斷層合理留設(shè)煤巖柱寬度數(shù)值模擬研究分析.pdf

1、依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，大型斷層破碎帶必須留設(shè)合理長度的安全防水煤巖柱，導(dǎo)致大量的煤炭資源不能夠充分開采。近些年來，隨著精細(xì)物探水平、含水層注漿加固改造技術(shù)等方面水平不斷提高，原有斷層防水煤柱留設(shè)方式受到了嚴(yán)重質(zhì)疑。為此本著“以人為本、科技興礦，安全高效和減少資源損失、走可持續(xù)發(fā)展”社會(huì)宗旨和理念。為解放受水患威脅和斷層限制兩者共同影響的煤炭資源，研究在受到兩者的影響下，合理留設(shè)其煤巖柱尺寸技術(shù)顯得尤為重要。
　　論文以五溝煤礦南一采區(qū)

2、1011工作面外側(cè)F14斷層為研究對(duì)象，從研究F14斷層及其伴生構(gòu)造的分形幾何學(xué)特征入手，在分析礦井突涌水資料的基礎(chǔ)上，采用物探井下鉆探等多學(xué)科多手段相互配合、理論聯(lián)系實(shí)際的方法，結(jié)合礦井開拓大巷、石門巷道揭露以及南一采區(qū)1011工作面外側(cè)鉆探、瞬變電磁探測(cè)成果，重點(diǎn)研究F14斷層開采自身的含導(dǎo)水性特征和F14斷層帶巖層的分形幾何特征、物理力學(xué)性質(zhì)、水理性能、導(dǎo)水性、富水性、采動(dòng)活化可能性以及注漿改造的安全可靠性，從而對(duì)F14斷層及伴生

3、構(gòu)造采動(dòng)影響下的破壞移動(dòng)演化規(guī)律、導(dǎo)富水性進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，由此提出F14斷層留設(shè)合理煤柱不拆減支架開采理論方案和灰?guī)r水害防治相應(yīng)對(duì)策，工作面在進(jìn)入斷層防水煤柱的位置后應(yīng)采取的行之有效的調(diào)控措施。在此基礎(chǔ)上，著重進(jìn)行了二維固液兩相相似模擬實(shí)驗(yàn)和運(yùn)用FLAC3D對(duì)F14斷層留設(shè)不同煤巖柱尺度進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明：當(dāng)煤層開采越靠近斷層時(shí)，受斷層帶的“屏障”作用，底板突水可能性會(huì)陡增。隨工作面不斷推進(jìn)，底板破壞高度不斷增加，斷層活化程度不斷

4、增大，承壓水沿活化斷層的導(dǎo)升高度不斷增大；通過模擬和數(shù)值分析表明：實(shí)際工程原型的安全煤柱寬度需留設(shè)40m。運(yùn)用FLAC3D對(duì)斷層破碎帶的寬度不同進(jìn)行模擬，研究發(fā)現(xiàn)受煤層采動(dòng)原因致使斷層破碎帶影響程度及范圍漸漸變得難以控制；突水危險(xiǎn)性漸漸變大，需留設(shè)的煤柱寬度相應(yīng)地變大。并深入研究了F14斷層受應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)兩者同時(shí)影響下發(fā)生突水的機(jī)理，在煤層采動(dòng)過程中可明顯可見的觀測(cè)斷層活化突水過程，揭示了五溝礦1011工作面里段F14斷層合理留設(shè)斷層