邹庄煤矿7401工作面综放开采防水煤柱留设研究

发布时间：2020-10-17 01:48

　　 水体下采煤时,防隔水煤(岩)柱的留设关系到整个矿井的安全生产。目前防隔水煤(岩)柱留设方法通常是按照“三下”规范(2017版)的规定来进行的,理论与实践成果表明,采用“三下”规范中经验公式计算综放开采导水裂隙带高度时具有一定的局限性,因此需要确定合理的理论公式对综放开采导水裂隙带高度进行预测,从而确定防隔水煤(岩)柱的合理留设尺寸,这对近松散层下综放开采突水溃沙灾害防治具有重要的实际应用价值,可以进一步解放滞留煤量,提高开采上限,同时对国内相似条件矿井开采具有推广应用价值。本论文以淮北邹庄煤矿7401工作面为研究对象,根据矿井现有地质资料以及煤岩层物理力学性质,采用现场钻孔施工、深部土、风氧化岩石矿物成分分析试验、理论分析、数值模拟计算等方法,对邹庄矿7401工作面防水煤柱的合理留设问题进行了研究。(1)对邹庄矿进行调研,收集相关现场资料,进一步确定实验场地和收集试验材料,分析了矿井与工作面地质、水文地质特征。(2)根据岩芯鉴定和钻孔资料统计结果,分析得到邹庄矿基岩风化带底板深度以及风化带的岩性组成,确定其工程地质性质对巨厚松散层下缩小保护煤岩柱提高煤层开采上限具有重要意义;通过邹庄矿四采区多个钻孔资料分析得出7401工作面土-岩接触类型主要为砂土-泥岩接触带和粘土-泥岩接触带,研究得出工作面的深部土岩接触带是可以作为防水保护层的,从而可以通过缩小防水煤柱的方法进一步提高回采上限。(3)取工作面内钻孔一定深度的土样和岩样进行试验,测试深部土以及风氧化带岩石矿物成分,进一步研究其工程地质性质,通过分析得出岩、土样中蒙脱石具有良好的隔水性能,吸水易膨胀,可使裂缝弥合,抑制裂隙的发育,减小导水裂隙带的高度。(4)通过“三下”规范经验公式、多因素拟合公式以及其它的经验公式计算工作面导水裂隙带的高度,同时以邹庄煤矿7401工作面为原型,依据工作面的勘察钻孔柱状图及煤岩层物理力学参数,利用数值模拟软件FLAC3D对煤层开采过程进行分析,研究厚松散层下综放开采工作面导水裂隙带的发育高度。对比多种理论计算公式得到的导水裂隙带高度,得出多因素拟合公式、其他经验公式以及数值模拟预计的导水裂隙带高度差距较小,有一定的统一性,最终确定导水裂隙带高度为109m。(5)分析不同土-岩接触类型下保护层的厚度,通过工作面水文地质条件,依据其水体类型、含水层的富水性、赋存条件等确定水体采动等级,防水安全煤(岩)柱其高度大于等于导水裂隙带高度与保护层厚度之和,经过计算最终得出防水安全煤(岩)柱的合理留设高度为140m。研究结果确定了7401工作面防水煤(岩)柱的留设尺寸,对提高煤层开采上限具有一定的参考价值,同时对淮北地区以及国内相似矿井突水溃沙防治具有借鉴意义。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD823.83
【部分图文】：

（3）取钻孔一定深度的土样和岩样进行试验，测试深部土以及风氧化带岩石矿物成分，进一步研究其工程地质性质，分析其隔水性能，从而确定其对煤层采动过程中导水裂隙带发育高度的影响。（4）通过“三下”规范经验公式、多因素拟合公式以及其他经验公式计算工作面导水裂隙带的高度，同时以邹庄煤矿 7401 工作面为原型，依据工作面的勘察钻孔柱状图及煤岩层物理力学参数，利用 FLAC3D 数值模拟软件对工作面煤层开采过程进行分析，研究厚松散层下综放开采工作面导水裂隙带的发育高度。通过对几种不同方法计算得到的导水裂隙带高度进行对比，最终确定较为合理的导水裂隙带高度。（5）分析不同土-岩接触类型下保护层的厚度，通过工作面水文地质条件，依据其水体类型、含水层的富水性、赋存条件等确定水体采动等级，经过实地考察与矿方的接触，出于安全角度考虑，矿方强烈要求留设防水安全煤（岩）柱，其高度应大于等于导水裂隙带高度加上保护层厚度之和，经过计算最终得出防水安全煤（岩）柱的合理留设高度。本论文以邹庄煤矿 7401 工作面为研究对象，设计技术路线如图 1-1 所示。

图 2-1 邹庄煤矿井田构造示意图Figure 2-1 Schematic diagram of mine field structure in zouzhuang coal mine1）褶曲构造（1）南坪向斜在 15-3 孔、21-7 孔、24-2 孔、25-3 孔一线，走向近北北东，矿区内长度约5.6km，近于贯穿全区，扬起端位于矿井西南部，向东北倾伏。扬起端地层倾角10°～20°左右，倾伏端倾角较小，一般 5°～10°左右；西北翼浅部较陡，倾角 20～30°左右；深部地层平缓，倾角 3～5°；向斜东南翼靠轴部倾角较缓，一般 3～5°，往矿井边界方向变陡，一般 10～20°，受断层的控制，局部倾角达 30°。（2）罗家向斜位于 22-2 孔～22-3 孔附近，轴向近东西，轴向长度约 2000m，西端仰起，东端被 NF26、NF28-1 断层切割；两翼地层倾角平缓，一般 10°左右。（3）杨大庄背斜位于 24-9 孔～2012-3 孔附近，轴向北东东近东西，轴向长度约 880m，东部止于 NF22-1 断层，褶曲宽缓，地层倾角平缓一般 8～9°。

在以构造裂隙为主的裂隙网络之中，以储存量为主。一般煤系砂岩裂隙含水层富水性弱，不能明显地划分出含、隔水层（段）。依据地层岩性组合特征和主采煤层赋存位置关系、裂隙发育程度，结合区域水文地质资料，本采区自上而下划分为三个含水层（段）和四个隔水层（段）。2.3 7401 工 作 面 地 质 与 水 文 地 质 条 件 （ Geological andHydrogeological Conditions of Working Face 7401）2.3.1 工作面概况1）空间位置7401 工作面位于副井西约 950m。地面分布有大丁家、东马庄、王马家等村庄以及农田、凤池沟、进厂公路，无大的水系。南至 18 勘探线以北 160 米左右；北接四采区中组煤轨运及回风巷；西以 72煤-400 米煤层底板等高线（工作面里段）及-380 米煤层底板等高线（工作面外段）为界；东邻 7403 设计工作面。工作面走向长 1685m，倾斜宽 100m，面积 145765m2，地质储量为 92 万吨。工作面平面图如 2-2 所示，相邻关系位置示意图见图 2-3。
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本文编号：2844090