰竭,煤炭西进战略已成现实,西部矿区地下资源开采造成的地裂缝灾害日益引起人们的关注。西部矿区具有埋藏浅、基岩薄、厚松散层覆盖、地形起伏大等特点,地裂缝受到地质采矿环境及地形地貌条件的双重胁迫作用,发育规律复杂。本文针对西部黄土沟壑区采动地裂缝灾害,在现场实测的基础上,辅以土力学实验、岩石力学实验、数值模拟等实验手段,基于开采沉陷理论、覆岩破坏理论、坡体滑移理论,提出了采动地裂缝的分类方法,研究了采动地裂缝的发育规律,揭示了采动地裂缝的形成机理,建立了各种不同类型采动地裂缝的预测模型,提出了适合西部矿区采动地裂缝的综合治理技术措施,主要研究成果如下:(1)以神东矿区典型黄土沟壑区为研究基地,在现场工程钻探、土力学实验、岩石力学实验的基础上,研究了黄土沟壑区松散层及覆岩物理力学性质;在大柳塔矿12208、22201、52304三个工作面建立了地表移动与地裂缝发育综合监测网络,分别研究了1-2、2-2、5-2三个不同埋深煤层开采的地表移动规律,以及地裂缝发育规律。(2)在对西部黄土沟壑区采动地裂缝灾害统计分类的基础上,提出了采动地裂缝的分类方法。根据发育时段,分为采动过程中的临时性地裂缝和地表稳沉后的永久性地裂缝;根据形成机理,将采动地裂缝分为拉伸型、挤压型、塌陷型、滑动型4种类型,分析了各种裂缝的特征。(3)结合开采沉陷、覆岩破坏及坡体滑移理论,揭示了不同类型采动地裂缝的力学机理,建立了预测模型。拉伸型地裂缝是由于地表的水平变形超过表土的极限拉伸应变而形成,一般在工作面边界处的地表拉伸区发育;挤压型地裂缝是由于表土受到压缩变形隆起而形成的,一般随着工作面推进在地表的动态压缩区发育;塌陷型地裂缝是由于覆岩整体破断直至地表塌陷而形成的,一般在工作面正上方,随着基本顶的破断动态发育;滑动型地裂缝是由于采动影响与坡体的滑移共同叠加形成的,仅当在沟谷下开采时发育。(4)采用数值模拟方法,研究了沟谷地形条件下采动地裂缝的发育规律。针对沟谷地形下开采形成的滑动型地裂缝,采用UDEC数值模拟方法,研究了地表沟谷不同坡度、沟谷与工作面不同相对位置下的采动地裂缝动、静态发育规律。(5)研究了西部黄土沟壑区采动地裂缝影响因素。采用现场实测及实验数据,分析了地裂缝发育与开采速度、基岩采厚比、地表变形、地形地貌等因素之间的关系,建立了西部黄土沟壑矿区采动地裂缝经验预测模型。(6)针对采动过程中的临时性裂缝和地表稳沉后的永久性裂缝,研究了采动地裂缝差异化治理技术,提出了“深部充填-浅层覆土-植被建设”的采动地裂缝综合治理三步法,研制了超高水材料地裂缝充填系统;以晋陕蒙接壤区煤炭基地生态建设关键技术示范工程为试验基地,进行了地裂缝充填治理工程试验,为西部黄土沟壑区采动地裂缝灾害治理提供了技术支撑。
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