9101综放面采前防治水安全性评价

发布时间：2017-09-24 03:35

  本文关键词：9101综放面采前防治水安全性评价

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【摘要】：我国受水害威胁煤层量大面广,且频发突水致灾淹井事故,不仅经济损失大,而且破坏了矿区生态水环境,同时造成严重的社会危害。因此,开展受奥灰水、断层水和采空区积水等多水源威胁工作面采前水患分析与防治研究,对于昌恒矿安全生产具有重要意义,也是十分必要的。论文在查阅国内外相关文献资料的基础上,以山西昌恒煤矿9101综放工作面为依托,收集了该矿水文地质、工程地质和生产技术资料,运用岩石力学、水害防治等相关领域的知识,采用理论分析、室内测试、数值模拟研究等方法,系统分析了影响多水源威胁煤层安全开采的影响因素,重点研究了采空区积水、煤层顶底板砂岩裂隙水、底板奥灰水、断层等在采动影响下演化规律,预计了工作面涌水量。获得的主要研究成果如下:1、针对昌恒9101工作面的水患特点,进行了矿井水文地质条件补充勘查设计,施工了井上下探查钻孔,实施了地面三维地震、井下瞬变电磁、音频电透视和工作面无线电波坑透,基本查清了9煤底板距奥灰含水层的间距、顶底板砂岩含水层的厚度及富水性特征、工作面开采区域内断层形态与摆动范围、含导水性以及物探异常范围。结果表明:9煤顶底板砂岩裂隙含水层单位涌水量0.0359L/s·m,渗透系数0.000014m/d,为弱富水含水层;9煤底板奥灰含水层单位用水量16.667 L/s·m,矿化度1.698g/l,为极强富水含水层;工作面内断层均为正断层,落差0.8m~30.0m,具有一定的含水性。2、通过单轴试验、三轴试验,X-RD试验以及电镜扫描试验,解析了煤层顶底板岩层微观成份含量、物理力学性质特征、岩性组合特征以及结构特征。9煤层顶底板以泥岩、砂岩为主,岩石类型主要为石英质粉砂岩,岩石中粘土矿物主要为高岭石;其中泥岩(含炭质泥岩)为灰~深灰色,厚度较小,岩石力学指标相对较低,多属软岩,稳定性较差;细砂岩与粉砂岩交接良好,岩石坚硬致密,抗压强度高,稳定性好。顶底板覆岩类型属于软弱~中硬型。3、根据9101工作面风机巷施工钻孔揭露以及岩石力学测试成果资料,建立了工作面开采工程地质模型,采用FLAC~(-3D)分析软件,模拟了9101工作面不同推进距离(10m、30m、50m、70m)底板破坏演化特征,计算了此等条件下底板破坏深度、突水系数和安全隔水层厚度比值系数。结果表明:9煤采动底板破坏深度为25.96m,突水系数为0.030~0.038MPa/m,安全隔水层厚度比值系数为0.4528~0.5500,均小于规程规定值,对工作面开采威胁较小;利用FLAC~(-3D)模拟9煤开采断层面采动位移特征,模拟结果显示断层两盘沿断层面发生滑动位移最大为0.6m,活化范围较小,对工作面威胁较小,开采是安全可行的,9101工作面具备了安全开采条件。4、以9煤开采水文地质条件及水患因素分析结果为依据,以相关规程、规范为标准,对工作面开采涌水量进行了预计,9101工作面回采时正常涌水量预计为50m~3/h,最大涌水量预计为120m~3/h,并对工作面进行排水系统设计。5、根据水患因素分析和涌水量预计成果,制定了切实可行的水害安全技术防范措施和对策。其中4煤采空区积水应在采前采用钻孔疏放;顶底板砂岩裂隙水含水层以探查为主;对断层及底板灰岩含水层进行先探查后注浆。
【关键词】：水文地质条件 承压水 断层活化 涌水量 防治水评价
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 研究背景与意义16
• 1.2 国内外研究进展16-22
• 1.2.1 国外研究现状17
• 1.2.2 国内研究现状17-22
• 1.3 研究内容和技术路线22-24
