【摘 要】
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在我国各类煤矿生产早期,为了防止浅部松散层水害事故的发生,在松散层下的煤层露头区留设大量防水煤柱。而在矿井长期开采及疏水工程的作用下,浅部松散层水逐步被疏干,上述各类煤柱也逐步得以解放,逐步具备了回收和安全开采的条件。本文以位于徐州矿区的张双楼煤矿为例,开展该矿松散层下开采水文地质条件演化过程、顶板采动覆岩破坏规律以及防水煤柱安全回收上限的基础与应用研究,主要研究成果如下:(1)提出了开采条件下水
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在我国各类煤矿生产早期,为了防止浅部松散层水害事故的发生,在松散层下的煤层露头区留设大量防水煤柱。而在矿井长期开采及疏水工程的作用下,浅部松散层水逐步被疏干,上述各类煤柱也逐步得以解放,逐步具备了回收和安全开采的条件。本文以位于徐州矿区的张双楼煤矿为例,开展该矿松散层下开采水文地质条件演化过程、顶板采动覆岩破坏规律以及防水煤柱安全回收上限的基础与应用研究,主要研究成果如下:（1）提出了开采条件下水文地质条件演化过程的动态评价与计算方法:根据“地下水动力学”中的井流计算方法和原理,结合实际条件,提出了采用“移动大井法”计算工作面（采区）推进过程中矿井涌水量的原理和方法,构建了研究区相应的水文地质数值模型,通过理论计算和GMS数值模拟,揭示了研究区第四系底砾层在采动条件下的动态流场演化规律与疏干过程,得出了研究区松散底砾层经过10～12年开采扰动基本被疏干的主要认识,并通过现场探查结果得到证实,使得研究区具备了留设防砂煤柱和提高开采上限（或提高防水煤柱回收上限）的基本水文地质条件。（2）揭示了采动条件下覆岩的采动破坏过程和特征:利用FLAC3D构建了研究区三维地质体数值模型,同时搭建相似材料模型,通过动态开挖,揭示了不同开采阶段顶板的变形、破坏过程、发育形态和特征,结合在典型工作面布置的并行网络电法CT技术的动态监测结果验证,综合获取了研究区采动覆岩破坏的似“马鞍状”发育形态,以及采厚3.8m条件下垮落带高度15～17m、导水裂缝带高度40～45m的主要结论。（3）提出了研究区防水煤柱安全回收上限的评价方法:根据上述顶板采动破坏的研究结果,结合邻近矿区或相似条件下的实测资料,通过回归分析拟合得出了研究区垮落带发育高度的计算公式,并确定了适用于研究区确定防水煤柱回收上限的计算公式:Hs≥2.92M+3.95+Hb（Hb为保护层厚度;M为采厚）,建议公式的应用范围在2.8～6m之间。应用该成果,使得7煤在松散底砾层水文地质条件发生重大改后,开采上限在原留设防水煤柱的基础上提高了约40m,解放7煤约160万t的煤炭资源,具有近5亿元的直接经济效益。综上所述,本研究不仅提高了张双楼矿煤柱资源的回收率,也可为我国东部矿区其他相似矿井收缩开采阶段防水煤柱的回收提供重要的理论依据和借鉴意义。并且,对矿井生产后期浅部煤柱资源的安全回收具有重要的工程意义。本论文有图53幅,表26个,参考文献103篇。
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