古近系巨厚“红层”工程地质特性及灾害隐患预测研究

摘要

“红层”广泛分布于我国华中、华南、西南及西北广大地区，具有岩体强度较低、抗风化能力弱、亲水性强以及浸水后岩体软化，强度迅速下降的特点，使得“红层”工程问题日益突出。淮北矿业集团信湖煤矿地质构造复杂，普遍被古近系巨厚“红层”所覆盖，加上目前针对“红层”工程地质与水文地质研究和借鉴较少，使得“红层”工程地质特性及煤层开采可能诱发的灾害问题越来越受关注。 本文以安徽省信湖煤矿82采区“红层”为研究对象，在分析其水文地质与工程地质条件基础上，结合勘探过程中所收集到的信息，对古近系“红层”的分布规律及其物理、力学特性展开研究。利用XRD衍射分析和SEM扫描电镜进行“红层”微观结构分析，并通过全应力-应变渗透试验（GDS）和耐崩解试验，了解“红层”水理性质，进行隔水性能评价。同时，结合冲击倾向性测试，系统的总结了信湖煤矿古近系“红层”独特的工程地质特性。 通过研究发现，“红层”整体性及自承性较差，随着8煤的开采，巨厚“红层”将在自重作用下随着基岩的垮落而增加支架的附加荷载，尤其是断层处，易形成较为强烈的矿山压力显现。另外，“红层”底部往往发育一定厚度的砂砾岩含水层，在采动的影响下易被导水裂隙带波及而导致“红层”突水。故本文以824工作面为例，结合FLAC3D模拟软件研究“两带”（裂隙带、冒落带）高度、断层影响范围以及采动覆岩破坏规律，并基于理论分析、数值模拟和相似条件矿井类比的方法确定导水裂隙带高度113m。然后结合勘探资料，在分析82采区巨厚“红层”灾害隐患的基础上，提出了“红层”与煤层间距、断层影响因素、导水裂隙带高度、“红层”底部含水层厚度、“红层”底部RQD、“红层”底部含水层泥岩比例、煤层厚度、“红层”厚度和钻孔单位涌水量9个诱发矿井地质灾害的主控因素，利用层次分析法（简称AHP），建立了矿井地质灾害易发生程度分区评价的指标体系，对信湖煤矿82采区上覆巨厚“红层”诱发不良地质灾害的危险性程度进行分区，为实现巨厚“红层”下煤层安全开采提供基础参考。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2.1 覆岩破坏研究现状

1.2.2 “红层”工程地质性质研究现状

1.2.3 覆岩导水裂隙研究现状

1.2.4 矿井地质灾害研究现状

1.3 研究内容、方法及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.3.3 技术路线

2 工程地质与水文地质概况

2.1 研究区概况

2.2.1 地层结构

2.3.2 构造特征

2.4 工程地质条件

2.5 水文地质条件

2）采区含、隔水层（组、段）水文地质特征

3）断层的富水性及导水性

4）各含水层（组、段）间的水力联系

3 古近系“红层”工程地质特性研究及微观结构分析

3.1 “红层”垂向结构特征研究

3.2 矿物成分及微观结构特征分析

3.2.1 “红层”矿物成分

3.2.2 “红层”微观结构特征分析

3.3 物理力学及水理性质

3.3.1 “红层”物理力学性质

3.3.1 水理性质

3.4 本章小结

4 “红层”下开采覆岩运动规律

4.1 导水裂隙带高度预计经验公式

（1）“三下”规范中导高预计公式

（2）“规范”中导高预计公式

（3）《煤矿防治水手册》中“两带”预计公式

4.2 采动覆岩结构数值模拟研究

4.2.1 模型建立

4.2.2 模型采动覆岩破坏动态变化规律

4.3 巨厚“红层”覆岩采动效应

4.4 本章小结

5 “红层”工程地质分区研究

5.1 不良工程地质影响因素分析

5.2 层次分析法原理

5.3 灾害隐患易发生程度评价与分区

5.4 本章小结

6 结论和展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集