【摘要】：錦界煤礦位于陜北黃土高原北端、毛烏素沙漠東南緣,隸屬于侏羅系煤田。主采煤層3-1煤上方沉積有第四系薩拉烏蘇組松散沙層潛水含水層和侏羅系中統(tǒng)直羅組風化基巖裂隙承壓含水層,富水性中等;兩含水層之間的土層隔水層沉積較薄,并且在薄基巖區(qū)段,3-1煤層開采后其導水裂縫帶高度大多超過煤層上覆正�；鶐r厚度,使得風化基巖承壓含水層成為礦井的普遍充水含水層。針對3-1煤層回采面臨的頂板含水層水害威脅,以往工作面采用均勻布孔的方式超前疏放頂板水,以降低回采期間的涌水量。但由于對疏放水技術(shù)的認知缺陷,往往造成過度疏放水,具體表現(xiàn)為工作面鉆孔數(shù)量多,疏放水時間長,疏放水量大,嚴重制約著礦井的經(jīng)濟效益。因此,為了保障礦井安全開采、降低疏放水成本,亟需對煤層頂板水疏放技術(shù)進行優(yōu)化研究,這對實現(xiàn)礦井安全高效、經(jīng)濟開采具有重要的指導意義。通過對錦界礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)等資料的研究,分析了礦井涌水量的變化趨勢及其構(gòu)成,并對礦井涌水量的影響因素進行分析,提出工作面疏放水量是礦井涌水量的主要影響因素之一。對以往工作面頂板水疏放情況進行研究,提出了疏放水過程中存在鉆孔數(shù)量過多、疏放水時間過長、疏放水量過大的問題。針對該問題對31204工作面進行疏放水試驗,從孔組疏放水量、單孔疏放水量、殘余水頭、疏放水穩(wěn)定時間、疏放水單孔影響半徑、分段放水距等方面對疏放水試驗數(shù)據(jù)進行了分析,提出了疏放水效果定量化指標,并在此基礎上得出了疏放水效果判別準則。建立了研究區(qū)地下水三維非穩(wěn)定流數(shù)值模型,獲取了相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù),經(jīng)識別與驗證后,為疏放水優(yōu)化管理模型提供了用于模擬預測的地下水流數(shù)值模型。采用響應矩陣法將地下水三維非穩(wěn)定流數(shù)值模型與優(yōu)化管理模型進行耦合,以疏放水效果判別準則作為約束條件,建立了 31205工作面煤層頂板水疏放優(yōu)化管理模型,基于分段放水距、疏放水鉆孔數(shù)量及疏放水時間設定了 6種不同的疏放水方案,運用Lingo語言與0-1整數(shù)規(guī)劃算法對模型聯(lián)合求解,對各方案計算結(jié)果進行了對比分析,得出31205工作面頂板水疏放的最優(yōu)推薦方案。
[Abstract]:Jinjie Coal Mine is located in the northern end of the Loess Plateau and the southeast edge of Maowusu Desert, belonging to the Jurassic coal field. On the top of the main coal seam 3-1, there are the phreatic aquifer of loose sand layer of the Salawusu formation of Quaternary system and the fractured aquifer of weathered bedrock of the Jurassic Middle Series Zhiluo formation, with medium water content. The soil layer between the two aquifers is thin, and in the thin bedrock section, the height of the water-conducting fracture zone of the 3-1 coal seam is higher than that of the normal bedrock overlying the coal seam. It makes weathered bedrock confined aquifer a universal water-filled aquifer in mines. In view of the water hazard threat to the roof aquifer in the mining of 3-1 coal seam, in the past, the roof water was thinned out in advance by uniform hole arrangement in the working face, so as to reduce the water inflow during the mining period. However, due to the cognitive defects of the drainage technology, excessive drainage is often caused by the large number of boreholes in the working face, the long time of drainage and the large amount of water thinning, which seriously restricts the economic benefit of the mine. Therefore, in order to ensure the mine safe mining and reduce the cost of drainage, it is urgent to optimize the technology of roof drainage of coal seam, which has important guiding significance for the realization of mine safety and efficiency and economic mining. Based on the study of geological, hydrogeological and other data of Jinjie mine, the changing trend and composition of mine water discharge are analyzed, and the influencing factors of mine water discharge are analyzed. It is pointed out that the drainage of coal face is one of the main influencing factors of mine discharge. Based on the research on the situation of roof water thinning in previous working face, the problems such as excessive number of boreholes, too long time of drainage and too large amount of water are put forward in the process of water thinning and discharging. In view of this problem, the experiment of sparing water in 31204 working face is carried out. The influence radius of the unit of holes, the water volume of single hole, the residual water head, the stable time of drainage and the influence radius of single hole are analyzed. Based on the analysis of the experimental data, the quantitative index of the drainage effect is put forward, and the criteria for judging the effect of the thinning are obtained on the basis of the analysis of the experimental data. The three-dimensional unsteady flow numerical model of groundwater in the study area was established, and the relevant hydrogeological parameters were obtained. After identification and verification, a numerical model of groundwater flow for simulation and prediction was provided for the optimal management model of drainage. By using the response matrix method, the numerical model of groundwater three-dimensional unstable flow is coupled with the optimal management model, and the optimal management model of water drainage of coal seam roof in 31205 working face is established with the criterion of the effect of drainage and drainage as the constraint condition. Based on the interval between sections, the number of holes and the time of drainage, six different schemes are set up. The model is solved by using Lingo language and 0-1 integer programming algorithm. The calculation results of each scheme are compared and analyzed. The optimal recommended scheme of roof water drainage in 31205 working face is obtained.
【學位授予單位】：煤炭科學研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD745

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本文編號：2349030