本文選題：古巖溶　切入點(diǎn)：充填帶結(jié)構(gòu)　出處：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：華北型煤田埋深超過(guò)1000 m的煤炭資源占資源總儲(chǔ)量的53%,重點(diǎn)產(chǎn)煤區(qū)的開(kāi)采水平大都已到-600 m深度,并且每年以8-12 m的速度向下延伸。華北型煤田深部開(kāi)采的主要煤層是下組煤,奧陶系巖溶水是對(duì)下組煤開(kāi)采構(gòu)成重大威脅的主要威脅充水含水層。隨著開(kāi)采深度增大,其突水系數(shù)已經(jīng)接近或超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的安全值。如何降低奧灰突水系數(shù),實(shí)現(xiàn)安全開(kāi)采,釋放深部壓煤量,成為深部開(kāi)采所面臨的首要問(wèn)題。以?xún)贾菝禾餅橹饕芯繀^(qū),通過(guò)野外露頭勘測(cè)、地表抽水試驗(yàn)、井下放水試驗(yàn)、室內(nèi)物理試驗(yàn)、微觀結(jié)構(gòu)分析、數(shù)值模擬、理論分析計(jì)算等手段,分析了奧陶系灰?guī)r頂部形成和演化的水動(dòng)力剖面分帶特征,提出了奧陶系灰?guī)r頂部的充填結(jié)構(gòu)分類(lèi),給出了野外判別指標(biāo)及其阻水閾值,并在肥城礦區(qū)、兗州礦區(qū)奧灰水防治中得到應(yīng)用。論文取得的主要成果如下：(1)從研究奧陶系灰?guī)r頂部古巖溶風(fēng)化殼的形成地質(zhì)背景出發(fā),闡明了該古巖溶風(fēng)化殼的水文工程地質(zhì)意義,明確了奧陶系灰?guī)r頂部碳酸鹽巖巖溶風(fēng)化結(jié)構(gòu)面發(fā)育、且結(jié)構(gòu)面被同期或后期的細(xì)顆�；蚧瘜W(xué)沉淀物所充填形成的層段,定義為充填帶。充填帶形成于古巖溶風(fēng)化殼,屬于淋濾水文地質(zhì)期及埋藏封閉巖溶期,發(fā)育過(guò)程主要受構(gòu)造、古氣候及古地貌三種因素的影響。(2)基于巖溶動(dòng)力學(xué),充填帶的水文動(dòng)力剖面可以分為垂直入滲帶、季節(jié)交替帶、水平徑流帶和深部緩流帶。在充分研究4帶裂隙發(fā)育、連通性及充填程度的基礎(chǔ)上,明確了充填帶的界線(xiàn),指出其存在上限為殘積土帶,下限為水平徑流帶。自殘積土帶至水平徑流帶,充填物逐漸由粘土質(zhì)細(xì)粒成分過(guò)渡到方解石。(3)在上述研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合野外露頭勘測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,首次提出了評(píng)價(jià)充填帶結(jié)構(gòu)的4個(gè)宏觀指標(biāo),即張開(kāi)度、充填度、結(jié)構(gòu)面接觸形式和連續(xù)性系數(shù)。并依據(jù)指標(biāo)首次提出充填帶的可分為三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型：完全充填結(jié)構(gòu)、不完全充填結(jié)構(gòu)、無(wú)充填結(jié)構(gòu)。并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)大量的地面抽水試驗(yàn)及井下放水試驗(yàn),首次提出充填帶結(jié)構(gòu)的工程評(píng)價(jià)指標(biāo),分別為滲透系數(shù)、鉆孔單位涌水量q、鉆孔涌水量Q,并給出了三種結(jié)構(gòu)的阻水閾值。(4)從充填帶滲透性的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：充填帶滲透性主要受孔隙度及充填物含量?jī)蓚�(gè)因素的共同影響。兩因素影響的二維圖上存在影響因素敏感區(qū)(第一區(qū)區(qū)),和非敏感區(qū)(第二區(qū))：在第一區(qū),滲透系數(shù)隨單因素的變化經(jīng)歷從強(qiáng)透水至隔水的過(guò)程,從試驗(yàn)角度驗(yàn)證了充填帶經(jīng)歷結(jié)構(gòu)變化時(shí),其滲透性會(huì)遍歷從強(qiáng)透水至弱透水的變化；在第二區(qū),滲透系數(shù)維持在微透水水平。(5)應(yīng)用掃描電鏡、薄片鑒定及壓汞試驗(yàn)等微觀分析手段,發(fā)現(xiàn)奧陶系灰?guī)r頂部充填帶的微觀空隙有兩大類(lèi)型,為孔隙和微裂縫。孔隙有三種類(lèi)型,包括粒間溶孔、晶間溶孔、溶蝕孔洞。微裂隙包括兩種,為溶縫、成巖收縮縫。壓汞試驗(yàn)結(jié)果表明：隨深度增加,中等及粗大孔隙的含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。面積中值也呈現(xiàn)類(lèi)似規(guī)律,表明奧灰的滲透性逐漸增強(qiáng)。這是由于奧陶系灰?guī)r頂部的裂隙被充填從而造成其中等、粗大孔隙明顯小于下部,是奧陶系灰?guī)r頂部具有隔水性的微觀證據(jù)。(6)根據(jù)孔隙率相等的原則,將不連續(xù)的、各向異性的充填帶簡(jiǎn)化等效為連續(xù)均勻介質(zhì),首次建立了未充填結(jié)構(gòu)、不完全充填結(jié)構(gòu)及完全充填結(jié)構(gòu)的正交均質(zhì)網(wǎng)絡(luò)模型。并推導(dǎo)出了三種結(jié)構(gòu)模型的滲透系數(shù)表達(dá)式,結(jié)合野外統(tǒng)計(jì)的裂隙幾何參數(shù),計(jì)算出三種結(jié)構(gòu)模型的滲透系數(shù)。結(jié)果表明三種結(jié)構(gòu)模型的滲透性為：無(wú)充填結(jié)構(gòu)不完全充填結(jié)構(gòu)完全充填結(jié)構(gòu)。揭示了完全充填結(jié)構(gòu)可以當(dāng)做隔水層段利用的機(jī)理。建立了化學(xué)充填帶的碳酸鹽巖的熱力學(xué)模型,從巖溶熱力學(xué)的角度揭示了充填帶裂隙被化學(xué)充填的機(jī)理。(7)在上述研究的基礎(chǔ)上提出,完全充填結(jié)構(gòu)可直接當(dāng)做隔水層加以利用；不完全充填結(jié)構(gòu)可以當(dāng)做弱透水層,經(jīng)注漿改造后可做隔水層利用；未充填結(jié)構(gòu)的富水性與下伏奧灰水無(wú)異。論文將上述成果應(yīng)用于肥城礦區(qū)及兗州礦區(qū)的奧灰水防治中,取得良好實(shí)踐效果,為深部開(kāi)采奧灰水防治,提供了新的科學(xué)理論保障。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TD745

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本文編號(hào)：1670923