松散承壓含水層下采煤壓架突水災害發(fā)生條件及防治研究.pdf

1、我國華東、華北等礦區(qū)內煤系地層普遍被第四系巨厚松散層覆蓋,該松散層底部存在著一層以非膠結沙土、砂礫、礫石為骨架的承壓含水層,鄰近該松散承壓含水層的工作面在開采過程中,曾發(fā)生多起壓架突水災害。以皖北祁東煤礦為例,直接賦存于基巖上部的松散含水層的平均厚度為35～50m,靜水水壓達3～4MPa。自2002年投產以來,該礦相繼在8個工作面發(fā)生了17起壓架突水事故,嚴重影響了礦井的正常生產,造成了巨大的經濟損失。針對松散承壓含水層下采煤壓架突水災

2、害問題,論文綜合運用理論分析、數值模擬與物理模擬試驗、現場實測等手段,就松散承壓含水層下采煤壓架突水災害的發(fā)生機理、發(fā)生條件及防治對策等進行了深入的研究。
　　通過理論與模擬實驗研究,揭示了松散承壓含水層下采煤壓架突水災害的產生機理,得出松散承壓含水層的載荷傳遞作用導致一定覆巖條件的關鍵層結構發(fā)生整體破斷是引發(fā)上述壓架突水災害的根本原因。研究掌握了松散承壓含水層骨架特征、覆巖關鍵層結構、主關鍵層結構穩(wěn)定性等因素對工作面壓架突水的影

3、響規(guī)律。當含水層骨架以粗顆粒砂礫為主時,含水層厚度越大、滲透性能越好,載荷傳遞系數越大,覆巖關鍵層越容易發(fā)生復合破斷。在含水層載荷傳遞系數較大的情況下,如果覆巖中存在堅硬巖層,那么基巖厚度越小、煤層上方10倍采高范圍內存在厚硬巖層、煤層上方第1層硬巖層厚度越大時,覆巖容易發(fā)生整體復合破斷導致壓架事故,此時主關鍵層一般處于失穩(wěn)狀態(tài),頂板導水裂隙異常發(fā)育并溝通含水層,引發(fā)突水災害。
　　為實現松散承壓含水層下工作面的安全開采,研究形成

4、了“危險區(qū)域預測—水位預警—實時調控”的災害防治技術體系。根據壓架突水災害的發(fā)生條件,提出了松散承壓含水層下采煤工作面壓架突水危險區(qū)域的預測方法,即首先確定含水層載荷傳遞系數,在該系數較大的情況下,再根據鉆孔柱狀判斷易發(fā)生復合破斷的區(qū)域,即壓架突水的危險區(qū)域;針對危險區(qū)域內工作面的安全開采,提出基于關鍵層位置的頂板預裂爆破和采用高阻力支架等措施來防范壓架突水災害;在工作面開采過程中,基于長觀孔水位與頂板來壓的聯動效應,結合地下水動力學原