【摘 要】
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我国具有丰富的煤层资源,随着浅埋煤层的大量开采消耗,矿区逐步进入深埋煤层开采,深埋煤层开采后由于覆岩应力平衡遭到破坏,将导致覆岩发生一系列的演化,形成导水裂隙带,覆岩含水层中的积水将沿导水裂隙流向采空区,形成采空区积水,将对煤矿的安全生产形成严重威胁。因此,导水裂隙带发育高度的研究对煤矿判断采空区积水的来源以及预防水害事故的发生具有重要的意义。本文以黄陵二号煤矿207工作面为研究对象,综合应用理论
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我国具有丰富的煤层资源,随着浅埋煤层的大量开采消耗,矿区逐步进入深埋煤层开采,深埋煤层开采后由于覆岩应力平衡遭到破坏,将导致覆岩发生一系列的演化,形成导水裂隙带,覆岩含水层中的积水将沿导水裂隙流向采空区,形成采空区积水,将对煤矿的安全生产形成严重威胁。因此,导水裂隙带发育高度的研究对煤矿判断采空区积水的来源以及预防水害事故的发生具有重要的意义。本文以黄陵二号煤矿207工作面为研究对象,综合应用理论分析、数值模拟、物理相似模拟以及现场勘探等方法,对深埋煤层采动覆岩导水裂隙带发育高度及采空区积水水源判别展开研究。以研究区煤岩层赋存特征为依据,通过关键层理论对该矿207工作面覆岩导水裂隙带发育高度进行分析计算得到导水裂隙带最大发育高度为69.5m。采用物理相似模拟试验揭示了采空区覆岩破断特征及导水裂隙带的演化过程,煤层开采初期,导水裂隙带发育高度随工作面的推进逐渐增大,当工作面推进至96m后基本上不再发育,导水裂隙带最大发育高度为68m,为煤厚的21.25倍,在开切眼和停采线处发育最为充分。通过FLAC3D数值模拟方法对黄陵二号煤矿207工作面煤层开采进行模拟分析,得到覆岩的塑性破坏区高度为66.5m,发育至侏罗系延安组。为了进一步判断导水裂隙带的发育高度以及采空区积水的来源,通过现场对各含水层进行水样采集,采用水化学分析方法对采空区积水来源进行判别,得到采空区积水的水化学特征与覆岩侏罗系延安组含水层的水化学特征高度吻合,说明导水裂隙带发育至侏罗系延安组;采用井下仰孔分段注水漏失的方法对导水裂隙带发育高度进行了现场探测,得到207工作面采动覆岩导水裂隙带的发育高度约为69.2m,该结果与关键层理论分析结果、数值模拟结果以及物理相似模拟试验结果基本吻合。综合各种方法的研究结果,得到黄陵二号煤矿207工作面覆岩导水裂隙带最大发育高度为69.5m,为煤厚的21.7倍。导水裂隙带发育至含水量弱的侏罗系延安组细粒砂岩含水层。
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