• 1.3.1 主要研究内容22-23
• 1.3.2 技术路线23-24
• 第二章 工作面地质及水文地质条件24-41
• 2.1 工作面开采概况24
• 2.2 工作面水文地质条件探查24-37
• 2.2.1 地面探查24
• 2.2.2 井下瞬变电磁探测24-25
• 2.2.3 音频电透视探测成果分析25-27
• 2.2.4 工作面无线电波坑透探测27-37
• 2.3 工作面地质条件37
• 2.4 工作面水文地质条件37-41
• 2.4.1 含水层37-39
• 2.4.2 断层含、导水性39
• 2.4.3 地面钻孔封孔情况39-40
• 2.4.4 4101工作面采空区积水40
• 2.4.5 工作面充水特点40-41
• 第三章 9101工作面工程地质条件41-53
• 3.1 煤层顶底板岩性组成与厚度变化特征41-42
• 3.1.1 顶底板岩性特征41
• 3.1.2 9煤层距奥灰顶界面间距41-42
• 3.2 顶底板岩石物理力学特征42-45
• 3.2.1 主要物理力学性质指标42
• 3.2.2 岩石质量指标42-45
• 3.3 工程地质岩组特征45
• 3.4 顶底板岩体结构特征45-46
• 3.4.1 顶板岩体结构特征45
• 3.4.2 底板岩体结构特征45-46
• 3.5 微观成分特征测试与阻隔水特征分析46-53
• 3.5.1 X射线衍射实验46-48
• 3.5.2 电镜扫描实验48-51
• 3.5.3 实验结果分析51-53
• 第四章 9101工作面水患因素分析与评价53-69
• 4.1 4101工作面采空区积水53-54
• 4.1.1 采空区积水的富水性53
• 4.1.2 采空区积水与其它含水层的水力联系53
• 4.1.3 采空区积水突水危险性评价53-54
• 4.2 9煤顶底板砂岩裂隙水54-55
• 4.2.1 工作面顶底板砂岩赋水区分布情况54-55
• 4.2.2 顶底板砂岩裂隙水突水危险性评价55
• 4.3 9煤底板奥灰水55-61
• 4.3.1 奥灰含隔水层特征和水压55
• 4.3.2 底板奥灰突水危险性评价55-61
• 4.4 断层对工作面开采影响61-69
• 4.4.1 断层含导水性分析61
• 4.4.2 工作面采动断层活化特征61
• 4.4.3 断层面活化过程61-62
• 4.4.4 影响断层活化突水的因素62-63
• 4.4.5 FLAC3D模拟断层活化的影响63-69
• 第五章 工作面开采涌水量预计与排水系统设计69-75
• 5.1 涌水量预计69-73
• 5.1.1 工作面涌水组成69
• 5.1.2 涌水量计算方法69-71
• 5.1.3 工作面回采涌水量预计71-72
• 5.1.4 涌水量计算结果评述72-73
• 5.2 工作面排水系统设计73-75
• 5.2.1 排水系统设计原则及设计依据73-74
• 5.2.2 排水系统设计方案74-75
• 第六章 防治水安全性评价及对策研究75-79
• 6.1 工作面开采安全性评价依据75-77
• 6.1.1 工作面安全开采条件75
• 6.1.2 安全性评价依据与技术标准75-76
• 6.1.3 工作面开采安全条件评价76
• 6.1.4 评价结果76-77
• 6.2 9101工作面安全开采对策研究77-79
• 6.2.1 验证9101工作面顶板异常区77
• 6.2.2 回采期间工作面防治水措施77-79
• 第七章 结论与展望79-82
• 7.1 结论79-80
• 7.2 展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 作者简介及读研期间主要科研成果87

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本文编号：909135