杨柳煤矿太原组灰岩含水层富水性特征及突水危险性评价

摘要

由于浅部煤炭资源的日益枯竭，深部开采已成为煤炭生产的必然趋势，但随着开采深度和强度的增加，高承压裂隙岩溶水对煤层安全开采的威胁日益严重。淮北杨柳煤矿为典型的华北型煤田，在开采二叠系山西组的下组煤(10煤)过程中普遍受到石炭系太原组灰岩水的威胁。若使煤层进行安全开采，需要对10煤底板上段灰岩(1～4灰)含水层的富水性特征及10煤底板隔水性能进行研究。
　　本文首先研究矿井的灰岩水文地质条件和富水性特征，从1～4灰的含水层厚度和岩性组合特征、岩溶发育情况、水化-水力条件等方面进行分析。结果表明，太原组1～4灰含水层具有弱富水、弱透水性;岩溶整体发育较差;地下水的径流条件差且补给不充分。其次，运用经验公式和FLAC3D对煤层底板的破坏深度进行计算和模拟，得出底板破坏深度为13.15m;同时运用分形理论分析10煤层底板隔水岩体的完整性，结合底板隔水层厚度、岩石物理力学性质、岩层组合情况等分析底板的隔水性能。最后，运用灰色模糊综合评价法建立数学模型，对底板的突水危险性进行评价和分区。结果显示，本矿区的突水危险性等级主要为威胁区和相对安全区，约占到整个矿区面积的85％左右。在煤层的开采过程中，需对危险和威胁区进行重点的勘探和预防。通过对底板突水危险性进行区域划分，为煤层开采过程中各区域采取具体的防治水方案和措施提供了依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和目的

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩溶水富水性评价方法研究现状

1．2．2 矿井底板突水机理的研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 杨柳煤矿地质概况

2．1 地层与煤层

2．1．1 地层

2．1．2 煤层

2．2 矿井构造

2．3 矿井水文地质特征

2．3．1 地表水

2．3．2 新生界松散层含、隔水层

2．3．3 二叠系主采煤层间含、隔水层

2．3．4 碳酸盐类岩溶裂隙含、隔水层

3 太原组灰岩水文地质特征研究

3．1 太灰含水层厚度及岩性分析

3．1．1 太原组—灰顶标高

3．1．2 1～4灰含水层厚度

3．1．3 1～4灰含水层岩性分析

3．2 太原组灰岩岩溶发育情况分析

3．3 太原组灰岩水水位变化特征

3．4 太灰水水化学特征

3．4．1 水化学分析

3．4．2 水质变化规律

3．4．3 水源判别

3．5 灰岩水水文地质条件及富水性研究

3．5．1 抽放水试验成果分析

3．5．2 井下物探成果分析

3．5．3 水文地质成果总结

4 底板破坏深度的计算和模拟

4．1 经验公式计算法

4．2 FLAC3D数值模拟

4．2．1 FLAC3D简介

4．2．2 模型的建立

4．2．3 数值模拟结果分析

4．3 底板破坏深度确定

5 10煤层底板隔水性能分析

5．1 煤层底板隔水层岩性组合特征

5．2 10煤底板隔水层岩体结构特征

5．2．1 分形理论

5．2．2 岩体结构划分

5．3 底板岩石物理力学性质

5．4 原始导高分析

5．5 10煤底板隔水层厚度分析

5．5．1 10煤底板至—灰顶间距

5．5．2 10煤底板等效隔水层厚度

5．5．3 10煤底板有效隔水层厚度

5．6 断裂构造对底板隔水性能的影响

6 10煤层底板突水危险性评价

6．1 灰色模糊综合评价法

6．2 评价指标和统计分析

6．2．1 含水层厚度

6．2．2 岩溶裂隙发育

6．2．3 断裂构造

6．2．4 砂岩率

6．2．5 底板隔水层厚度

6．3 底板突水危险性评价

6．3．1 权重的计算

6．3．2 白化权函数的确定

6．3．3 灰色模糊计算

6．4 底板突水危险性分区

7 结论和建议

7．1 结论

7．2 问题与不足

7．3 建议

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果