1413A面底板采动变形破坏规律与水害防治技术研究

摘要

煤炭工业是我国国民经济发展的支柱产业，资源储量大，分布范围广，地质条件变异大，特别是近年来在大采深、多含水层、高水压等复杂地质条件下进行的开采，受水害的威胁和影响更加突出，防治水形势更加严峻，因此进行底板水害防治技术的研究是十分必要的。为了实现对煤炭资源的安全高效的开采利用，本文以张集矿1413A工作面为研究对象，开展了煤层采动对底板变形破坏的规律及水害防治技术的研究。依据张集矿区的钻探资料、物探成果、精细三维地震勘探、大功率时频电磁法勘探资料等，采用现场实验观测、数值模拟、理论分析、物理力学试验与力学理论研究等方法，对矿区工作面采动底板岩层应力及变形破坏演化规律、底板水害威胁程度、防治水主要技术途径等方面进行了可行性研究。主要的研究成果如下：　　（1）张集矿1413A工作面具有与灰岩含水层距离近、承受水压高、开采煤层厚度大、顶板砂岩厚度大、强度高等显著特点，且边界存在导水的FS866断层。因此，开采难度较大，受水害威胁程度高。　　（2）针对1413A工作面特点，经分析比较，采用顺层长钻孔和穿层短钻孔相结合的快速疏放水技术，降低了工作面突水系数，提高工作面开采的安全可靠性。　　（3）根据弹塑性力学、流体力学和矿山压力等力学理论知识，研究了工作面煤层开挖过程中对底板岩层变形破坏的影响。在工程实践的基础上，采用长壁全部陷落法对底板煤层破坏深度进行计算，推导出底板应力及底板破坏深度的经验公式。　　（4）分析测试了工作面底板岩石力学参数，建立工作面工程地质模型，应用FLAC3D数值软件，模拟在标准岩层和含有断层两种不同的地质构造条件下1413A工作面在推进20m、40m、60m、80m、100m、120m、140m位置处底板的最大主应力云图、剪切应力云图及塑性破坏区分布图，根据模拟结果确定了煤层开挖条件下底板岩层的变形破坏规律和底板最大破坏深度值，同推导出来的底板破坏深度经验公式得出的结果基本一致，给工程的使用提供了技术支持，对煤层的突水防治技术具有重要的参考价值。　　（5）依据出水水量、水温、水质以及水位变化特征，分析了C33上1号顺层孔异常出水成因与通道结果表明：出水水源是奥陶、寒武系灰岩为主的混合水，钻孔施工中由于钻孔下沉偏斜揭露深部的C39以下高压富水区从而引起钻孔异常出水，与C33上垂向导水构造无关；　　（6）为实现煤层的安全开采和灰岩水害的防治，在研究断层的导水性特征与注浆加固技术的基础上采用经验公式和突水系法对断层对工作面威胁程度进行了简要的安全性评价分析。　　（7）依据工作面参数和疏水降压后的水压值，分别计算工作面底板破坏深度和突水系数，计算得底板破坏深度为21.03m，1413A工作面底板突水系数在0.004MPa/m至0.025MPa/m范围内，在该范围内的底板突水系数均小于受构造破坏块临界突水系数值0.06MPa/m。符合规程规定的标准，因此，1413A综采工作面开采突水的可能性较小，具备安全开采条件。　　（8）结合张集矿水文地质和采矿条件，提出1413A工作面底板水害综合防治技术的措施与对策。

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