煤礦水害是與瓦斯、礦壓、火災(zāi)、粉塵并列的礦山建設(shè)和生產(chǎn)過程中的五大災(zāi)害之一,給煤礦安全生產(chǎn)帶來了巨大的威脅。五舉煤礦主井、副井、風(fēng)井穿越下白堊系六盤山群第一段(K1L1)的厚度分別為267nm、242m、244m,在井筒建設(shè)過程中出現(xiàn)了下白堊系含水層厚度大、富水性強(qiáng)、埋深大、治理艱難的技術(shù)問題,在該地區(qū)立井建設(shè)中還沒有采用非凍結(jié)法成功通過涌水量如此之大含水層的先例。本論文通過一系列水文地質(zhì)和涌水量預(yù)測分析,模擬研究不同工況下含水層水壓頭、滲流速度場及涌水量的變化規(guī)律;提出了“工作面預(yù)注漿十分段掘砌+壁后注漿”的井筒水害治理方案,并對關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行研究設(shè)計(jì);通過實(shí)施解決了該礦井建設(shè)難題,實(shí)現(xiàn)了安全順利通過強(qiáng)含水層。本研究進(jìn)行的主要工作及取得的成果如下:(1)通過資料收集系統(tǒng)總結(jié)了五舉煤礦主井、副井、回風(fēng)立井穿過地層的整體情況,重點(diǎn)研究了三條井筒穿越白堊系強(qiáng)含水層地層的結(jié)構(gòu)、厚度、地層的水文地質(zhì)特性;(2)依據(jù)井筒檢查孔數(shù)據(jù),采用理論解析法、類比法獲得了井筒一次全段開挖工況下井筒的涌水量數(shù)據(jù),對比實(shí)際存在較大差異,研究發(fā)現(xiàn)本地區(qū)白堊系涌水量預(yù)測與實(shí)際差異原因:采用數(shù)值計(jì)算方法模擬井筒不同工況下,水壓頭響應(yīng)、滲流速度場、涌水量變化,發(fā)現(xiàn)了本區(qū)域立井開挖時(shí)白堊系裂隙含水層水壓頭、滲流速度場、涌水量變化規(guī)律;不同開挖工況支護(hù)與不支護(hù)條件下涌水量變化規(guī)律;(3)依據(jù)五舉煤礦三條井筒白堊系水害特征、涌水規(guī)律研究,設(shè)計(jì)了“工作面預(yù)注漿+分段掘砌+壁后注漿”的立井施工水害治理方案,實(shí)施后安全順利通過下白堊系含水層,綜合涌水量控制在國家規(guī)范要求之內(nèi),實(shí)現(xiàn)了安全無事故,井筒施工質(zhì)量合格,注漿法防治水的附加投資只相當(dāng)于凍結(jié)法的28%,附加工期相當(dāng)于凍結(jié)法的50%,為利用注漿技術(shù)治理白堊系裂隙巖體強(qiáng)含水巖層水害,探索出了一條安全可靠的技術(shù)之路。本論文通過對五舉煤礦白堊系裂隙巖體含水層進(jìn)行了深入研究,提出了立井施工“工作面預(yù)注漿+分段掘砌+壁后注漿”的方法,并且通過成功實(shí)施,達(dá)到了預(yù)期理想效果,實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo),對隴東地區(qū)新建礦井及國內(nèi)同類型地層立井施工具有非常大的借鑒價(jià)值和推廣應(yīng)用的意義。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD745
【部分圖文】：

