唐家会煤矿61101工作面水害防治分析研究

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煤炭是我国现代化经济建设最重要的能源之一,在我国经济建设占据着重要的地位。而煤矿水害一直是威胁煤矿安全生产的重要原因之一,而承压水上采煤导致的水害占整个矿井水害一半以上。唐家会煤矿主采煤层为6煤,61101工作面为矿井首采工作面,工作面开采面临顶板砂岩水、底板奥灰水、断层裂隙水及废弃巷道采空区积水综合作用下回采安全问题。而对水害分析研究的技术尚不完善,因此,对唐家会61101工作面防治水分析研究及安全性评价是很有必要的。本文以唐家会煤矿61101工作面作为水害防治研究的工程背景,分析了煤层采动底板破坏及水害防治方法,并且作了安全性评价。研究内容取得如下成果在:1、通过对61101工作面水文地质条件的勘察,以及钻探资料的分析,并且进行了物探与钻探探查方法设计,作了进一步分析研究。获得了奥灰含水层的富水性特征,底板岩层的阻隔水性能力、厚度及裂隙变化,还有工作面构造发育形态等情况。2、以唐家会煤矿DF11断层周边开采为工程背景,构建了工程地质模型,并对突水危险性流固耦合模拟研究。通过对不同落差(5m、10m、15m、和20m)以及不同推进距离(30m、90m、120m、150m、210m)采用模拟软件FLAC3D对DF11不同倾角断层、不同破碎带宽度断层等影响因素进行分析,研究开采过程中覆岩应力变化特征、覆岩破坏规律以及断层的活化、渗流特征。模拟结果表明:(1)随着工作面离断层的距离越来越近,覆岩所受的剪应力和垂向应力逐渐增大,但含水层水压相对稳定,变化较小。(2)随着断层倾角的增大,覆岩中所受到的垂向应力越来越大,而随着断层倾角的增大,覆岩所受的剪应力反而越来越小;断层带内所受的正应力随着工作面的推进逐渐增大,同时随着断层倾角的增大逐渐增大;断层界面的垂向位移随着断层倾角增大而增大,在距离不变的情况下,工作面推进至断层时,同一标高处上盘界面的滑移量大于下盘界面的滑移量;在距离相同时,煤柱及底板的塑性破坏范围是随着断层倾角减小而增大,可以得出在其他情况相同条件下,覆岩煤柱顶及底板孔隙中的压力是随着断层倾角减小而增大,在距离不变的情况下,工作面推进至断层,地下水流的流速会逐渐增大,也就是说留设的煤柱宽度是随着渗水危险性增大而增大的。(3)在距离不变的情况下,覆岩中的剪应力和覆岩中的垂向应力以及断层中受到的正应力都是随着破碎带宽度增大而增大;断层中上盘界面的滑移量受破碎宽度带作用越大,与之越大。上盘界面的滑移量大于下盘界面的滑移量,其影响范围及程度也会增大;可以得出在其他情况相同条件下,覆岩煤柱顶及底板孔隙中的压力是随着断层倾角减小而增大,在距离不变的情况下,工作面推进至断层,地下水流的流速会逐渐增大,也就是说留设的煤柱宽度是随着渗水危险性增大而增大的。3、进行了61101首采工作面安全回采水害影响因素分析,利用导水裂隙带经验公式、突水系数公式分别对带压开采时顶板砂岩水、底板奥灰水危险性程度进行了初步评价,计算结果如下:(1)导水裂隙带高度Hf为227m,所以4煤顶板砂岩及6煤顶板砂岩含水层是首采面顶板充水含水层;(2)突水系数Ts在0.0263~0.0318 MPa/m,小于临界突水系数0.06 MPa/m,所以在底板隔水层完整的情况下,奥灰水突水的可能性很小。4、进行了工作面涌水量、矿井涌水量预计,并结合周边矿井防治水经验,确定了矿井排水能力,为矿井水害防治提供了方法和对策。论文的研究成果,可为唐家会煤矿首采工作面实现安全生产提供了技术支撑。
摘要第5-7页
Abstract第7-9页
第一章 绪论第15-22页
    1.1 研究的目的及意义第15页
    1.2 国内外矿井水害现状及发展趋势第15-19页
        1.2.1 国外水害现状及发展趋势第15-16页
        1.2.2 国内水害现状及发展趋势第16-19页
    1.3 论文的主要内容第19-20页
    1.4 研究方法第20-21页
    1.5 技术路线第21-22页
第二章 地质及水文地质条件第22-34页
    2.1 概况第22-26页
        2.1.1 矿井概况第22-25页
        2.1.2 工作面基本情况第25-26页
    2.2 地质条件第26-31页
        2.2.1 地层第26-27页
        2.2.2 区域构造第27-29页
        2.2.3 煤层第29-31页
    2.3 水文地质条件第31-34页
        2.3.1 含水层第31-32页
        2.3.2 隔水层第32页
        2.3.3 地下水的补给、径流、排泄条件第32-34页
第三章 巷道掘进水害因素分析及防探水措施评价第34-44页
    3.1 巷道掘进水害因素分析第34-35页
        3.1.1 顶板砂岩含水层威胁性分析第34页
        3.1.2 底板奥灰含水层威胁性分析第34-35页
    3.2 巷道掘进防探水设计第35-43页
        3.2.1 物探探测第35-40页
        3.2.2 钻探超前探测第40-43页
    3.3 本章小结第43-44页
第四章 工作面水害探查、治理与评价及排水系统评价第44-54页
    4.1 顶板水探查与治理第44-46页
        4.1.1 疏放范围、层位、标准第44页
        4.1.2 煤层顶板施工方案第44-46页
    4.2 底板水探查与治理第46-50页
        4.2.1 底板奥灰含水层探查工程第46-47页
        4.2.2 底板隔水层探查第47-48页
        4.2.3 工作面断层探查、注浆加固第48-50页
    4.3 废弃巷道水的治理措施与评价第50-51页
        4.3.1 防水密闭墙安全性评价第50页
        4.3.2 回采后工作面上部煤岩柱安全性评价第50-51页
    4.4 排水系统评价第51-52页
        4.4.1 矿井涌水量预计第51页
        4.4.2 矿井排水系统评价第51-52页
    4.5 本章小结第52-54页
第五章 关于DF11断层开采的FLAC3D数值模拟第54-66页
    5.1 关于FLAC3D软件介绍第54-55页
        5.1.1 简介第54页
        5.1.2 计算步骤第54-55页
        5.1.3 优缺点第55页
    5.2 DF11断层周边开采突水危险性的流固耦合模拟研究第55-56页
    5.3 软件模拟对断层的结果分析第56-65页
        5.3.1 断层倾角对突水危险性的影响第56-60页
        5.3.2 断层破碎带宽度对断层突水危险性的影响第60-65页
    5.4 本章小结第65-66页
第六章 工作面回采水害分析及矿井防治水技术路线第66-76页
    6.1 61101 工作面回采水害分析第66-72页
        6.1.1 顶板砂岩水第66-67页
        6.1.2 底板奥灰水第67-71页
        6.1.3 断层水第71-72页
    6.2 矿井防治水技术路线第72-75页
        6.2.1 顶板水防治方法第72-73页
        6.2.2 奥灰水防治方法第73-75页
    6.3 本章小结第75-76页
第七章 结论与展望第76-79页
    7.1 结论第76-78页
    7.2 展望第78-79页
参考文献第79-82页
致谢第82-83页
作者简介第83页
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