西部矿区煤水协调开采物理与情景模拟实验研究-论文

针对西部煤炭主产区矿井水保护利用技术难题，以煤水协调开采为基本原则，自主设计了包含实验材料配制系统、模型框架加载系统、水压控制系统、柔性隔离层注浆控制系统、数据采集系统等5部分组成的煤水协调开采物理模拟实验平台;研制出由骨架结构物和胶结物组成的相似材料，其中骨架结构物用于调控相似材料弹性模量，胶结物用于调控相似材料整体强度，经检验，所研制材料的力学和渗流特性均满足相似模拟实验的基本要求;以西部宁东煤田麦垛山煤矿2号煤首采区为研究对象，开展了煤水协调共采物理相似模拟实验研究，工作面回采3~5个周期来压步距后，通过对隔水层进行注浆改造或压裂处理，分析煤水协调开采过程中导水裂隙带高度演化特征、7个测点水流变化情况以及顶板破断特征，研究表明:隔离层压裂改造位置应位于超前基岩顶板扰动范围之外，隔离层注浆改造应在岩层充分压实后(3~5个周期来压后)进行，采用压裂和注浆封堵相结合的工艺手段，隔离了“地下水”向下渗流通道，可以实现地下水原位保护。模拟研究了4种工况条件下人工隔水层的保水作用，首先对2号煤首采区上覆含(隔)水层系统进行数值概化，建立研究区地下水系统数值模型;然后利用矿区水文监测孔的水位数