近松散承压含水层开采突水水文工程地质关键因素研究

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本文分析了祁东煤矿自投产以来的17次松散承压含水层水通过顶板涌入采煤工作面的案例,这些工作面均按照相关规程留设了足够的防水煤(岩)柱,但仍然发生了突水事故。通过综合研究得出近高承压松散含水层开采煤层顶板突水的两个关键的水文工程地质因素:一是高承压松散含水层厚度大、富水性强和高承压水头是采煤工作面顶板突水的关键因素。二是煤层顶板岩性结构中有厚度大、岩石力学强度高的中硬岩层存在时,受松散承压含水层的高水压作用导致开采煤层“两带”异常发育。基于裂隙岩体损伤力学部分理论,研究了高承压松散含水层直接覆盖于基岩风化带之上条件下,高承压水对基岩风化带原生裂隙扩展机制,并推导了相应计算公式。基岩原生裂隙及其受水压影响的扩展深度组成的下渗带是影响防水煤岩柱安全性的重大隐患。对7131-3钻孔基岩风化带采样统计原生裂隙,计算下渗带的深度为10.2m。对矿区四含水体采动等级进行了划分,靠近谷口冲积扇-古冲积河道中部的四含为Ⅰ类水体;厚度小的河漫滩沉积型四含为Ⅱ类水体;靠近四含工作面煤层开采需按照“三下采煤规程”留设防水煤岩柱,并将下渗带底界作为含水层底界。以7131工作面为例,参照“三下采煤规程”理论经验公式计算了71煤层“两带”发育高度,为满足四含防水煤岩柱的安全性,对煤层限制采高为3.4m,按此采高“两带”发育高度为46.87m。运用FLAC3D数值模拟软件建立了具有坚硬岩层交互结构的工作面模型,进行了松散承压含水层高水压影响下的流-固耦合模拟,得到煤层开采“两带”发育高度为53m;7131工作面水文工程地质条件下“两带”发育高度较理论计算要高。据三带验证孔数据知模拟结果与实际情况相符合,可作为工作面防水煤(岩)柱留设依据。
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