煤層頂板松散承壓含水層滲流突涌特性及致災(zāi)機(jī)理與防治研究.pdf

1、我國煤炭資源儲量豐富，但多數(shù)煤礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，受水害威脅的面積、類型與程度均為世界上罕見。特別地，我國許多煤礦厚表土層底部存在著一層以沙土、砂礫為主要骨架組成的松散承壓含水層，存在于煤層的頂部。采掘過程中的頂板水害是威脅煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一。采礦活動產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶溝通了煤層上覆巖體中的含水層，導(dǎo)致含水層水涌入礦井工作面而造成的災(zāi)害或使工作面工作條件惡化難以繼續(xù)生產(chǎn)，造成重大的人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。
　　為此，本論文以以祁

2、東井田所在的宿縣礦區(qū)為研究背景，在分析礦區(qū)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，對松散承壓含水層的主要特征、突水特性、滲流場、壓架突水機(jī)理及防治技術(shù)進(jìn)行了研究，完成的主要研究工作如下:
　　(1)在考察松散層形態(tài)特征、物理力學(xué)性質(zhì)、礦物以及物源的基礎(chǔ)上，綜合分析了松散層厚度、四含底界標(biāo)高、四含厚度、四含有效含水層厚度、四含黏土層厚度等特征。以多次突水災(zāi)害為基礎(chǔ)，探討了水害類型及涌水量特征。并進(jìn)一步分析了多個工作面處的水質(zhì)歷時變化情況，為

3、確定出水水源提供了依據(jù)。
　　(2)將四含單位涌水量、地層巖性、滲透系數(shù)、四含厚度和四含水位作為影響因素，運(yùn)用層次分析-模糊綜合評判法對四含劃分了10個水文地質(zhì)單元，獲得了各個水文地質(zhì)單元水文參數(shù)平均值;在水文地質(zhì)單元劃分的基礎(chǔ)上，概化研究區(qū)的水文地質(zhì)條件，建立水文地質(zhì)模型。并采用基于有限元方法的地下水?dāng)?shù)值模擬軟件FEFLOW對祁東井田的地下水流進(jìn)行數(shù)值模擬，并開展驗(yàn)證分析，取得了較好的效果。
　　(3)在對壓架災(zāi)害統(tǒng)計(jì)分析

4、的基礎(chǔ)上，以6130工作面壓架事故為例，探討了突水壓架災(zāi)害特征。利用UDCE數(shù)值計(jì)算與現(xiàn)場壓架、突水現(xiàn)場實(shí)測，分析了覆巖存在主亞關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)是祁東煤礦壓架、突水異常的特殊覆巖結(jié)構(gòu)，指出了此類工作面頂板來壓與水位變化具有聯(lián)動效應(yīng)。
　　(4)基巖厚度增加對關(guān)鍵層的破斷距有重要影響，當(dāng)覆巖中硬巖層層數(shù)增加或相鄰兩層硬巖層之間的間距增大到一定的程度后，覆巖將表現(xiàn)為多層關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)，不易產(chǎn)生整體復(fù)合破斷。
　　(5)根據(jù)松散承壓含水層下

5、采煤相關(guān)理論研究成果以及已有開采經(jīng)驗(yàn)，提出了頂板水害綜合防治技術(shù)，并重點(diǎn)介紹了基于地電場覆巖裂隙帶高度監(jiān)測預(yù)警，并提出了開采技術(shù)措施與防水安全措施。
　　通過上述工作，得到了下列認(rèn)識與結(jié)果:
　　(1)揭示了祁東礦井水文地質(zhì)單元的分區(qū)特性，獲得了各個水文地質(zhì)單元水文參數(shù)平均值，并以此進(jìn)一步建立數(shù)值模型，通過驗(yàn)證與識別得到了祁東井田的地下水流場信息。
　　(2)提出了存在主亞關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)是祁東煤礦壓架、突水異常的主要原因，

6、亞關(guān)鍵層的破斷導(dǎo)致工作面小周期來壓，主亞關(guān)鍵層的復(fù)合破斷導(dǎo)致工作面大周期來壓。影響豎向裂隙的發(fā)育高度的兩種主要因素是:關(guān)鍵層距承壓含水層距離和關(guān)鍵層與工作面的相互位置。
　　(3)提出了四含水文地質(zhì)條件綜合探查、壓架突水預(yù)測、綜合探放水、頂板預(yù)裂爆破、采用高阻力支架、安全煤巖柱的合理留設(shè)、優(yōu)化推進(jìn)速度、壓架突水綜合預(yù)警等四含頂板松散承壓含水層水害成套防治技術(shù)。各個技術(shù)均有優(yōu)缺點(diǎn)，需根據(jù)具體條件綜合運(yùn)用，確保承壓水體下采礦的安全與高