【摘 要】
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近年来,随着澄合矿区煤矿开采规模的不断扩大,采场底板受下伏奥陶纪灰岩高承压水的威胁日趋严重,导致底板发生突水的频率明显增加,严重影响煤矿的安全生产。开展承压水矿区采场底板突水机理分析,有效遏制矿井突水事故的发生,一直是煤矿工业急需解决的难题。本文以澄合矿区董家河煤矿22507工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的方法对渭北奥灰承压水矿区采场底板破坏特征及突水机理进行深入研究。研
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近年来,随着澄合矿区煤矿开采规模的不断扩大,采场底板受下伏奥陶纪灰岩高承压水的威胁日趋严重,导致底板发生突水的频率明显增加,严重影响煤矿的安全生产。开展承压水矿区采场底板突水机理分析,有效遏制矿井突水事故的发生,一直是煤矿工业急需解决的难题。本文以澄合矿区董家河煤矿22507工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的方法对渭北奥灰承压水矿区采场底板破坏特征及突水机理进行深入研究。研究成果为今后矿井承压水上工作面的安全开采提供了科学的参考及宝贵的经验。论文主要研究成果如下:(1)通过现场实地调研,对澄河矿区董家河煤矿矿井基本情况和工作面工程概况以及水文地质条件进行详细介绍;具体分析煤层开采过程中底板发生突水的主要影响因素,分别从底板含水层、底板隔水层、地质构造、工程开采四个方面展开论述,为研究渭北奥灰承压水矿区采场底板突水机理提供指导。(2)根据矿山压力与岩层控制理论,分别建立周期来压时采场底板沿工作面倾向和走向力学计算模型,采用弹性理论分析工作面底板岩体沿工作面倾向和走向的应力分布规律和破坏特征情况;根据塑性滑移线理论分析采场底板最大塑性破坏深度,并采用断裂力学确定工作面推进过程中煤体边缘产生的塑性区宽度。(3)采用FLAC3D数值模拟软件对工作面回采推进过程中采场底板破坏特征进行数值计算分析,分别探讨在工作面推进距离以及工作面倾向长度的影响因素作用下承压水上采场底板破坏特征的变化规律;并采用钻孔声波探测技术对工作面底板破坏深度进行现场实测分析,进一步验证理论分析的正确性。(4)建立承压水上采场底板隔水关键层力学模型,将隔水关键层视为四边固支的矩形弹性薄板,采用理论分析的方法研究采场底板预先发生破坏时的位置和底板发生突水危险性最高的区域;并分析煤层底板隔水关键层发生破坏突水力学判据关系式,探讨煤层底板隔水关键层可以承受的最大导水压力与各影响因素之间的关系。(5)对煤层底板破坏带区域及K2灰岩含水层进行注浆加固改造技术措施,旨在降低采场底板采动破坏深度,提高隔水关键层厚度和整体强度,并且将K2灰岩含水层改造为隔水关键层或者弱含水层;采用电法物探的方法对工作面底板注浆区域注浆前后效果进行对比测试,评价注浆加固改造堵水效果。
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