松散含水層下淺部煤層開采突水潰砂機理及工程應用.pdf

1、我國華北很多礦區(qū)新生界松散含水層直接覆蓋在煤系地層之上,對煤層的安全開采構成了極大的威脅。為了使礦井能夠安全生產(chǎn),在進行礦井設計時,一般都按照有關規(guī)程或規(guī)定留設了相應的安全煤巖柱。但是,礦區(qū)地質(zhì)條件千變?nèi)f化,影響安全煤巖柱留設的因素很多,留設安全煤巖柱時,應綜合分析井田的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,并與具體的開采條件相結合。
　　 本課題以宿縣煤田祁南煤礦為例,運用現(xiàn)場鉆探與室內(nèi)測試技術開展了研究區(qū)域地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、松散含水層富水性

2、特征和覆巖阻隔水性能研究。得出以下結論:四含土以粘土、砂土、砂礫為主,主要礦物為石英、方解石和粘土礦物;四含為弱富水性含水層;32煤覆巖主要為泥類巖,具有良好的隔水性和再生隔水能力。因此確定研究區(qū)留設防砂安全煤巖柱。
　　 以31采區(qū)作為研究對象,運用FLAC3D軟件對其建立了固流耦合三維數(shù)值模型,研究不同開采順序條件下相鄰工作面相繼開采時,覆巖破壞演化規(guī)律、圍巖應力、位移變化規(guī)律及四含滲流場、孔隙水壓力演變規(guī)律,模擬結果表明,

3、采用從深部向淺部的開采方案其豎向位移和塑性破壞區(qū)相對較小,但此方案應做好淺部煤層開采時四含水的疏放工作。
　　 以311工作面為例,對單一工作面相繼開采時覆巖力學性質(zhì)、位移及含水層滲流等演化規(guī)律進行了固流耦合數(shù)值模擬,結果表明,煤層開采使附近頂?shù)装鍑鷰r位移明顯增大,對較遠(大尺度)煤柱及采空壓實段頂?shù)装鍑鷰r位移影響不明顯;圍巖破壞區(qū)主要為張拉破壞區(qū)和張剪破壞區(qū),張拉破壞區(qū)主要位于各開采步中部頂?shù)装甯浇?張剪破壞區(qū)主要位于各開采步

4、兩端頂?shù)装甯浇安煽諌簩崊^(qū),隨著開采的進行,破壞區(qū)擴張不明顯;滲流流速最大值隨開采進行逐漸減小,在工作面開采初期時,采動破壞范圍廣,裂隙連通性強,突水潰砂危險最大。
　　 在數(shù)值模擬的基礎上得到了導水裂隙帶高度與垮落帶高度,模擬結果與現(xiàn)場觀測和經(jīng)驗公式計算結果基本一致。結合數(shù)值模擬、現(xiàn)場觀察和規(guī)程經(jīng)驗公式計算等多種方法,確定以-375m作為31采區(qū)、33采區(qū)北部區(qū)域32煤層的開采上限,以-405m作為33采區(qū)南部32煤層的開采上