承壓水上采空區(qū)底板巖層擾動規(guī)律研究.pdf

1、隨著淺部煤炭資源的枯竭，煤礦開采開始向深部延伸；同時，由于地層深部地下水壓力的增高，遇到承壓水威脅的礦井數(shù)量越來越多。眾所周知，井下作業(yè)場所的高壓地下水環(huán)境不僅導致礦井排水費用的增加，甚至引發(fā)礦井突水事故；因此，有效控制井下作業(yè)場所的地下水影響對保障作業(yè)人員生命安全、實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)有重要的意義。煤層帶壓開采時的安全預測是實現(xiàn)對地下水有效控制的重要前提，可以通過采空區(qū)底板巖層擾動值判斷巖層破斷的可能性，進而分析煤層帶壓開采的安全性；可靠

2、的計算方法可以獲得底板巖層擾動規(guī)律，分析模擬各種不同情況下采空區(qū)底板巖層擾動量的變化，為制定有效的底板巖層地質(zhì)環(huán)境改善措施提供可靠的依據(jù)，也避免不必要的投資浪費。
　　國內(nèi)外許多學者都在煤層帶壓開采預測方面進行了大量的研究工作，提出了多種分析煤層帶壓開采安全性的計算方法，這些方法對于預測采空區(qū)底板巖層突水的可能性有著重要的意義。但是這些研究工作對于采空區(qū)底板巖層所受的外力，大多按照均勻分布和呈線性分布來進行處理，未考慮覆巖“豎三帶

3、”的逐步發(fā)育過程及工作面和巷道煤壁的支承作用對采空區(qū)底板表面壓力分布的影響；在不同外力假設的影響下，底板隔水巖層擾動值會發(fā)生變化，可能導致煤層帶壓安全開采的預測結(jié)果不準確；因此，需要開展非均勻載荷作用下的采空區(qū)底板巖層擾動規(guī)律研究。
　　本文綜合運用理論分析、現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬軟件等方法和手段，對采空區(qū)底板巖層擾動規(guī)律進行了系統(tǒng)的研究，取得了如下研究成果：
　?。?）底板隔水層厚度及承壓水壓力對采空區(qū)底板巖層擾動的影響分兩種

4、情況：當?shù)装甯羲畬雍穸燃俺袎核畨毫ο鄬^大時，覆巖中冒落、裂隙帶所形成的底板巖層壓力對采空區(qū)底板變形增量影響較?。徊煽諈^(qū)底板隔水巖層最大擾動值隨工作面推進而逐漸增大，直至覆巖彎曲下沉帶重量加載至底板表面時開始減小。當?shù)装甯羲畬雍穸燃俺袎核畨毫ο鄬^小時，覆巖中冒落、裂隙帶所形成的底板巖層壓力對采空區(qū)底板變形增量影響較大；老頂初次來壓后，采空區(qū)底板隔水巖層最大擾動值即開始減小。所以，預測帶壓開采危險性時，必須考慮煤層開采過程中覆巖的影響，

5、并結(jié)合底板下伏承壓水壓力大小及底板隔水巖層厚度進行綜合分析。
　　（2）應用以連續(xù)介質(zhì)為基礎的FLAC3D數(shù)值模擬軟件，構(gòu)建了煤層開采的數(shù)學及物理模型；通過現(xiàn)場實測與模擬模型的結(jié)果對比，驗證模型正確性；根據(jù)采空區(qū)底板巖層數(shù)值模擬結(jié)果，獲得采動影響下采空區(qū)底板表面壓力的分布規(guī)律。
　?。?）應用連通器原理研發(fā)了“隱蔽工程中點位高程動態(tài)測量裝置”，可以對采空區(qū)的各底板巖層擾動量進行無參照標高點的測量；結(jié)合現(xiàn)場實際情況，分析多種不

6、利因素對儀器測量結(jié)果的影響，獲得測量的主要誤差來源為采空區(qū)部與觀測巷之間溫度變化；并運用該裝置對采空區(qū)底板巖層豎直方向的擾動值進行測量，獲得采空區(qū)底板巖層隨工作面回采時的擾動曲線。
　?。?）采空區(qū)后方底板巖層擾動值變化規(guī)律為先增加后減小。工作面回采初期，采空區(qū)后方底板巖層向上擾動量逐漸增加，且最大值位于采空區(qū)后方中心位置附近；擾動等值線呈扇形分布并逐漸減小，工作面和巷道附近擾動值較小。當工作面回采較長距離時，雖然采空區(qū)底板卸壓面