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水源条件和导水通道是矿井突水的基本条件。对于底板岩溶突水来讲,水源条件应该是对岩溶含水层的特征进行研究,而导水通道则应该是对底板隔水层结构的研究。通过研究底板隔水层受采动破坏的规律,对人们认识底板突水机理及有效预防突水事故的发生十分重要。本文以高承压岩溶水下煤层的开采为背景,具体以王峰井田下组煤的开采为研究对象,围绕底板隔水层由于采动破坏诱发突水而展开研究。 首先,通过分析大量突水资料,归纳总结出底板突水六大影响因素:含水层的富水性、含水层水头压力、底板岩层岩性及其组合特征、地质构造、矿山压力及开采方法等;岩石的全应力-应变-渗透规律表明岩石的渗透特性与岩石的岩性和围压密切相关,裂隙和孔隙变化引发岩石渗透率发生变化,因此对水岩相互作用进行了研究;针对王峰井田内奥灰岩含水层的水文地质及工程地质特征,提出王峰井田底板突水的两类基本类型,即完整型底板突水和断层型底板突水。在下三带理论的基础上,结合水岩相互作用的机制,对底板突水的机理进行了研究。 其次,对深部岩溶含水层的特征进行了研究,认为其在平面上和垂向上的分布并不均匀,深部岩溶渗透性及富水性规律都随着埋深的加大而减弱;并对井田岩溶发育情况进行了研究,认为井田内的奥陶系石灰岩是由相对隔水层段与几个含水层段复合而成的,上马家沟组二段富水性最强且离煤系最近,故其是开采11#煤层时的充水水源。 第三,通过对奥陶系灰岩顶部风化带成因进行的研究,认为风化壳岩溶充填带在全华北煤田普遍存在,处于风化壳带上的岩溶不发育,具有良好的阻水性能。对研究区峰峰组顶部岩溶发育进行了着重研究,采用收集前人资料、野外实地调查、水文地质勘探、室内外相关试验及测试等手段对峰峰组的隔水性进行了验证,认为在研究区内峰峰组顶部存在厚度为40m左右的隔水层。 最后,采用数值模模拟手段,对11#煤层的开采进行了不同孔隙水压力、不同隔水层厚度状况下模拟计算。揭示了深部底板隔水层在采动影响下的采动破坏规律。结果显示,底板岩层的破裂深度和破裂范围不因隔水层厚度的变化而发生明显的变化,塑性破坏深度的最大值均为22.5m。同时,采用三种不同方法对王峰井田11#煤层底板开采的安全性进行了初步评价,认为11#煤在底板无断裂的情况下开采是可行的。 本文的研究成果对王峰井田在高承压水上安全开采11#煤具有重要的理论意义和实践价值。其结果对于其它煤田的开采也具有一定的参考价值。