斜沟煤矿浅埋沟谷区厚煤层开采导水裂隙发育规律研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:seraph_gigi
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根据浅埋煤层开采经验,在浅埋及近浅埋煤层条件下,煤层开采受地表形态的影响较大,工作面在开采推进中易受到沟谷地形的影响,煤矿开采之后势必对地面造成相应的损害,使地表塌陷变形,过度开采后还会造成地表的下陷和地面出现裂缝,在煤层埋藏比较浅的地区,开采后造成的裂隙带和沟谷汇水地带沟通后,地表水顺着发育的裂缝渗入矿井将会引发煤矿的水灾,严重威胁煤矿的安全生产。鉴于斜沟煤矿多数衔接工作面处于山体沟谷地貌下开采的实际,故研究山体沟谷地貌下开采导水裂隙发育规律及防治水对于该矿井安全生产具有重要的实践价值。本文主要以斜沟煤矿8#煤层18112工作面开采为工程背景,在总结分析前人研究成果的基础上,采用相似模拟、数值模拟等方法研究沟谷地貌下开采覆岩导水裂隙发育规律及开采水流场演化的规律,得出最易突水位置及突水时机,为矿井开采防治水措施的制定提供参考借鉴。故研究内容及结果如下:(1)论文分析了斜沟煤矿浅埋沟谷区域8#、13#厚煤层上覆岩层赋存特征,沟谷区域地表地形特征以及矿井水文地质条件,得到地表主要分布有7条呈半叶脉状网络发育冲沟网络及矿井主要充水水源为大气降水、地表水等。(2)采用相似模拟方法分析了工作面过沟谷区域开采覆岩导水裂隙发育规律,相似模拟结果表明,随着8#煤层18112工作面的推进,覆岩呈现大范围垮落,当工作面推进到沟谷下坡段底部,覆岩产生贯通地表的裂隙。工作面继续推进到谷底,谷底岩层受到采动影响,变得松散,此时导水裂隙进一步发育。工作面推进到沟谷上坡段底部,此时导水裂隙最为发育,工作面继续迎坡推进,覆岩发生台阶性下沉,沟谷下方裂隙逐渐被压实。13#煤层工作面上覆岩层随着工作面的推进而垮落,当推进到100m,垮落带开始发育到上层采空区,上层采空区的岩体随着13#煤层的开采发生二次垮落,这导致8#煤覆岩裂隙进一步发育,工作面推进到200m,8#煤采空区侧地表裂隙直接导通到13#煤工作面。(3)采用RFPA数值计算方法模拟了工作面不同推进长度下,上覆岩层声发射结果及亚关键层竖直应力变化情况,得出沟谷区域煤层开采覆岩破坏的动态变化过程,根据覆岩声发射成核区的位置及分布,可以预测导水裂隙产生的位置,可以为矿井采取相应防治水措施提供参考。(4)采用COMSOL数值计算程序分析沟谷区域汇水条件下,工作面不同推进长度沟谷区域覆岩渗流场演化情况,根据相似模拟及RFPA数值模拟的裂隙分布结果,评估沟谷区域导水裂隙带导水能力,得到最先突水的位置为工作面进到120m,即工作面处于沟谷下坡段底部时。当工作面推进到200m,涌水速度达到最大,为2.43′10-3 m/s。
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