厚松散含水层直覆下煤层开采覆岩破坏特征研究

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矿井水害是煤矿开采的主要灾害之一,松散含水层突水作为矿井水害的重要类型,影响着矿井的安全有效开采。浅部煤层在开采过程中顶板导水裂缝带一旦沟通松散强含水层,便易发生突水。顾桥矿北二采区新生界松散层厚度323.50524.76m,由于其厚度大,含水层富水性强,部分区域松散含水层又与基岩直接接触。如果开采过程中,导水裂缝带与松散含水层沟通发生突水,将会威胁矿井安全。因此,有必要对顾桥矿北二采区煤层开采覆岩破坏和导水裂缝带发育特征进行研究,为松散含水层水害防治提供技术保障。在收集顾桥矿北二采区勘探阶段、生产阶段、补勘阶段资料,以及相邻矿井资料的基础上,采用数理统计、数据分析与理论计算、数值模拟、相似模拟试验相结合的方法对顾桥矿北二采区厚松散强含水层直覆下煤层开采覆岩破坏特征进行综合研究,取得如下成果。(1)北二采区新生界厚度总体上由东南向西北逐渐增厚,随古地貌形态的变化而变化,新生界中含、上含与下含之间基本无水力联系,对矿井充水无直接影响,采区底部有隔水性极为良好的隔水层,仅在采区东部地区隔水层极为薄弱,中含与下含的部分地区与基岩直接接触,存在水力联系。(2)北二采区11-2煤层顶板多为老顶直覆型、伪顶老顶型及伪顶直接顶老顶型,顶板岩层及上覆岩层岩性以软岩硬岩为主,并根据岩石物理力学参数及地质水文地质资料,建立了厚松散含水层直覆下煤层开采水文工程地质模型。(3)根据注水法钻孔冲洗液漏失量分析得到,垮落带高度为18.4m,导水裂缝带高度为48.14m。通过分布式光纤与高密度电法技术探测得到覆岩导水裂缝带与垮落带的高度分别为40.0m与18.0m。(4)根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(2017.05)中煤层分层开采的导水裂缝带高度计算北二采区11-2煤层开采导水裂缝带高度,公式一计算结果为36m47.98mm,计算公式二计算结果为34m53.54m。根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》(GB12719—1991)计算导水裂缝带高度为46m48.94m。淮南矿区经验公式计算11-2煤层导水裂缝带高度集中于34.2347.89m,为采高的11.416倍。采用多元回归数学模型计算导水裂缝带高度为36.01m47.74m,平均42.20m。(5)采用FLAC3D软件对厚松散含水层直覆下煤层开采覆岩破坏特征进行模拟分析,研究结果为:垮落带高度24.5m,导水裂缝带高度42.5m。通过相似模拟试验得到煤层顶板在开采至45m处初次垮落,垮落带在开采至135m处时达到最高且趋于稳定,随着煤层开采的推进,上覆岩层破坏呈现出一定的规律性,最终模拟结果:垮落带高度27.5m,导水裂缝带高度43m。图[54]表[14]参[56]
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