多煤层开采覆岩采动效应及顶板水害预测研究

发布时间：2020-04-19 20:46

【摘要】：我国煤矿开采已有百年之余,随着经济水平的发展,对煤炭需求量逐年增加,开采条件简单的煤层都将枯竭,而随着开采深度增加,多煤层开采现象越来越普遍,但多煤层开采受层间岩性组合、层间间距与开采生产条件等因素影响,引起了诸多开采问题,如顶板离层水害、顶板二次破断与强矿压等,威胁煤矿安全生产。本文以五轮山煤矿8煤、6~(-3)煤与3煤叠加开采为背景,结合8煤与6~(-3)煤已采工作面涌突水情况,研究其顶板覆岩破坏机理,通过现场调研、理论分析与数值模拟等方法相结合,重点研究6~(-3)煤1601工作面的离层位置、破断距与导水裂隙带高度,并且对一采区涌突水危险性分区。(1)通过五轮山煤矿钻孔资料,研究各煤层与层间岩性组合分布特征。分析得出一采区8煤与3煤空间赋存比较稳定,整体变化趋势是由东向西煤层厚度减弱,6~(-3)煤厚度变化较大;各煤层顶板岩性组合均为细砂岩、粉砂岩、泥岩、煤与灰岩互层,但各岩性占比不一,8煤顶板主要以细砂岩与粉砂岩为主,6~(-3)煤顶板主要以粉砂岩、泥岩与细砂岩为主,3煤顶板主要以粉砂岩与泥岩为主。(2)分析1601工作面涌突水,判定1601工作面直接充水水源为龙潭组上段(P_3l~3)中的砂岩裂隙水,间接充水水源为长兴大隆组(P_3c+d)。通过理论计算,基于关键层理论对1601工作面关键层位置进行初步判别,结合工作面突水分析,初步确定1601工作面主关键层在3煤底板细砂岩底部,其附近可能会形成离层空间;基于板理论与对工作面进行破断距计算,结合1601工作面突水时工作面所处位置,预计1601工作面周期破断距为68m,1603工作面周期破断距为73m;综合经验公式与基于关键层位置对导水裂隙带高度预计,初步预计1601工作面开采后导水裂隙带发育高度最大为39.8m。(3)通过离散元3DEC对工作面开采覆岩破断进行模拟,在下部8煤工作面开采结束后,在距8煤煤层顶板42m处龙潭组上段5~(-3)煤顶板细砂岩、泥质粉砂岩与灰岩、泥质粉砂岩附近产生离层,在1601工作面推进过程中,先期工作面开采时形成的离层空间逐渐被压实,工作面推进结束,离层发育在龙潭组灰岩、泥质粉砂岩与细砂岩,与理论计算一致。(4)根据1601工作面实际涌水量,结合“大井法”、比拟法与考虑离层水均匀下泄条件下涌水量预计,1603工作面不考虑离层水的正常涌水量预计为46-57.5m~3/h;考虑离层水均匀下泄时,预计正常涌水量64-75.5m~3/h;最大涌水量约为265m~3/h。(5)利用层次分析法对一采区涌突水危险性分区,选取的七个评价指标献度关系为:6~(-3)煤厚度导水裂隙带发育高度6~(-3)煤顶板至K2灰岩层高度含水层厚度泥岩厚度比8煤厚度保护层厚度,其中正相关因素为:6~(-3)煤厚度、导水裂隙带发育高度、8煤厚度与含水层厚度,负相关因素为:6~(-3)煤顶板至K2灰岩层高度、保护层厚度与泥岩厚度比;分区结果为采区北边界附近处于危险区,南边界与西边界夹角处与东边界中部小范围是相对安全区,其余部分都处于相对危险区。
【图文】：

纲要图,区域构造,标高,相对高差

工程硕士专业学位论文以河谷、冲沟等侵蚀地貌为主，，地形标高一般在+1500-+2000m 间。河谷标高一般在+1346+1800m 间，相对高差一般在 300-500m 间。最高海拔为+2152.92m（对叉垭口三角点），最低侵蚀基准面标高为+1346m（水公河与矿区边界相交处木瓜田寨附近）相对高差为806.92m。地势总体为西北高，东南低，地层呈单面山向水公河向斜轴倾斜，见图 2-2。

水文地质图,水文地质

枯季无水，厚度大于 200m；钻孔见此地层简易水文均无变化。各地层在孔隙发育程度、富水性、透水性等方面均具非均质性，表现极不均一，即含水层、隔水层亦如此。在含水层的空隙面的法向上具有隔水作用；而隔水层在裂隙部位也见有一定的富水性和透水能力。补勘钻孔揭露地层情况及其富水性评价见表24.2 矿井充水条件1）充水水源五轮山煤矿属裂隙类水文地质条件简单的矿床，大气降水是主要间接充水水源，充单，煤系地层为良好的隔水层，但受大气降水和煤层开采后产生裂隙的影响，雨季涌将大大增加。大气降水是本区地下水的主要补给来源，矿井充水直接或间接受到大气降水的影区年降雨量为 956.8-1494.6mm，日降雨量最高为 131.2mm。由于地形条件及雨源型溪特定条件，井田内树枝状“V”字型冲沟发育，有利于地表水排泄，地下水具有循环浅流短、排泄集中等特点，降水基本顺着地层倾向或斜坡向水公河、三岔河及其两侧冲其它冲沟排泄。
【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】：TD745.2

【参考文献】