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随着煤矿开采向深部延伸开采,煤层底板灰岩水害问题已成为华北型煤田开采的最大技术难题之一。永城矿区地处黄淮平原腹部,是华北型煤田中受底板石炭纪及奥陶纪灰岩突水威胁的典型区域。从1982年建井到2019年共发生19次较大的灰岩突水事故,其中陈四楼煤矿就有9次。经过对陈四楼煤矿历年来突水事故案例分析、研究,根据突水系数理论进行验算,矿井各采掘头面的突水点根据水压及煤层底板与太原组上部含水段之间的厚度计算得出的突水系数值都不大于非正常地层块段的0.06MPa/m,突水点附近没有揭露具有明显断点的断层或褶皱等构造,综合分析认为矿井突出具有典型的深部太原组灰岩岩溶裂隙型突水特征。为此,论文以陈四楼煤矿典型的大埋深高承压2517综采工作面为研究对象,在系统收集整理和分析研究区地质和水文地质条件基础上,采用塑性理论及经验公式计算、数值模拟回采工作面顶底板应力变化及顶底板破坏特征、井下现场试验和室内岩样测试等方法,围绕深部开采煤层底板变形破坏及高承压太原组灰岩裂隙型突水机理这一科学问题进行了较系统深入研究。主要取得了如下研究成果:（1）选择具有代表性的埋藏深度大、底板赋存高承压水的2517综采工作面为研究对象,采用理论公式、塑性理论、室内FLAC3D数值模拟及井下工作面钻探结合高密度电法实测等数种方法,分别获得了采动底板最大破坏深度量值,揭示了在大埋深高承压水条件下二2煤层采动过程中底板破坏的演化特征,绘制了煤层底板变形破坏形态和水平方向的影响范围,提出了具有针对性的修正经验公式。（2）基于大埋深采动底板变形破坏演化特征基础上建立了研究区完整地段采动底板太原组灰岩裂隙型扩展的突水模式,分析了高地应力及高水压力联合作用下采动底板变形破坏逐渐向下发展和高水压含水层裂隙逐渐向上发展乃至贯通的突水理念,提出了临界突水的有效隔水层厚度表达式,并根据实际数据进行了验算。（3）基于深部采动底板破坏演化特征及太原组灰岩裂隙型突水机理研究基础上,经过井下注浆前及注浆后现场孔内采取岩芯样观测和地面实验室内灰岩岩样强度测定对比分析,确定了钻孔注浆目标岩层、选用的注浆材料和浆液扩散的半径,明确了纯水泥浆液是矿井煤层底板注浆改造的最优材料。（4）室内实验发现在高压水侵蚀作用下,未注浆的太原组灰岩岩石内裂隙发育,造成岩体抗压强度降低;在采用水泥浆液进行煤层底板加固后,煤层底板中各类孔隙被充填,岩石力学强度增加明显。论文采用施工注浆钻孔与考察钻孔结合的方式对浆液扩散半径进行了现场实测。考察钻孔实测资料证明,浆液扩散半径的长度与岩层裂隙网络发育规模、裂隙发育长度和宽度及浆液主剂材料具有密切关系,注入蒙脱石与水泥等混合材料作为注浆主剂的浆液的运移扩散半径比注入纯水泥作为注浆主剂的浆液的运移扩散半径大,但注浆后的岩石强度前者比后者低。（5）根据研究确定的注浆层位、注浆半径和注浆材料,论文选择了南五采区深部三个典型的大埋深高承压工作面分别进行了二2煤层底板注浆改造。在各试验综采工作面底板注浆加固前进行了瞬变电磁探测,查明了富水异常区;在工作面注浆加固后采用瞬变电磁探测技术对工作面注浆改造效果进行验证,用以指导注浆改造设计和施工,实现了在大埋深高承压条件下工作面的安全回采。论文基本确立了研究区针对太原组灰岩裂隙型突水的防治水技术流程。论文附有插图93幅,附表24个,参考文献157篇。