煤礦深部開采底板突水機(jī)理研究——以王峰井田為例.pdf

1、水源條件和導(dǎo)水通道是礦井突水的基本條件。對(duì)于底板巖溶突水來講,水源條件應(yīng)該是對(duì)巖溶含水層的特征進(jìn)行研究,而導(dǎo)水通道則應(yīng)該是對(duì)底板隔水層結(jié)構(gòu)的研究。通過研究底板隔水層受采動(dòng)破壞的規(guī)律,對(duì)人們認(rèn)識(shí)底板突水機(jī)理及有效預(yù)防突水事故的發(fā)生十分重要。本文以高承壓巖溶水下煤層的開采為背景,具體以王峰井田下組煤的開采為研究對(duì)象,圍繞底板隔水層由于采動(dòng)破壞誘發(fā)突水而展開研究。
　　首先,通過分析大量突水資料,歸納總結(jié)出底板突水六大影響因素:含水層的

2、富水性、含水層水頭壓力、底板巖層巖性及其組合特征、地質(zhì)構(gòu)造、礦山壓力及開采方法等;巖石的全應(yīng)力-應(yīng)變-滲透規(guī)律表明巖石的滲透特性與巖石的巖性和圍壓密切相關(guān),裂隙和孔隙變化引發(fā)巖石滲透率發(fā)生變化,因此對(duì)水巖相互作用進(jìn)行了研究;針對(duì)王峰井田內(nèi)奧灰?guī)r含水層的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)特征,提出王峰井田底板突水的兩類基本類型,即完整型底板突水和斷層型底板突水。在下三帶理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合水巖相互作用的機(jī)制,對(duì)底板突水的機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　其次,對(duì)

3、深部巖溶含水層的特征進(jìn)行了研究,認(rèn)為其在平面上和垂向上的分布并不均勻,深部巖溶滲透性及富水性規(guī)律都隨著埋深的加大而減弱;并對(duì)井田巖溶發(fā)育情況進(jìn)行了研究,認(rèn)為井田內(nèi)的奧陶系石灰?guī)r是由相對(duì)隔水層段與幾個(gè)含水層段復(fù)合而成的,上馬家溝組二段富水性最強(qiáng)且離煤系最近,故其是開采11#煤層時(shí)的充水水源。
　　第三,通過對(duì)奧陶系灰?guī)r頂部風(fēng)化帶成因進(jìn)行的研究,認(rèn)為風(fēng)化殼巖溶充填帶在全華北煤田普遍存在,處于風(fēng)化殼帶上的巖溶不發(fā)育,具有良好的阻水性能。

4、對(duì)研究區(qū)峰峰組頂部巖溶發(fā)育進(jìn)行了著重研究,采用收集前人資料、野外實(shí)地調(diào)查、水文地質(zhì)勘探、室內(nèi)外相關(guān)試驗(yàn)及測(cè)試等手段對(duì)峰峰組的隔水性進(jìn)行了驗(yàn)證,認(rèn)為在研究區(qū)內(nèi)峰峰組頂部存在厚度為40m左右的隔水層。
　　最后,采用數(shù)值模模擬手段,對(duì)11#煤層的開采進(jìn)行了不同孔隙水壓力、不同隔水層厚度狀況下模擬計(jì)算。揭示了深部底板隔水層在采動(dòng)影響下的采動(dòng)破壞規(guī)律。結(jié)果顯示,底板巖層的破裂深度和破裂范圍不因隔水層厚度的變化而發(fā)生明顯的變化,塑性破壞深度