华北隐伏型煤田松散承压含水层下开采顶板突水预测与防治技术研究

发布时间：2017-08-12 11:03

  本文关键词：华北隐伏型煤田松散承压含水层下开采顶板突水预测与防治技术研究

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【摘要】：我国华北型煤田内煤系地层普遍被厚松散层所覆盖,松散层底部存在一层以非胶结砂土与砂砾等为骨架的承压含水层。随着煤矿开采规模的扩大和开采上限的提高,松散承压含水层下煤层顶板突水事故屡有发生,造成了严重的地质危害并妨害了煤矿正常的安全生产。本文以位于淮北煤田的祁东煤矿南部采区为主要研究区。首先,在充分收集和处理研究区内地质及水文地质等资料的基础上,分析了研究区内松散层底部含水层(“四含”)、“底粘”、基岩及断层等方面的分布规律。其次,分别利用Fisher判别分析法与GIS-AHP多元信息融合法预测了研究区松散承压含水层下61、82及9煤层开采顶板突水危险区,并将两种方法得到的预测结果进行对比分析。最后,基于离散元软件UDEC对研究区61煤层工作面开采进行流固耦合模拟,判识突水隐患,并结合《“三下采煤”规程》确定了研究区松散承压含水层下61煤层开采斜向(近四含)与水平向(近魏庙断层)的防水煤岩柱留设。得出的主要结论为：通过Fisher判别法与GIS-AHP多元信息融合法预测的顶板突水区分布范围大小虽不相同,但分布位置较为类似,同时具有3种依次排列的不同突水危险类型。由UDEC流固耦合模拟结果可知,在煤层开采过程中,覆岩以发育离层裂隙为主,垂向裂隙为辅。离层裂隙与垂向裂隙相互沟通,水压与渗流速率增大是识别导水通道形成的关键因素。结合数值模拟结果与规程计算,确定了祁东煤矿南部采区四含下61煤层开采斜向防水煤岩柱垂高90 m,开采上限标高为-509.36 m；水平向的断层防水煤岩柱宽度为30.7 m。
【关键词】：松散承压含水层 Fisher判别分析法 GIS-AHP多元信息融合法 流固耦合数值模拟 防水煤岩柱
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD745
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-26
• 1.1 选题依据及意义17-18
• 1.2 国内外研究现状18-23
• 1.2.1 覆岩破坏理论的研究现状18-20
• 1.2.2 松散承压含水层下突水机理研究现状20-21
• 1.2.3 松散承压含水层下突水预防研究现状21-23
• 1.3 论文研究内容及技术路线23-24
• 1.4 技术关键24-25
• 1.5 创新点25-26
• 第二章 祁东煤矿区域地质及水文地质26-30
• 2.1 区域背景26-27
• 2.1.1 区域地质构造26
• 2.1.2 区域松散层分布26-27
• 2.2 祁东煤矿地质及水文地质27-30
• 2.2.1 地质条件27-28
• 2.2.2 水文地质条件28-30
• 第三章 祁东煤矿南部采区地质与水文地质条件分析30-61
• 3.1 松散层地质特征30-36
• 3.1.1 松散层厚度30-32
• 3.1.2 三隔厚度32-34
• 3.1.3 四含厚度及四含有效厚度34
• 3.1.4 底粘厚度34-36
• 3.2 四含水文地质条件分析36-40
• 3.2.1 富水性36-38
• 3.2.2 含水层荷载传递系数分布38-40
• 3.3 基岩地质特征分析40-56
• 3.3.1 基岩与基岩风化带厚度分布40-43
• 3.3.2 有效保护层厚度43-48
• 3.3.3 基岩断层发育特征48-56
• 3.4 基岩关键层特征56-60
• 3.4.1 关键层的定义56
• 3.4.2 关键层的判别56-57
• 3.4.3 典型钻孔主关键层的判别结果57-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第四章 基于Fisher判别分析法的煤层顶板突水危险区预测61-75
• 4.1 Fisher判别分析法61-62
• 4.2 煤层顶板突水危险类型划分62-64
• 4.3 Fisher判别评价指标及训练样本64-67
• 4.3.1 Fisher判别评价指标的选取64-66
• 4.3.2 训练样本66-67
• 4.4 煤层顶板突水的Fisher判别模型的建立67-68
• 4.5 判别模型检验68-69
• 4.6 南部采区煤层突水危险区域预测69-74
• 4.7 本章小结74-75
• 第五章 基于GIS-AHP多元信息融合顶板突水危险区预测75-86
• 5.1 理论方法75-77
• 5.1.1 GIS-AHP多元信息融合思路75
• 5.1.2 权重的确定75-77
• 5.1.3 GIS软件77
• 5.2 主控因素的选取77-78
• 5.3 主控因素专题图的建立与归一化78-80
• 5.4 层次分析结构模型的建立80-82
• 5.4.1 层次分析结构模型80-81
• 5.4.2 层次分析判断矩阵与权重计算81-82
• 5.5 煤层顶板突水危险性分区82-84
• 5.6 两种煤层顶板突水预测方法结果分析84-85
• 5.7 本章小结85-86
• 第六章 基于UDEC流固耦合的松散承压含水层下安全煤岩柱留设86-99
• 6.1 基本理论与软件介绍86-88
• 6.1.1 流固耦合理论86
• 6.1.2 UDEC软件简介86-87
• 6.1.3 UDEC中的流固耦合分析87-88
• 6.2 数值模型88-93
• 6.2.1 模型的建立及赋参88-91
• 6.2.2 试采方案的确定91-92
• 6.2.3 检测线的设置92-93
• 6.3 试采模拟结果及讨论93-97
• 6.3.1 方案1：斜向近四含开采93-96
• 6.3.2 方案2:水平向近断层开采96-97
• 6.4 安全煤岩柱的留设97
• 6.5 本章小结97-99
• 第七章 结论与展望99-101
• 7.1 结论99-100
• 7.2 展望100-101
• 参考文献101-107
• 附录1 祁东煤矿北部采区含水层荷载传递系数107-109
• 附录2 祁东煤矿北部采区不同尺度下各区域含断层的格子数与分形规律统计109-111
• 附录3 祁东煤矿主关键层到主采煤层距离统计111-116
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况116-117

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本文编号：661237