松散含水層下淺部煤層開采突水潰砂機(jī)理及工程應(yīng)用.pdf

1、我國(guó)華北很多礦區(qū)新生界松散含水層直接覆蓋在煤系地層之上,對(duì)煤層的安全開采構(gòu)成了極大的威脅。為了使礦井能夠安全生產(chǎn),在進(jìn)行礦井設(shè)計(jì)時(shí),一般都按照有關(guān)規(guī)程或規(guī)定留設(shè)了相應(yīng)的安全煤巖柱。但是,礦區(qū)地質(zhì)條件千變?nèi)f化,影響安全煤巖柱留設(shè)的因素很多,留設(shè)安全煤巖柱時(shí),應(yīng)綜合分析井田的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,并與具體的開采條件相結(jié)合。
　　 本課題以宿縣煤田祁南煤礦為例,運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)鉆探與室內(nèi)測(cè)試技術(shù)開展了研究區(qū)域地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、松散含水層富水性

2、特征和覆巖阻隔水性能研究。得出以下結(jié)論:四含土以粘土、砂土、砂礫為主,主要礦物為石英、方解石和粘土礦物;四含為弱富水性含水層;32煤覆巖主要為泥類巖,具有良好的隔水性和再生隔水能力。因此確定研究區(qū)留設(shè)防砂安全煤巖柱。
　　 以31采區(qū)作為研究對(duì)象,運(yùn)用FLAC3D軟件對(duì)其建立了固流耦合三維數(shù)值模型,研究不同開采順序條件下相鄰工作面相繼開采時(shí),覆巖破壞演化規(guī)律、圍巖應(yīng)力、位移變化規(guī)律及四含滲流場(chǎng)、孔隙水壓力演變規(guī)律,模擬結(jié)果表明,

3、采用從深部向淺部的開采方案其豎向位移和塑性破壞區(qū)相對(duì)較小,但此方案應(yīng)做好淺部煤層開采時(shí)四含水的疏放工作。
　　 以311工作面為例,對(duì)單一工作面相繼開采時(shí)覆巖力學(xué)性質(zhì)、位移及含水層滲流等演化規(guī)律進(jìn)行了固流耦合數(shù)值模擬,結(jié)果表明,煤層開采使附近頂?shù)装鍑鷰r位移明顯增大,對(duì)較遠(yuǎn)(大尺度)煤柱及采空壓實(shí)段頂?shù)装鍑鷰r位移影響不明顯;圍巖破壞區(qū)主要為張拉破壞區(qū)和張剪破壞區(qū),張拉破壞區(qū)主要位于各開采步中部頂?shù)装甯浇?張剪破壞區(qū)主要位于各開采步

4、兩端頂?shù)装甯浇安煽諌簩?shí)區(qū),隨著開采的進(jìn)行,破壞區(qū)擴(kuò)張不明顯;滲流流速最大值隨開采進(jìn)行逐漸減小,在工作面開采初期時(shí),采動(dòng)破壞范圍廣,裂隙連通性強(qiáng),突水潰砂危險(xiǎn)最大。
　　 在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上得到了導(dǎo)水裂隙帶高度與垮落帶高度,模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果基本一致。結(jié)合數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)觀察和規(guī)程經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算等多種方法,確定以-375m作為31采區(qū)、33采區(qū)北部區(qū)域32煤層的開采上限,以-405m作為33采區(qū)南部32煤層的開采上