隨著淺部煤炭資源的長(zhǎng)期開(kāi)發(fā),可采儲(chǔ)量愈發(fā)短缺,而深部的煤炭資源仍具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力,是我國(guó)重要的戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源。因此,越來(lái)越多的礦井已轉(zhuǎn)入深部下組煤的開(kāi)采,下組煤開(kāi)采的水文地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜,在高地應(yīng)力和高水壓共同作用引起底板隔水巖層的破壞失穩(wěn),底板奧陶系灰?guī)r高壓水突水威脅日益加重。本文結(jié)合邯邢礦區(qū)水文地質(zhì)條件和邢東礦深部工作面的工程實(shí)踐,運(yùn)用水文地質(zhì)學(xué)、水文地球化學(xué)、彈塑性力學(xué)、巖石力學(xué)、數(shù)值模擬、灰色理論、GIS等理論知識(shí)和技術(shù)方法,對(duì)深部開(kāi)采煤層底板突水規(guī)律和突水災(zāi)變模式進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并針對(duì)建立了適用于深部帶壓開(kāi)采厚隔水層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法。本文主要取得了以下研究成果:1.全面總結(jié)2127、2222、2228深部工作面底板奧灰突水規(guī)律,出水量呈現(xiàn)“高位蓄能-峰值突破-逐漸下降”的特征。奧灰水水質(zhì)由初始的SO₄-Na·K型水變化為SO₄-Ca型水,初期以K⁺,Na⁺離子為主,后期以Ca²⁺離子為主。該水質(zhì)變化特征是由于深部巖體破碎強(qiáng)烈,形成面狀裂隙,增大了介質(zhì)的透水能... 

【文章來(lái)源】：華北科技學(xué)院河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：132 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

001~2019年我國(guó)煤炭原煤產(chǎn)量變化圖

第2頁(yè)共108頁(yè)煤炭資源總儲(chǔ)量的53%[4,5]，超過(guò)半數(shù)以上。由此可見(jiàn)，深部的煤炭資源具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力，是我國(guó)不容忽視的戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源。隨著淺層資源的長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)，可采儲(chǔ)量嚴(yán)重不足。據(jù)統(tǒng)計(jì)[6]，目前我國(guó)已有47座礦井采深超過(guò)或接近1000m（見(jiàn)圖1-2），主要分布在河北、山東、安徽等中東部地區(qū)。山東省有21座千米深井，數(shù)量在全國(guó)位居第一，安徽省6座，冀、豫二省各有4座。其中開(kāi)灤集團(tuán)趙各莊礦開(kāi)采深度為1200m，吉煤集團(tuán)八寶煤礦采深1220m，平頂山十礦1250m。采深最大的是山東新礦集團(tuán)孫村煤礦，開(kāi)采深度已達(dá)1500m[7]。由此可見(jiàn)，在煤炭開(kāi)采強(qiáng)度較大的華北地區(qū)，更多的礦井延伸至千米深度是今后的必然趨勢(shì)。圖1-2我國(guó)采深近千米的礦井[6]Figure1-2Mineswithadepthofnearly1,000metersinChina[6]1.1.2邯邢礦區(qū)深部開(kāi)采面臨的問(wèn)題我國(guó)巖溶類煤礦床水文地質(zhì)條件非常復(fù)雜，華北石炭二疊系煤田更為突出，而邯邢礦區(qū)在華北地區(qū)是最為典型的大水老礦區(qū)。目前，大部分礦井轉(zhuǎn)入深部開(kāi)采或開(kāi)采受奧灰承壓水威脅的下組煤。峰峰礦區(qū)9個(gè)礦井采深達(dá)650m以下，其中4個(gè)礦井采深達(dá)到1000m，九龍礦副井深達(dá)1341m；邯鄲礦區(qū)有2個(gè)礦井開(kāi)采下組煤。邢臺(tái)礦區(qū)邢東礦采深已達(dá)1260m；有6個(gè)礦井開(kāi)采下組煤，下組煤年產(chǎn)量已達(dá)到370萬(wàn)t以上。隨著邯邢礦區(qū)開(kāi)采深度的增加，下組煤開(kāi)采的水文地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，煤層底板隔水層承受奧灰水壓普遍超過(guò)7.0MPa，個(gè)別礦井達(dá)到14.6MPa，底板奧陶系灰?guī)r高壓水突水威脅日益加重。即使采取了一系列水文地質(zhì)條件綜合探查和底板改造治理措施，仍不能徹底消除重大突水災(zāi)害的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，邯邢礦區(qū)自1995年以來(lái)，邯邢礦區(qū)國(guó)有煤礦發(fā)生了13次較典型的底板奧灰突水事件[8]。表1-1邯邢礦區(qū)國(guó)有煤礦底板突水情況一覽表Tabl

