繆協(xié)興(保水開(kāi)采隔水關(guān)鍵層的基本概念及力學(xué)分析

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1、第３２卷第６期煤炭學(xué)報(bào)Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．６２００７年６月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＣＯＡＬＳＯＣＩＥＴＹＪｕｎｅ２００７文章編號(hào)：０２５３－９９９３（２００７）０６－０５６１－０４保水開(kāi)采隔水關(guān)鍵層的基本概念及力學(xué)分析繆協(xié)興，陳榮華，白海波（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江蘇徐州２２１００８）摘要：提出了在控制采場(chǎng)頂?shù)装逅\(yùn)移中隔水關(guān)鍵層的概念，建立了復(fù)合隔水關(guān)鍵層的基本力學(xué)模型，進(jìn)而對(duì)具有５層巖層組成的復(fù)合隔水關(guān)鍵層進(jìn)行了相關(guān)的強(qiáng)度和剛度分析，給出了不同組合的阻隔水能力判定．從巖層運(yùn)動(dòng)與水體運(yùn)移的視角提出了保水開(kāi)

2、采的礦壓控制思路，為開(kāi)發(fā)水資源保護(hù)性的煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)提供了相關(guān)的技術(shù)途徑．關(guān)鍵詞：保水開(kāi)采；隔水關(guān)鍵層；綠色開(kāi)采中圖分類號(hào)：ＴＤ３２２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ＡＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｃｏｎｃｅｐｔｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｉｓｔｉｎｇｋｅｙｓｔｒａｔａｉｎｗａｔｅｒｐｒｅｓｅｒｖｅｄｍｉｎｉｎｇＭＩＡＯＸｉｅｘｉｎｇ，ＣＨＥＮＲｏｎｇｈｕａ，ＢＡＩＨａｉｂｏ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘ

3、ｕｚｈｏｕ２２１００８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｓｉｓｔｉｎｇｋｅｙｓｔｒａｔａｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｒｏｏｆａｎｄｆｌｏｏｒｗａｔｅｒｍｏｖｅｍｅｎｔｉｎｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ，ａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｓｉｓｔｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄｋｅｙｓｔｒａｔａｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｓｉｓｔｉｎ

4、ｇｃｏｍｐｏｕｎｄｋｅｙｓｔｒａｔａ，ｗｈｉｃｈｗａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｆｉｖｅｒｏｃｋｓｅａｍｓ．Ａｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｏｒｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｃｋｓｅａｍｓｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｃｏｎｔｒｏｌｔｈｏｕｇｈｔｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｅｒｖｅｄｍｉｎｉｎｇｗａｓｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄｆｒｏｍｔｈｅｖｉｓｕａｌａｎｇｌｅｏｆｒｏｃｋｓｔｒａｔａｍｏｔｉｏｎａｎｄｗａｔｅｒ

5、ｍｏｖｅｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｐｐｒｏａｃｈｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅｇｒｅｅｎｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈｉｓｂｅｎｅｆｉｔｔｏｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｐｒｅｓｅｒｖｅｄｍｉｎｉｎｇ；ｗａｔｅｒｒｅｓｉｓｔｉｎｇｋｅｙｓｔｒａｔａ；ｇｒｅｅｎｍｉｎｉｎｇ隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，越來(lái)越強(qiáng)調(diào)發(fā)展與環(huán)境相協(xié)調(diào)的煤炭開(kāi)采技術(shù)，即開(kāi)發(fā)綠色采礦技［１，２］術(shù)．對(duì)水資源的保護(hù)性開(kāi)采技

6、術(shù)，是綠色采礦技術(shù)的核心內(nèi)容之一．將重點(diǎn)介紹保水開(kāi)采中的隔水關(guān)鍵層的基本概念及相應(yīng)的力學(xué)分析．［３～５］巖層控制的關(guān)鍵層理論中提到的“關(guān)鍵層”是指采動(dòng)巖體運(yùn)動(dòng)中起主要承載作用的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層，并控制采動(dòng)巖體破斷后的結(jié)構(gòu)形態(tài)．這里定義的保水開(kāi)采中的隔水關(guān)鍵層為：假設(shè)煤層上部含水層在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層的上方，或煤層下部含水層在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層的下方，如果結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層采動(dòng)后不破斷，則結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層可起到隔水作用，同時(shí)就是隔水關(guān)鍵層；如果結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層采動(dòng)后會(huì)發(fā)生破斷，但破斷裂隙被軟弱巖層所充［６］填，不形成滲流突水通道，則結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層與軟弱巖

7、層組合形成復(fù)合隔水關(guān)鍵層．因此，隔水關(guān)鍵層多為收稿日期：２００６－０４－０３責(zé)任編輯：柴海濤基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重大資助項(xiàng)目（５０４９０２７３）；國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目（５０６３４０５０）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（５０５７４０９０）；教育部科技研究重大資助項(xiàng)目（１０５０２４）作者簡(jiǎn)介：繆協(xié)興（１９５９－），男，江蘇江陰人，教授，博士生導(dǎo)師．Ｔｅｌ：０５１６－８３８８５２０５，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｘｍｉａｏ＠ｃｕｍｔｅｄｕｃｎ５６２煤炭學(xué)報(bào)２００７年第３２卷復(fù)合巖層所組成，限于文章篇幅，本文僅分

8、析隔水關(guān)鍵層的強(qiáng)度特征．１復(fù)合隔水關(guān)鍵層的力學(xué)模型以采場(chǎng)覆巖中的復(fù)合隔水關(guān)鍵層為例，無(wú)論由幾層巖層所組成，則其下層一定為較堅(jiān)硬的巖層．為了對(duì)復(fù)合隔水關(guān)鍵層強(qiáng)度分析有一定的代表性，這里以５層巖層組成的復(fù)合隔水關(guān)鍵層為例，建立其力學(xué)模型，并展開(kāi)相關(guān)的強(qiáng)度分析．５層巖層組成的復(fù)合隔水關(guān)鍵層力學(xué)模型如圖１圖１５層巖層組成的復(fù)合隔水關(guān)鍵層力學(xué)模型Ｆｉｇ１Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｒｅｓｉｓｔ