芦岭煤矿Ⅲ11岩石综采工作面水文地质条件分析与防治水方案研究

摘要

目前，开采保护层是防治煤与瓦斯突出最简单、最有效的区域防突措施。芦岭煤矿Ⅲ11岩石工作面作为区域保护层，突破了传统的以危险性较小的煤层作为区域保护层这一措施，由此面临的煤矿安全问题值得深入研究。
　　本文以芦岭煤矿Ⅲ11岩石综采工作面为研究对象。首先，在充分掌握芦岭煤矿地质及水文地质资料的基础上，通过“大井”法和水文地质比拟法对Ⅲ11岩石工作面涌水量做了预测。其次，选取了孔隙率、抗压强度、坚固性系数和变形模量四个参数作为评价岩石力学性质强弱的指标，通过模糊聚类分析对Ⅲ11岩石工作面崩解性相对强弱区域进行划分。然后，建立了Ⅲ11岩石工作面的倾向模型，通过UDEC数值模拟软件对Ⅲ11岩石工作面覆岩裂隙、覆岩位移、底板灰岩水及被保护层卸压效果进行了深入分析。最后，建立了对Ⅲ11岩石工作面影响最大的SF15逆断层的走向模型，通过数值模拟对SF15逆断层活化及突水的规律进行研究，并对可能发生断层活化及突水的区域进行了预测。
　　主要研究成果如下:(1)Ⅲ11岩石工作面切眼附近的下6＃及上6#钻孔泥岩极易崩解，工作面开采到此两处钻孔附近应加强防范措施。(2)倾向模型的UDEC数值模拟表明:Ⅱ采区的影响范围未波及到Ⅲ11岩石工作面及底板的太灰水;Ⅲ11岩石工作面开采后，覆岩裂隙主要以离层裂隙发育为主，垂直裂隙发育极少，由9煤底板发育的一条砂岩裂隙富水条带，结合“上四带”理论可知Ⅲ11岩石工作面顶板受离层水威胁较严重;分析底板监测点空隙水压与渗流速率，Ⅲ11岩石工作面的正常开采不会受到底板灰岩水的威胁。(3)选取变形膨胀率大于3‰和被保护层垂直应力变化量大于51％作为被保护层充分卸压的临界标准，顶板8、9煤层及底板10煤层卸压效果较好，Ⅲ11岩石工作面作为区域保护层开采可行性较高。(4)对含SF15逆断层的走向模型分析，岩石工作面过断层后下盘推进到80m，工作面顶板断层活化程度最高，底板裂隙带与灰岩水导升带之间有效隔水带厚度为25m，不会受到断层活化突水的威胁。
　　研究成果为芦岭煤矿Ⅲ11岩石工作面的安全开采及防治水提供指导与借鉴。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 保护层开采研究现状

1．2．2 煤矿突水研究现状

1．2．3 断层活化研究现状

1．2．4 断层活化突水研究现状

1．3 论文研究内容与技术路线

1．4 主要技术手段

第二章 芦岭井田概况

2．1 区域地质背景

2．1．1 区域地质构造

2．1．2 区域松散层分布

2．2 芦领井田概况

2．2．1 自然地理概况

2．2．2 矿井生产建设概况

2．2．3 矿井地层及主采煤层概况

2．2．4 矿井地质构造特征

第三章 工作面地质与水文地质条件分析

3．1 岩石工作面概况

3．2 主要煤层赋存情况

3．3 地质构造

3．3．1 采区地质构造

3．3．2 工作面地质构造

3．4 水文地质

3．4．1 采区水文地质

3．4．2 工作面水文地质

3．5 工作面涌水量预测

3．5．1 预测范围及方法

3．5．2 “大井”法预测

3．5．3 水文地质比拟法预测

3．5．4 估算结果评述

3．6 本章小结

第四章 Ⅲ11岩石工作面岩样测试结果及崩解性分析

4．1 钻孔布置

4．2 岩芯取样测试结果

4．2．1 物理力学性质测试结果

4．2．2 崩解性测试

4．3 开采岩层崩解性分析

4．3．1 概述

4．3．2 模糊聚类分析过程

4．3．3 崩解性相对强弱分区图

4．4 本章小结

第五章 Ⅲ11及邻近工作面开采UDEC流固耦合数值模拟

5．1 基本理论与软件简介

5．1．1 UDEC软件简介

5．1．2 UDEC本构模型

5．2 数值计算模型

5．2．1 模型建立

5．2．2 岩性赋参及开采方案

5．3 流固耦合模拟结果及讨论

5．3．1 Ⅱ817、Ⅱ917工作面开采覆岩裂隙发育情况

5．3．2 Ⅲ11保护层开采流固耦合结果分析

5．4 被保护层卸压效果评价

5．5 本章小结

第六章 工作面过断层推进断层活化及突水规律研究

6．1 数值模型的建立

6．1．1 模型尺寸及边界条件

6．1．2 开采方案及监测点布置

6．2 断层活化规律研究

6．2．1 断层应力演化特征

6．2．2 断层活化危险性评价

6．3 断层活化突水结果分析

6．3．1 底板断层活化突水影响因素分析

6．3．2 底板裂隙带发育特征

6．3．3 灰岩含水层导升带发育特征

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况