招贤矿侏罗系软弱覆岩导水裂缝带时空演化研究

发布时间：2020-03-22 23:49

【摘要】：随着我国煤炭资源开发往西部转移,西北侏罗纪煤田开发规模和强度增大,水害问题日趋严峻。黄陇煤田侏罗系厚及特厚煤层覆岩具有成岩时间短、弱胶结、泥质含量高等特点,导水裂缝带发育较高。作为沟通上覆含水层的主要通道,无论从矿井安全生产还是水资源保护等因素出发,导水裂缝带的演化规律研究都十分重要。本文以招贤煤矿为研究对象,在分析研究区1307工作面厚及特厚煤层覆岩(含、隔水层)工程地质与水文地质特征的基础上,采用野外调查、原位实测、理论分析、数值模拟等方法,研究覆岩采动导水裂缝带发育规律和导水裂缝渗流规律,建立岩体主控-网络裂隙渗流模型,揭示侏罗系软弱覆岩导水裂缝带时空演化机理,并对采动过程中涌水量进行预计,为制定矿井防治水方案实现安全开采提供依据。通过岩芯工程地质编录、钻孔电视测井和钻孔冲洗液漏失量及水位变化观测等实测方法综合确定1307工作面导水裂缝带发育高度为198.8 m;基于规范计算值为160.03 m,与实测值误差约19.4%;基于FLAC3D数值模拟表明煤层推进125 m时导水裂缝带发育高度突破延安组进入直罗组,煤层推进160 m时导水裂缝带发育高度突破直罗组进入安定组,煤层推进600 m时导水裂缝带发育高度达到最大值为200.1 m,与实测值误差约0.65%。采用正交试验原理来进行厚及特厚煤层综放开采下覆岩导水裂缝带动态发育影响因素研究,结果表明随着煤层推进距离的增加,导水裂缝带发育高度逐渐增加,发育的形态依次分为四个阶段:初始缓慢发育阶段、迅速发育阶段、发育变缓阶段、发育平稳阶段。整体来看,导水裂缝带发育高度与采厚、采宽、煤层埋深都呈正相关关系,但从影响效果来看,前期煤层埋深和采厚影响效果较大,后期采宽逐渐变为主控因素。基于三维应力-渗流模型关系,采用FLAC3D数值模拟输出应力场进行渗透率变化研究,结果表明煤层采动引起覆岩裂隙移动破坏,从而导致渗透性变化,随着远离采空区,其变化逐渐减小,整体表现为采空区两侧及其顶板渗透率显著增加,采空区周边的渗透系数要大于中间采空区的渗透系数,但采空区周围横向上渗透系数变化的影响区域要远小于垂直方向上,即渗透系数的增加在水平方向上显著大于垂直方向上的增加,但其前者的增加范围要小于后者。根据工作面推进距离与导水裂隙带发育高度和覆岩渗透系数变化的关系将工作面进行分段,从而分段分层预计煤层采动期间的涌水量,预计结果表明不考虑上覆离层突水情况下导水裂缝带发育高度未突破延安组采动涌水量为21.32 m3/h,导水裂缝带高度发育至直罗组时采动涌水量为为75.61 m3/h,导水裂缝带发育高度突破直罗组时采动涌水量为335.06 m3/h,预计结果为工作面防治水措施设计提供了依据。
【图文】：

示意图,侏罗系煤层,白垩系,含水层

图 1-1 侏罗系煤层、软弱泥质顶板和白垩系巨厚高压含水层空间结构示意图Figure 1-1 Spatial structure of Jurassic coal seam, soft argillaceous roof and cretaceous thickhigh-pressure aquifer类矿井突水的孕灾及突水特征和以往突水有所不同。从矿井突水“三要素”（强度）上分析具有以下特征：1、突水“水源”并非天然含水层，而是由采系底部横向高位离层裂隙（空间）积水体，水体补给水源为白垩系巨厚含水定的体量和高位周期性发育特点；2、突水“通道”主要为采动引发的侏罗导水裂隙，其与离层裂隙（空间）积水贯通是引发大流量涌突水的主要原因裂隙受导水裂隙发育和高位亚关键层破断控制，同时具有动态演化特征，为3、突水“强度”（水量）由主控裂隙（纵向主导水裂隙和横向离层裂隙）制，具有瞬时量大、伴随强烈矿山压力和逐步减弱的特点。对上述灾害问题，，本文以陕西金源招贤煤矿为例，开展采动过程水文地质与、采动软弱覆岩导水裂缝带时空演化规律研究，为西北侏罗系特厚煤层综放量水害预测评价、水害防治和白垩系水资源保护提供科学理论依据，正确指产。

技术路线图,论文,采动,涌水量预测

1 绪论③通过应力-渗流耦合模型关系模拟采动状态下渗透率变化。（3）进行如下理论计算分析：①导水裂缝带发育高度计算。②应力-渗透率关系建立。③采动涌水量预测计算。④排水系统能力评价。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD745

【参考文献】