【摘要】：我國煤礦開采已有百年之余,隨著經(jīng)濟水平的發(fā)展,對煤炭需求量逐年增加,開采條件簡單的煤層都將枯竭,而隨著開采深度增加,多煤層開采現(xiàn)象越來越普遍,但多煤層開采受層間巖性組合、層間間距與開采生產(chǎn)條件等因素影響,引起了諸多開采問題,如頂板離層水害、頂板二次破斷與強礦壓等,威脅煤礦安全生產(chǎn)。本文以五輪山煤礦8煤、6~(-3)煤與3煤疊加開采為背景,結(jié)合8煤與6~(-3)煤已采工作面涌突水情況,研究其頂板覆巖破壞機理,通過現(xiàn)場調(diào)研、理論分析與數(shù)值模擬等方法相結(jié)合,重點研究6~(-3)煤1601工作面的離層位置、破斷距與導水裂隙帶高度,并且對一采區(qū)涌突水危險性分區(qū)。(1)通過五輪山煤礦鉆孔資料,研究各煤層與層間巖性組合分布特征。分析得出一采區(qū)8煤與3煤空間賦存比較穩(wěn)定,整體變化趨勢是由東向西煤層厚度減弱,6~(-3)煤厚度變化較大;各煤層頂板巖性組合均為細砂巖、粉砂巖、泥巖、煤與灰?guī)r互層,但各巖性占比不一,8煤頂板主要以細砂巖與粉砂巖為主,6~(-3)煤頂板主要以粉砂巖、泥巖與細砂巖為主,3煤頂板主要以粉砂巖與泥巖為主。(2)分析1601工作面涌突水,判定1601工作面直接充水水源為龍?zhí)督M上段(P_3l~3)中的砂巖裂隙水,間接充水水源為長興大隆組(P_3c+d)。通過理論計算,基于關鍵層理論對1601工作面關鍵層位置進行初步判別,結(jié)合工作面突水分析,初步確定1601工作面主關鍵層在3煤底板細砂巖底部,其附近可能會形成離層空間;基于板理論與對工作面進行破斷距計算,結(jié)合1601工作面突水時工作面所處位置,預計1601工作面周期破斷距為68m,1603工作面周期破斷距為73m;綜合經(jīng)驗公式與基于關鍵層位置對導水裂隙帶高度預計,初步預計1601工作面開采后導水裂隙帶發(fā)育高度最大為39.8m。(3)通過離散元3DEC對工作面開采覆巖破斷進行模擬,在下部8煤工作面開采結(jié)束后,在距8煤煤層頂板42m處龍?zhí)督M上段5~(-3)煤頂板細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖附近產(chǎn)生離層,在1601工作面推進過程中,先期工作面開采時形成的離層空間逐漸被壓實,工作面推進結(jié)束,離層發(fā)育在龍?zhí)督M灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖與細砂巖,與理論計算一致。(4)根據(jù)1601工作面實際涌水量,結(jié)合“大井法”、比擬法與考慮離層水均勻下泄條件下涌水量預計,1603工作面不考慮離層水的正常涌水量預計為46-57.5m~3/h;考慮離層水均勻下泄時,預計正常涌水量64-75.5m~3/h;最大涌水量約為265m~3/h。(5)利用層次分析法對一采區(qū)涌突水危險性分區(qū),選取的七個評價指標獻度關系為:6~(-3)煤厚度導水裂隙帶發(fā)育高度6~(-3)煤頂板至K2灰?guī)r層高度含水層厚度泥巖厚度比8煤厚度保護層厚度,其中正相關因素為:6~(-3)煤厚度、導水裂隙帶發(fā)育高度、8煤厚度與含水層厚度,負相關因素為:6~(-3)煤頂板至K2灰?guī)r層高度、保護層厚度與泥巖厚度比;分區(qū)結(jié)果為采區(qū)北邊界附近處于危險區(qū),南邊界與西邊界夾角處與東邊界中部小范圍是相對安全區(qū),其余部分都處于相對危險區(qū)。
【圖文】：

工程碩士專業(yè)學位論文以河谷、沖溝等侵蝕地貌為主，，地形標高一般在+1500-+2000m 間。河谷標高一般在+1346+1800m 間，相對高差一般在 300-500m 間。最高海拔為+2152.92m（對叉埡口三角點），最低侵蝕基準面標高為+1346m（水公河與礦區(qū)邊界相交處木瓜田寨附近）相對高差為806.92m。地勢總體為西北高，東南低，地層呈單面山向水公河向斜軸傾斜，見圖 2-2。

枯季無水，厚度大于 200m；鉆孔見此地層簡易水文均無變化。各地層在孔隙發(fā)育程度、富水性、透水性等方面均具非均質(zhì)性，表現(xiàn)極不均一，即含水層、隔水層亦如此。在含水層的空隙面的法向上具有隔水作用；而隔水層在裂隙部位也見有一定的富水性和透水能力。補勘鉆孔揭露地層情況及其富水性評價見表24.2 礦井充水條件1）充水水源五輪山煤礦屬裂隙類水文地質(zhì)條件簡單的礦床，大氣降水是主要間接充水水源，充單，煤系地層為良好的隔水層，但受大氣降水和煤層開采后產(chǎn)生裂隙的影響，雨季涌將大大增加。大氣降水是本區(qū)地下水的主要補給來源，礦井充水直接或間接受到大氣降水的影區(qū)年降雨量為 956.8-1494.6mm，日降雨量最高為 131.2mm。由于地形條件及雨源型溪特定條件，井田內(nèi)樹枝狀“V”字型沖溝發(fā)育，有利于地表水排泄，地下水具有循環(huán)淺流短、排泄集中等特點，降水基本順著地層傾向或斜坡向水公河、三岔河及其兩側(cè)沖其它沖溝排泄。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD745.2

【參考文獻】

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本文編號：2633723