煤矿掘进巷道顶板赋存砂岩含水层突水作用过程研究

发布时间：2020-09-27 14:59

　　矿井水害是煤矿五大灾害之一,麦垛山煤矿回风巷道顶板覆存砂岩含水层,距离为8m～28m,在掘进过程中,多次发生突水事故,其发生突水的原因是由于巷道顶板的导水通道沟通了地下水或地表水,或者直接揭露含水层而导致突水。因此,认识掘进巷道顶板稳定性与突水的关系,对有效预防矿井突水灾害具有重要意义。本文以麦垛山煤矿掘进回风巷道突水实例作为工程背景,通过理论和数值模拟方法,分析了煤矿掘进巷道工作面突水原因,论文主要研究成果如下:(1)从充水水源性质、含水层性质、含水层介质特征、突水位置以及突水通道的产生性质对煤矿掘进巷道突水类型进行分析与总结,并结合理论研究,得出煤矿掘进巷道工作面的破坏形式。(2)基于极限分析法,建立二维机动场模型,同时采用极限分析上限定理,得出极限破坏平衡关系式,推导出煤矿掘进巷道工作面机动场的极限破坏高度表达式,表明其主要影响因素包括围岩强度参数、上覆含水层、巷道掘进高度以及巷道埋深,并且得出以上影响因素对极限破坏高度的影响规律:极限破坏高度与围岩强度成反比;与巷道掘进高度、巷道埋深成正比;当顶板赋存砂岩含水层时,其极限破坏高度增大,同时考虑掘进巷道突水的危险。(3)依托麦垛山煤矿掘进回风巷道突水实例,采用FLAC3D对麦垛山煤矿掘进巷道进行数值模拟计算,并将理论值与数值模拟结果进行了对比分析。结果表明:数值模拟结果得出的塑性区分布形式与假设失稳滑动破坏形式相符;极限破坏高度值与数值模拟得出的塑性区高度值比较相近,从而验证了理论计算结果的合理性。(4)针对煤矿掘进巷道工作面极限破坏高度表达式,具有一定的工程意义:煤矿掘进巷道顶板一定距离存在砂岩含水层时,利用极限破坏高度表达式判别对煤矿掘进巷道突水进行预测,同时为解释麦垛山煤矿掘进巷道突水原因提供理论依据。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD745
【部分图文】：

统计图,煤矿事故,占比,统计图

1 绪论1.1 选题的背景及研究的意义1.1.1 选题的背景煤矿生产中发生的重大经济损失、人员伤亡事故，其事故原因总是与水有关，即煤矿突水灾害，因此为了做到煤矿安全生产，预防突水灾害是煤矿生产中的重要任务[1]。矿井中发生大型突水后，很短的时间就会导致巷道被淹、工作面被淹，掘进面的机械设备就会损坏，最可怕的是造成生命的消亡，其危害程度与瓦斯事故不相上下。直观的看，全国每年发生突水事故达 300 起，总计死亡人数为 1365 人，其中每年发生特大的水害事故达 30 起，死亡人数占总计的三分之一。以下统计了煤矿事故类型占比以及近为五年的煤矿事故数量及伤亡人数，如图 1 和图 2 所示。

煤矿掘进巷道顶板赋存砂岩含水层突水作用过程研究

近五年煤矿事故数量及伤亡人数矿井水害是煤矿五大灾害之一，煤矿发生突水的原因有水文地质因素和人为因素，

突水,掘进巷道,煤矿,老空水

西安科技大学全日制工程硕士学位论文突水有具有一定的隐蔽性。气降水与地表水来说，大部分导致在煤矿掘进巷道中造成突水充水水源，当大气降水与地表水为掘进巷道顶板一定距离的含道工作面产生的潜在区域，即裂隙发育区溃入掘进巷道中，因煤矿掘进巷道发生突水的重要因素。空水：采掘结束后，采空区没有被填满，形成一定空间，地下，形成大量积水，这类水体称为老空积水。其作为煤矿掘进巷煤矿新掘进巷道在已经采掘的煤层下方时，会提前进行探测及人为原因，导致巷道工作面存在潜在的破坏区域，并且破坏范老空积水，发生突水事故。比如：海子煤矿发生的突水事故，不正当的放炮导致老空水泄流到正在掘进的煤矿巷道，导致巷沟通老空积水。如图 2.1 所示。

【参考文献】