安达煤矿多煤层开采老空水探放及覆岩破坏规律研究

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水害是矿井五大灾害之一，其中老空区透水事故占绝大多数比例，积水通过导水通道涌入矿井造成透水事故，而多煤层开采中覆岩破坏是形成导水通道的主要原因之一。安达煤矿现主采煤层为9+10号煤层，首采面为29101工作面，其上覆存在已开采完毕的2号煤层采空区，具有积水隐患，采用瞬变电磁法对29101工作面上覆老空区积水可疑区进行探测，通过理论分析和数值模拟对29101工作面开采后覆岩破坏情况进行分析研究，对工作面上覆老空区积水进行疏放方案设计与实施后，进行现场工程实践验证，得出结论如下：
　　（1）从充水水源、充水通道和积水空间三个方面，对采空区积水形成机制及导水通道类型进行分析。结果表明：安达煤矿充水水源主要为大气降水和地下水；29101工作面开切眼附近存在断层与陷落柱，由于陷落柱距离较远，可以确定充水通道主要为采动裂隙与断层。
　　（2）通过《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中公式计算导水裂隙带平均高度为53.7m，最大可达65.6m；通过《矿区水文地质工程地质勘探规范》公式计算结果为54.3m，最大可达89.4m。结果表明：导水裂隙带最大高度大于29101工作面与老空区的层间距，29101工作面回采时存在上覆老空水害威胁隐患。
　　（3）采用瞬变电磁法对老空区积水状况进行探测，通过BETEM软件对探测数据进行后处理，得出视电阻率断面图及水平切片图并进行分析。结果表明：2号煤层视电阻率值在40~65Ω·m之间，推测为2号煤层采空区积水引起；9+10号煤层视电阻率值在40~75Ω·m之间，推测为9+10号煤层顶板灰岩富水引起，不排除为在建工业广场内的干扰源引起。
　　（4）运用FLAC3D软件对29101工作面进行模拟开采，分析多煤层开采时下层工作面不同开采参数对覆岩破坏规律的影响。结果表明：采宽越大，周围岩体的支承压力及顶板的变形破坏越严重；当29101工作面采宽达到80m时，剪切塑性区贯通29101工作面及2号煤工作面层间岩体，覆岩发生非连续性破坏，足以产生将上覆老空水导入下层工作面的导水通道。
　　（5）运用FLAC3D软件对29101工作面实际开采设计尺寸进行模拟回采。研究表明：29101工作面采宽为176m时，随着工作面的推进，覆岩受采动影响产生的移动、变形、破坏范围逐渐增大，回采至150m时，覆岩的破坏足以形成将上覆老空水导入29101工作面的通道，对29101工作面安全回采造成威胁。
　　（6）依据现场工程地质、老空积水异常区分布情况，对29101工作面上覆老空区积水进行疏放方案设计并实施。结果表明：上覆老空积水疏放共计放水量106218m3，疏放结束后对29101工作面进行回采，回采过程中未出现大量涌水等水害事故，现已安全回采结束。29101工作面受上覆2号煤层老空区积水水害威胁的隐患完全消除。

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作者
李博;
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作者单位

山东科技大学;

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授予单位山东科技大学;
学科矿业工程
授予学位硕士
导师姓名赵同彬;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TD745.2;
关键词
煤矿开采; 老空水探放; 导水通道; 覆岩破坏;

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