孔庄矿F6-6断层采动活化机理及防水煤柱合理留设研究

摘要

对于煤矿开采而言，矿井突水是其主要制约因素之一，其中又以断层突水为主要的水害形式。断层的存在破坏了隔水岩层的完整性，减小了煤层与含水层的距离，极大增加了矿井突水的可能性。同时，采动条件下的断层活化现象使得断层带本身成为突水通道的可能性大大增加，断层活化后的突水严重威胁着煤炭资源的安全开采。F6-6断层是孔庄矿的大型正断层，由于其落差大、延展距离长且含、导水性不清，如果在开采过程中产生活化，将制约矿井的安全开采。因此，针对孔庄矿F6-6断层采动条件下的活化机理与防水煤柱留设研究，对于保障孔庄矿后续的安全开采，意义重大。论文在收集孔庄矿勘探阶段和生产阶段资料的基础上，采用理论分析、数值模拟、试验研究、数据分析相结合的综合方法对断层采动活化机理及防水煤柱留设进行研究，取得了如下的研究成果。
　　(1)根据断层要素分析与煤层开采工程地质条件分析结果，结合瞬变电磁探测与现场实际揭露情况，认为F6-6断层的含、导水性较差;
　　(2)以矿山压力与岩层控制理论为指导，总结煤层底板采动支撑应力分布规律，并以此建立断层采动活化力学模型，同时对断层活化的必要条件进行分析，认为采动条件下，断层出现活化的必要条件是断层带内岩石之间的粘结系数小于等于粘结系数临界值Cmax;
　　(3)利用FLAC3D软件对断层活化的影响因素进行分析，研究显示F6-6断层的断煤交线以浅区域活化可能性大于以深区域，利用方差分析与灰色关联度分析方法，证明工作面推进的距离是断层活化的主要影响因素;
　　(4)在对断层防水煤柱理论留设公式探讨的基础上，结合孔庄矿煤层开采实际情况，选取断层型底板突水公式结合导水裂缝带宽度的计算方法，最终确定F6-6断层7煤最佳防水煤柱宽度在19、20、21、22勘探线上分别为64.82m、67.33m、58.69m、61.42m;8煤最佳防水煤柱宽度分别为68.42m、73.13m、65.67m、70.46m。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 断层突水机理研究

1．2．2 断层活化机理研究

1．3 研究内容及研究方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法及研究思路

2 研究区概况

2．1 矿井概况

2．2 矿井地质条件

2．2．1 含煤地层

2．2．2 构造条件

2．3 矿井水文地质条件

2．3．2 主要含水层的水文地质特征

3 F6-6断层水文工程地质特征研究

3．2 F6-6断层要素分析

3．3 F6-6断层含、导水性分析

3．4 F6-6断层工程地质特征

3．4．1 岩石物理力学参数测试

3．4．2 物理水理性质测试

4 F6-6断层活化机理研究

4．1．1 底板采动支撑应力分布

4．1．2 断层活化力学模型的建立

4．1．3 断层活化的必要条件分析

4．2 F6-6断层活化的影响因素分析

4．2．1 模型的建立

4．2．2 结果分析

4．3 F6-6断层活化影响因素的关联度分析

4．3．1 方差分析

4．3．2 灰色关联度分析

5 F6-6断层防水煤柱的留设研究

5．1 断层防水煤柱概述

5．2 断层防水煤柱留设的理论研究

5．2．1 简支梁模型防水煤柱留设公式

5．2．2 断层型底板突水模型及条件

5．3 F6-6断层防水煤柱留设的综合确定

5．3．1 简支梁模型留设公式的计算

5．3．2 断层型底板突水模型留设公式的计算

5．3．3 煤柱留设结果的综合确定

6 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

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