生態脆弱礦區煤層頂板水井下儲存結構及其穩定性研究

《生態脆弱礦區煤層頂板水井下儲存結構及其穩定性研究》是依託中國礦業大學，由姚強嶺擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：生態脆弱礦區煤層頂板水井下儲存結構及其穩定性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：姚強嶺
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

我國西部乾旱半乾旱礦區，生態環境及其脆弱，如何實現煤炭與水資源共同開採顯得尤為重要。煤層開採過程中，上覆含水層隨著岩層移動而下滲不可避免，甚至在隔水層缺失或破壞地段發生突水事故。為此，本課題以我國陝北、寧東煤田乾旱半乾旱地區侏羅系煤層為例，採用理論分析、岩石與相似模擬試驗、數值計算方法研究生態脆弱礦區煤層開採過程中頂板水井下儲存空間結構及其穩定性。通過研究單一煤層採區/帶區內區段/分帶不同開採順序頂板水流動規律及其礦井水儲存結構賦存形態，提出實現頂板水井下儲存的技術原理；研究礦井水儲存結構邊界煤岩體水作用下長期強度特徵和支承壓力的長期演化規律，提出儲水結構邊界煤柱載荷及其長期強度計算方法；研究不同含水狀態下侏羅系典型煤層、頂底板岩層強度、聲發射特徵，提出儲水結構邊界煤岩體變形失穩的預測指標。

結題摘要

本課題研究設計了煤岩體無損浸水和力學性質損傷特徵實驗方法，開發了水-錨固體實驗平台、設計了水-錨固劑環形剪下試驗；基於以上實驗方法和實驗平台，研究了典型煤系沉積岩礦物組分、微結構特徵，不同含水狀態下典型煤系沉積岩/煤-煤岩組合體強度損傷及聲發射特徵，開展了典型煤系沉積岩吸水、失水試驗；研究了不同含水率影響下煤岩體強度損傷演化規律，提出了反映含水率影響的煤岩損傷統計模型；利用彈塑性力學推導出了邊界煤岩柱塑性區寬度的計算公式；數值計算研究了水作用下岩石細觀參數的變化規律。研究發現：典型煤系沉積岩含水率與浸水時間滿足對數函式關係，可大致分為含水率增速較快、含水率增速減慢、含水率增速趨於零三個階段；典型煤系沉積岩單軸抗壓強度與含水率呈負線性關係，峰值應變隨含水率呈正線性變化，彈性模量與含水率呈負指數函式關係；峰值應變、單軸抗壓強度與浸水次數分別滿足正、負二次多項式關係，彈性模量與浸水次數呈負指數函式關係；法向和切向彈性模量及法向和切向粘結強度與含水率呈負線性關係；法向應變能密度在數值上低於切向應變能密度，二者均與含水率呈負線性關係。通過本課題的研究，能夠為防水煤岩柱、採空區儲水邊界煤岩柱等設計提供有益參考。