圖 1.1 涌水量預(yù)測數(shù)學(xué)模型分類國井筒涌水量預(yù)測精度較低，80 年代對我國 50 個(gè)大水煤礦進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，預(yù)實(shí)測涌水量相比誤差大于 50%的占 4/5,個(gè)別相差達(dá) 200 倍以上；影響井筒度的因素較多，其中最根本的影響因素是井田地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的復(fù)雜用的井筒涌水量預(yù)測方法比擬法、解析法、水均衡法、數(shù)值法等；預(yù)測步預(yù)測井筒涌水量的水文地質(zhì)模型，二是建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，三是代入?yún)⑿�，并對解算結(jié)果進(jìn)行分析和評價(jià)。比擬法分為水文地質(zhì)比擬法和 Q-S 曲質(zhì)比擬法是以水文地質(zhì)及開拓條件相似的實(shí)際涌水量來推算預(yù)測涌水量，勘測條件時(shí)才采用；Q-S 曲線法是以小口徑鉆孔的抽水試驗(yàn)資料為依據(jù)來。解析法即地下水動力學(xué)法，其求解有賴于邊界條件、開拓條件、含水層信息定量充分的涌水量預(yù)測。水均衡法僅適用于具有獨(dú)立水文地質(zhì)單元的測。數(shù)值法是在計(jì)算機(jī)上，用數(shù)值方法求數(shù)學(xué)模型的解，能使數(shù)學(xué)模型更地質(zhì)條件并便于求解，但調(diào)整參數(shù)時(shí)難免有主觀性，使預(yù)測產(chǎn)生偏差；也產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的涌水量計(jì)算方法[7]。水文地質(zhì)資料豐富或有大型抽放水實(shí)驗(yàn)資料時(shí)，可使用數(shù)值法預(yù)測井筒涌

2.1 五舉煤礦井水文地質(zhì)特征2.1.1 井田基本概況（1）井田位置及范圍五舉井田行政區(qū)劃屬甘肅省崇信縣新窯鎮(zhèn)和靈臺縣龍門鄉(xiāng)管轄。地理坐標(biāo)位于東經(jīng)106°56′30″～107°06′45″；北緯 35°03′45″～35°10′00′，其范圍是由 68 個(gè)拐點(diǎn)所圈定的不規(guī)則區(qū)域，面積為 138.06km２。井田北至新窯鎮(zhèn)政府，南達(dá)甘陜省界，西起新窯鎮(zhèn)狼窩壩，東到靈臺龍門鄉(xiāng)，東西寬 16.0km，南北長 16km。五舉井田位于華亭礦區(qū)赤城煤田南部，井田總體結(jié)構(gòu)造型態(tài)呈西傾弧型單斜構(gòu)造[25]。五舉井田地理位置及范圍見圖 2.1 。五舉煤礦煤炭資源地質(zhì)儲量 2.47 億 t，有可采煤層 6 層，煤層平均總厚度 21.25m，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 240 萬 t/a，服務(wù)年限 51a，采用立井-暗斜井開拓方式，主、副、風(fēng)三條立井設(shè)計(jì)井深分別為 684m、652m、667m（含 15m 水窩），礦井配套建設(shè) 240 萬 t選煤廠，設(shè)計(jì)總投資 30.29 億元（不含選煤廠），設(shè)計(jì)建設(shè)工期 56 個(gè)月。

2 五舉礦水文地質(zhì)特征及井筒涌水量預(yù)測井田范圍內(nèi)地表出露及鉆孔揭露的地層自老而新有：中上三疊統(tǒng)延長組（T2-3y），下侏羅統(tǒng)富縣組（J1f），中侏羅統(tǒng)延安組（J2ya），中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z），中上侏羅統(tǒng)安定組（J2-3a）），下白堊統(tǒng)六盤山群（K1L），新近系干河溝組（N2g）和第四系（Q）。具體地層結(jié)構(gòu)，見附錄二《五舉井田綜合柱狀圖（上、下）》。井田總體構(gòu)造形態(tài)呈西傾弧型單斜構(gòu)造，見圖 2.2 井田及臨區(qū)構(gòu)造簡圖。整個(gè)井田構(gòu)造形態(tài)為弧形西傾的單斜構(gòu)造，煤層走向由北而南，由北東向轉(zhuǎn)為南北向，再轉(zhuǎn)為北西向。各煤層底板等高線也呈弧形形態(tài)。在單斜面上，由北而南，煤層被 DF6、DF10、DF7 逆斷層切割破壞，但破壞范圍不大。因此，整個(gè)井田在構(gòu)造復(fù)雜程度分類上，可稱為構(gòu)造中等類別。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2817283