第8頁(yè)共108頁(yè)施龍青[25,26]認(rèn)為煤層開(kāi)采前，承壓含水層上方就存在原始導(dǎo)升帶，開(kāi)采之后，在采礦壓力和水壓共同作用下，原始導(dǎo)升帶上方還會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新增導(dǎo)升帶。提出了“下四帶”理論。圖1-4“下三帶”理論示意圖Figure1-4Theschematicdiagramofthe“l(fā)owerthreebelts”（4）薄板理論劉天泉，張金才等[27,28]將煤層底板隔水層簡(jiǎn)化為彈性薄板，結(jié)合莫爾庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則和格里菲斯強(qiáng)度準(zhǔn)則計(jì)算出煤層底板導(dǎo)水裂縫帶的最大深度。給出了煤層底板極限承壓水壓力的計(jì)算公式。但是薄板理論僅適用于隔水層厚度小于工作面寬度1/7~1/5的情況。（5）“關(guān)鍵層”理論錢(qián)鳴高[29,30]將關(guān)鍵層控制理論引入煤層底板突水機(jī)理研究。他認(rèn)為煤層底板巖層中存在一個(gè)關(guān)鍵層，是承壓水開(kāi)采過(guò)程中控制煤層底板突水的主要誘因。工作面在回采過(guò)程中，煤層底板關(guān)鍵層必然會(huì)受到礦壓擾動(dòng)，一旦破壞，底板就會(huì)發(fā)生突水。在該理論的力學(xué)模型將關(guān)鍵層視為薄板。（6）“突水優(yōu)勢(shì)面”理論高延法[31,32]提出的突水優(yōu)勢(shì)面理論認(rèn)為，突水系數(shù)法不能決定工作面是否一定發(fā)生突水，具有底板高承壓水突水威脅的工作面如果發(fā)生突水事故，則水體一定是通過(guò)隔水層某一斷面向上導(dǎo)升的。該理論從本質(zhì)上說(shuō)明了含水層的富水性和隔水層阻隔水能力具有不均一性。最為有效預(yù)防治理底板水害的方法就是找出發(fā)生突水的某一危險(xiǎn)優(yōu)勢(shì)面，并對(duì)這些突水優(yōu)勢(shì)面進(jìn)行治理。（7）“遞進(jìn)導(dǎo)升”理論王經(jīng)明[33,34]認(rèn)為煤層開(kāi)采過(guò)程中，拉伸應(yīng)力和水壓致裂共同作用引起底板巖層出現(xiàn)裂隙擴(kuò)展的現(xiàn)象。承壓水體在水力驅(qū)動(dòng)的作用下沿著裂隙不斷向上導(dǎo)升，當(dāng)煤層底板破壞帶與導(dǎo)升帶高度之和大于或等于煤層底板隔水層厚度時(shí)，說(shuō)明導(dǎo)升帶與底板破壞帶在空間上已經(jīng)溝通，隔水層已經(jīng)不具備阻水能力，就會(huì)發(fā)?

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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