孙疃矿10煤深部开采底板破坏规律及突水危险性评价

摘要

孙疃矿位于华北型煤田，通过对矿区工程地质条件以及水文地质条件的分析，矿区的地质构造较为复杂。太原组灰岩水弱至中等，水压较高，富水性不均一，对10煤层开采具有一定的突水危险性。此外，该矿井的内部构造发育，裂隙较复杂，一定程度上破坏了隔水层的完整性，增强了煤层与太原组灰岩含水层之间的水力联系，所以在10煤层的开采工作中，底板突水问题是安全生产一大威胁。
　　文章通过分析钻孔资料与结合矿井实际生产情况后，采用FLAC3D软件模拟了10煤开采过程中煤层底板的破坏情况。得到了煤层倾角为10°、工作面宽为180m时开采过程中的最大破坏深度可以达到16～18m。
　　在对煤层底板开采的影响因素进行逐一分析之后，选取了含水层富水性、含水层水压、隔水层等效厚度、隔水层脆塑性岩厚度比、断层密度、断层交点与端点以及断层规模七个因素作为评价底板是否突水的主控因素。对每一个主控因素通过GIS软件生成了各影响因素的专题图以及归一化图，从专题图以及归一化图中可以清楚地看出每一个因素的影响特征。
　　利用AHP方法构建包含以上各个影响因素的判断矩阵，通过矩阵计算得出影响因素对目标的各自权重，进而建立10煤底板灰岩突水预测评价模型。同时通过GIS的强大的空间处理功能对各个专题图进行叠加，生成10煤底板突水脆弱性评价分区图并且确立了脆弱性指数的分区阀值，将研究区10煤的底板突水危险性合理地划分为以下五个等级:安全区、较安全区、过渡区、较危险区、危险区。得出结果:该矿井的突水危险区以及较危险区主要分布于矿井的北部与南部。
　　最后选取了实际的涌水点投影到脆弱性评价分区图上进行模型的检验，结果发现拟合情况较好，说明建立的脆弱性指数法模型符合实际情况，评价结果比较理想，可以用来作为生产实际参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 底板突水机理

1．2．2 煤层底板突水预测预报

1．2．3 数值模拟方法

1．3 研究内容与方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

1．4 时间安排及工作量

1．4．1 论文时间安排

1．4．2 主要工作量

2．1．1 矿区地理位置及交通

2．1．2 矿区地形地貌与水文气候特征

2．2 矿区地层及煤层

2．2．1 地层

2．2．2 煤层

2．3 矿井区域构造及井田构造

2．3．1 矿井区域构造

2．3．2 矿井构造

2．4 矿井水文地质特征

2．4．1 地表水

2．4．2 矿井含、隔水层的水文地质特征

2．4．3 断层富水性与导水性

3 灰岩岩溶发育及其富水性

3．1 矿井太灰钻孔揭露情况

3．2 灰岩富水性特征

3．2．1 地面钻孔抽水试验资料

3．2．2 井下探放水孔的灰岩富水性特征

3．3 井田灰岩岩溶裂隙发育类型

4 底板破坏规律

4．1 FLAC3D软件介绍

4．2 模型介绍

4．2．1 模型概况

4．2．2 力学参数

4．2．3 模型的初始、边界条件

4．3 数值结果分析

4．3．1 煤层底板初始应力状态

4．3．2 采动下底板垂向应力分布规律

4．3．3 采动下底板破坏变化规律

5 脆弱性评价原理及主控因素分析

5．1 脆弱性指数法及地理信息系统简述

5．1．1 脆弱性指数法概述

5．1．2 地理信息系统概述

5．2 层次分析法基本原理

5．3 10煤底板突水主控因素分析

6 脆弱性指数法评价10煤底板突水危险性

6．1 构建层次分析法模型

6．2 构造判断矩阵与计算主控因素权重

6．2．1 构造判断矩阵

6．2．2 计算主控因素权重

6．3 主控因素数据归一化与专题图的建立

6．4 专题图叠加与脆弱性指数法模型建立

6．4．1 专题图叠加

6．4．2 脆弱性指数法模型建立

6．5 10煤底板灰岩突水脆弱性评价分区

6．6 脆弱性评价模型检验

7 结论和展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介