承压水上断层对煤层底板突水的影响研究

摘要

随着煤矿开采深度的不断增加，采煤面受高承压水的影响越来越严重，这使得煤层底板突水问题变得尤为突出。研究结果表明，矿井突水绝大多数与断层有着直接关系，而断层是在开采过程中出现的较为普遍的地质构造，某矿32103东工作面内有交叉断层，且煤层下部有承压水，在工作面回采的过程中，极可能引起突水事故。因此，对此工作面富水性探测以及交叉断层突水预测的研究具有非常重要的意义。
　　（1）论文采用理论研究、物探技术、数值模拟三者相结合的方法对32103东工作面含交叉断层底板的应力分布、塑性区大小以及渗流特征进行了深入的研究。
　　（2）从断层的特征入手，建立模型，根据矿山压力理论深度剖析了断层活化及突水力学机理。利用矿井瞬变电磁法对32103东工作面底板的富水性进行了探测，分析了探测结果，并圈出了富水区域。
　　（3）利用FLAC3D软件对32103东工作面分别进行了只含正断层、逆断层和交叉断层三种情况的数值模拟研究，得出了：在正断层情况下，塑性破坏区是围绕采动空间出现的，并随着工作面的推进逐渐增大，底板的破坏只是在走向上水平扩大，而破坏深度基本不变，底板的塑性区有向断层带靠近的趋势，断层带靠近底板的那一侧岩层也开始出现塑性破坏。底板隔水层在整个开挖过程中底部的破坏带没有贯通，不会发生突水的事故；在逆断层情况下，不论是顶板上覆岩层的破坏高度和底板的破坏深度，都明显的小于正断层的情况，说明在相同的情况下，开挖正断层上盘比开挖逆断层下盘更容易导致底板突水，此情况下，也不会发生突水的事故；在交叉断层情况下，不论是顶板的最大破坏高度还是底板的最大破坏深度都比只含单断层情况更高和更深，底板的破坏不只是在走向上水平扩大，其破坏深度也是逐渐增大的。工作面推进76m时，煤层工作面前方底板塑性破坏区与断层破碎带发生对接，底板承压水沿着断层活化带导入到煤层底板，导致了底板突水的事故的发生。说明交叉断层对底板的影响并不是几个单断层的规律的累加，交叉断层更容易导致底板突水。
　　（4）针对本含水异常区的特点，采用底板注浆加固技术对底板含水层进行改造，并用瞬变电磁法对其注浆效果进行检验，保障了工作面的安全开采。

目录

声明

1绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状与发展趋势

1.3研究内容与技术路线

2断层活化突水机理研究

2.1断层对煤层底板突水的影响

2.2承压水对断层的影响

2.3断层活化对底板突水的力学机理

2.4本章小结

3煤层底板富水性探测研究

3.1矿井物探方法的综合分析

3.2矿井瞬变电磁法基本理论

3.3工作面概况

3.4物探探测及地球物理特征

3.5底板探测工程布置及探测方向

3.6数据处理与探测成果解释

3.7本章小结

4承压水上断层对煤层底板突水的数值模拟

4.1 FLAC3D基本原理

4.2断层导致煤层底板突水数值模拟研究

4.3本章小结

5底板突水安全评价及防治措施

5.1底板采动导水破坏带深度的确定

5.2底板突水预测

5.3富水区域打钻验证

5.4底板突水防治措施

5.5本章小结

6结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果