大采深条件下徐、奥灰突水机理及防治技术研究
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摘要
在华北型煤田，随着煤矿开采水平的延伸和开采范围的扩大，太原组下部煤层开采受到底板承压水的威胁越来越严重。如何将这些煤矿从承压水上解放出来，实现煤矿安全、高产、高效，一直是中国煤炭行业的主要攻关课题之一。
本文以莱芜矿区潘西煤矿为例，对深矿井煤层底板徐、奥灰突水机理进行了研究，并进行了煤层底板突水预测预报，并提出了综合防治水技术途径。首先，在分析潘西煤矿地质、水文地质及以往突水资料的基础上，概括出了影响煤层底板突水的六个因素；其次，对采场煤层底板应力状态及顶、底岩层运动规律做了分析；对大采深条件下的矿井底板破坏深度进行了理论分析、数值模拟及现场实测综合研究，结合大采深矿井实际突水资料，统计归纳出了底板破坏深度经验公式；分析了原始导高带及采动导高带的原因和影响因素及其确定方法；分析了煤层底板的综合阻水性能，并评价了潘西煤矿底板岩层的阻水性能；对采场底板突水动态机理进行了研究，并分析了断裂构造突水机制，包括断层的原始导水性及采动活化突水，从力学角度分析了断层的增展机制，同时指出了煤层底板突水的发生过程与岩石中裂纹的扩展直至破裂的过程有密切关系，指出导水裂隙带以下，某一深度以上存在一个裂纹亚临界扩展区，长期荷载作用导致裂隙的流变扩展、连通，引发滞后突水。第三，利用多源信息复合法建立矿井底板突水预测模型，对整个矿区进行了突水危险性分区，实现了矿井底板突水的预测预报；编制了矿井底板突水预测预报应用软件。最后，在详细分析煤层底板突水机理及矿井水文地质条件的基础上，提出了综合防治水技术途径。该成果对于潘西煤矿安全开采深部煤层起到了指导性作用，并取得了较好的应用效果。
With the extend of mining in depth and scope, the coal bed of lower Taiyuan Formation is more and more threatened by confined water of floor. It is one of mainly tasks that mine in safely, highly yield and efficiency that threaten by confined water in China.
This paper studied the mechanism of water-inrush and water-inrush prediction on Panxi coalmine. Firstly, based on the analysis of geology and hydrology and water-inrush from coal bed floor date of Panxi coalmine, generalized the "six factor theory" which affect water-inrush from coal bed floor. Secondly, analyzed stress state of the coal bed floor and movement feature of coal bed top layer and floor, comprehensively studied the depth of destroyed floor in deeper level mine with theoretical analysis, numerical simulation and actual measurement in situ. Based on the date of water-inrush of mined in deep level, summarized the empircal formula of the depth of destroyed floor. Analyzed the reason and influential factor and ascertainment method on the depth of original damage zone and mined damage zone. Studied on obstruction performance of coal bed floor and applied it to Panxi coalmine. Studied on dynamic mechanism of water-inrush from coal bed floor and analyzed the mechanism of water-inrush faulted floor, include the water-inrush of original fault and activated fault by mined, another studied the development mechanism of fault with mechanics. At last, used more factors compositing theory, brings forward the model of water-inrush to forecast water-disaster problem in coal mine and applicable software to predicate water-inrush from mining floor is made.
本文以莱芜矿区潘西煤矿为例，对深矿井煤层底板徐、奥灰突水机理进行了研究，并进行了煤层底板突水预测预报，并提出了综合防治水技术途径。首先，在分析潘西煤矿地质、水文地质及以往突水资料的基础上，概括出了影响煤层底板突水的六个因素；其次，对采场煤层底板应力状态及顶、底岩层运动规律做了分析；对大采深条件下的矿井底板破坏深度进行了理论分析、数值模拟及现场实测综合研究，结合大采深矿井实际突水资料，统计归纳出了底板破坏深度经验公式；分析了原始导高带及采动导高带的原因和影响因素及其确定方法；分析了煤层底板的综合阻水性能，并评价了潘西煤矿底板岩层的阻水性能；对采场底板突水动态机理进行了研究，并分析了断裂构造突水机制，包括断层的原始导水性及采动活化突水，从力学角度分析了断层的增展机制，同时指出了煤层底板突水的发生过程与岩石中裂纹的扩展直至破裂的过程有密切关系，指出导水裂隙带以下，某一深度以上存在一个裂纹亚临界扩展区，长期荷载作用导致裂隙的流变扩展、连通，引发滞后突水。第三，利用多源信息复合法建立矿井底板突水预测模型，对整个矿区进行了突水危险性分区，实现了矿井底板突水的预测预报；编制了矿井底板突水预测预报应用软件。最后，在详细分析煤层底板突水机理及矿井水文地质条件的基础上，提出了综合防治水技术途径。该成果对于潘西煤矿安全开采深部煤层起到了指导性作用，并取得了较好的应用效果。
With the extend of mining in depth and scope, the coal bed of lower Taiyuan Formation is more and more threatened by confined water of floor. It is one of mainly tasks that mine in safely, highly yield and efficiency that threaten by confined water in China.
This paper studied the mechanism of water-inrush and water-inrush prediction on Panxi coalmine. Firstly, based on the analysis of geology and hydrology and water-inrush from coal bed floor date of Panxi coalmine, generalized the "six factor theory" which affect water-inrush from coal bed floor. Secondly, analyzed stress state of the coal bed floor and movement feature of coal bed top layer and floor, comprehensively studied the depth of destroyed floor in deeper level mine with theoretical analysis, numerical simulation and actual measurement in situ. Based on the date of water-inrush of mined in deep level, summarized the empircal formula of the depth of destroyed floor. Analyzed the reason and influential factor and ascertainment method on the depth of original damage zone and mined damage zone. Studied on obstruction performance of coal bed floor and applied it to Panxi coalmine. Studied on dynamic mechanism of water-inrush from coal bed floor and analyzed the mechanism of water-inrush faulted floor, include the water-inrush of original fault and activated fault by mined, another studied the development mechanism of fault with mechanics. At last, used more factors compositing theory, brings forward the model of water-inrush to forecast water-disaster problem in coal mine and applicable software to predicate water-inrush from mining floor is made.
引文
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