松散承壓含水層下采煤壓架突水災(zāi)害發(fā)生條件及防治研究.pdf

1、我國華東、華北等礦區(qū)內(nèi)煤系地層普遍被第四系巨厚松散層覆蓋,該松散層底部存在著一層以非膠結(jié)沙土、砂礫、礫石為骨架的承壓含水層,鄰近該松散承壓含水層的工作面在開采過程中,曾發(fā)生多起壓架突水災(zāi)害。以皖北祁東煤礦為例,直接賦存于基巖上部的松散含水層的平均厚度為35～50m,靜水水壓達3～4MPa。自2002年投產(chǎn)以來,該礦相繼在8個工作面發(fā)生了17起壓架突水事故,嚴(yán)重影響了礦井的正常生產(chǎn),造成了巨大的經(jīng)濟損失。針對松散承壓含水層下采煤壓架突水災(zāi)

2、害問題,論文綜合運用理論分析、數(shù)值模擬與物理模擬試驗、現(xiàn)場實測等手段,就松散承壓含水層下采煤壓架突水災(zāi)害的發(fā)生機理、發(fā)生條件及防治對策等進行了深入的研究。
　　通過理論與模擬實驗研究,揭示了松散承壓含水層下采煤壓架突水災(zāi)害的產(chǎn)生機理,得出松散承壓含水層的載荷傳遞作用導(dǎo)致一定覆巖條件的關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)發(fā)生整體破斷是引發(fā)上述壓架突水災(zāi)害的根本原因。研究掌握了松散承壓含水層骨架特征、覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)、主關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等因素對工作面壓架突水的影

3、響規(guī)律。當(dāng)含水層骨架以粗顆粒砂礫為主時,含水層厚度越大、滲透性能越好,載荷傳遞系數(shù)越大,覆巖關(guān)鍵層越容易發(fā)生復(fù)合破斷。在含水層載荷傳遞系數(shù)較大的情況下,如果覆巖中存在堅硬巖層,那么基巖厚度越小、煤層上方10倍采高范圍內(nèi)存在厚硬巖層、煤層上方第1層硬巖層厚度越大時,覆巖容易發(fā)生整體復(fù)合破斷導(dǎo)致壓架事故,此時主關(guān)鍵層一般處于失穩(wěn)狀態(tài),頂板導(dǎo)水裂隙異常發(fā)育并溝通含水層,引發(fā)突水災(zāi)害。
　　為實現(xiàn)松散承壓含水層下工作面的安全開采,研究形成

4、了“危險區(qū)域預(yù)測—水位預(yù)警—實時調(diào)控”的災(zāi)害防治技術(shù)體系。根據(jù)壓架突水災(zāi)害的發(fā)生條件,提出了松散承壓含水層下采煤工作面壓架突水危險區(qū)域的預(yù)測方法,即首先確定含水層載荷傳遞系數(shù),在該系數(shù)較大的情況下,再根據(jù)鉆孔柱狀判斷易發(fā)生復(fù)合破斷的區(qū)域,即壓架突水的危險區(qū)域;針對危險區(qū)域內(nèi)工作面的安全開采,提出基于關(guān)鍵層位置的頂板預(yù)裂爆破和采用高阻力支架等措施來防范壓架突水災(zāi)害;在工作面開采過程中,基于長觀孔水位與頂板來壓的聯(lián)動效應(yīng),結(jié)合地下水動力學(xué)原