煤層頂板松散承壓含水層滲流突涌特性及致災機理與防治研究.pdf

1、我國煤炭資源儲量豐富，但多數(shù)煤礦水文地質條件復雜，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)生的導水裂隙帶溝通了煤層上覆巖體中的含水層，導致含水層水涌入礦井工作面而造成的災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)工程地質與水文地質條件的基礎上，對松散承壓含水層的主要特征、突水特性、滲流場、壓架突水機理及防治技術進行了研究，完成的主要研究工作如下:
　　(1)在考察松散層形態(tài)特征、物理力學性質、礦物以及物源的基礎上，綜合分析了松散層厚度、四含底界標高、四含厚度、四含有效含水層厚度、四含黏土層厚度等特征。以多次突水災害為基礎，探討了水害類型及涌水量特征。并進一步分析了多個工作面處的水質歷時變化情況，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，運用層次分析-模糊綜合評判法對四含劃分了10個水文地質單元，獲得了各個水文地質單元水文參數(shù)平均值;在水文地質單元劃分的基礎上，概化研究區(qū)的水文地質條件，建立水文地質模型。并采用基于有限元方法的地下水數(shù)值模擬軟件FEFLOW對祁東井田的地下水流進行數(shù)值模擬，并開展驗證分析，取得了較好的效果。
　　(3)在對壓架災害統(tǒng)計分析

4、的基礎上，以6130工作面壓架事故為例，探討了突水壓架災害特征。利用UDCE數(shù)值計算與現(xiàn)場壓架、突水現(xiàn)場實測，分析了覆巖存在主亞關鍵層結構是祁東煤礦壓架、突水異常的特殊覆巖結構，指出了此類工作面頂板來壓與水位變化具有聯(lián)動效應。
　　(4)基巖厚度增加對關鍵層的破斷距有重要影響，當覆巖中硬巖層層數(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)為多層關鍵層結構，不易產(chǎn)生整體復合破斷。
　　(5)根據(jù)松散承壓含水層下

5、采煤相關理論研究成果以及已有開采經(jīng)驗，提出了頂板水害綜合防治技術，并重點介紹了基于地電場覆巖裂隙帶高度監(jiān)測預警，并提出了開采技術措施與防水安全措施。
　　通過上述工作，得到了下列認識與結果:
　　(1)揭示了祁東礦井水文地質單元的分區(qū)特性，獲得了各個水文地質單元水文參數(shù)平均值，并以此進一步建立數(shù)值模型，通過驗證與識別得到了祁東井田的地下水流場信息。
　　(2)提出了存在主亞關鍵層結構是祁東煤礦壓架、突水異常的主要原因，

6、亞關鍵層的破斷導致工作面小周期來壓，主亞關鍵層的復合破斷導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:關鍵層距承壓含水層距離和關鍵層與工作面的相互位置。
　　(3)提出了四含水文地質條件綜合探查、壓架突水預測、綜合探放水、頂板預裂爆破、采用高阻力支架、安全煤巖柱的合理留設、優(yōu)化推進速度、壓架突水綜合預警等四含頂板松散承壓含水層水害成套防治技術。各個技術均有優(yōu)缺點，需根據(jù)具體條件綜合運用，確保承壓水體下采礦的安全與高