煤层底板带压开采对隔水层隔水能力的研究方法的探讨.pdf

煤层底板带压开采对隔水层 隔水能力研究方法的探讨 刘汉湖裴宗平 郭敬渡冯赞尧田振洪 (中国矿业大学徐州，221008)(邢台矿务局邢台，054021) 摘要 煤层底板隔水层隔水能力是影响带压开采安全性的重要因素。以往， 人们偏重于对隔水层岩性、厚度及组合情况等宏观特征研究，本文从宏观特征 与微观研究相结合两个方面，探讨了隔水层隔水能力的研究方法。这一工作丰 富了带压开采理论，对于现实工作有指导意叉。 关键词 隔水层 隔水能力 带压开采 O引言 广义上讲，带压开采是指开采煤层底板岩溶含水层中承压水头高于回采工作面水平 条件下的回采；狭义上讲，是指开采有底板突水危险的工作面，采用特殊措施保证安全 采煤(”。据统计，我国有60％的煤矿不同程度地受到底板岩溶承压水的威胁，如焦作、峰 峰、邯郸、邢台、淄博、肥城、韩城、徐州、淮北等矿区。 煤层底板至岩溶承压含水层间隔水层的隔水能力是影响带压开采安全性的重要因 索，前人从不同角度作了大量分析研究．国内研究多是从隔水层岩性、厚度大小及组台 关系人手㈦，煤炭科学研究总院在现场采用压水试验方法确定不同岩性抗水压裂能力13’； 国外以匈牙利人韦格弗伦斯提出的岩石质量等值系数为代表，将不同岩性厚度折算后确 定阻水能力。 笔者认为，这些研究存在下列不足： (I)方法偏重于隔水屡的宏观特征研究： (2)现场压水试验需动用一定的人力物力； (3)岩石质量等值系数物理意义不甚明确。 随着现代科学技术发展，各种新测试技术方法的出现给我们提供了从微观方面研究隔 水层隔水能力的可能性，本文正是基于上述出发点，探讨采用宏观与微观相结合方法对 隔水层隔水能力进行综合研究。 l研究方法 1．1宏观研究方法 隔水屡作为带压开采的防护层，其隔水能力与岩性、啄度及组合情况有密切关系， 因此，从宏观上分析，需根据勘探资料和生产资料对隔水层岩性、厚度及组合情况进行 分析研究． 1．11 隔永层岩洼 i S{ 根据勘探资料，选择有代表性的勘探线，作煤层底板至岩溶含水屡顶板间岩性柱状 对比图，仔细统计、归纳，隔水屡岩性组成一目了然， 1 1 2 隔水层厚履及组合情况 隔水层厚度及组合情况与底板突水关系密切。～般来说，隔水层厚度大，底板突水 可能小；反之，隔水层薄，底板突水可能性大． 研究过程中，根据钻孔柱状图，统计隔水层厚度，并绘制成隔水层等厚线图．通过 分析厚度变化规律，可以初步掌握井田内隔水层隔水性。 隔水层组合情况与隔水能力关系比较复杂，根据弹性力学理论，可以分为不同类型I”． 1．2微观研完方法 】．2 1 隔永层岩石结构构造及矿物成分测试 实践证明，同一种岩性，由于结构类型和胶结类型的差异，其隔水性能会表现出一定 差异．另外，据研究，煤系地层中的页岩、泥岩、砂质页岩、铝土岩等岩层，由于沉积 环境不同，往往含有不同性质的粘土矿物；不同类型的粘土矿物，具有不同的吸水膨胀 性，其中以蒙脱石为主的粘土矿物，吸水膨胀性强，具有比较高的PH值、阳离子交换量 和比表面积，迂水软化膨胀后，可堵塞或密实隔水屡内部的节理、裂隙，封闭含水通道， 阻止下伏含水层的水向上运移．因而，有必要在现场取样基础上，采用传统的岩石薄片 光学显微镜和现代化的投射电子显微镜、扫描电子显微镜、x一射线衍射分析、茬热分析 等多种手段对岩石的结构、构造和矿物成分进行综合测试．其中，岩石薄片鉴定的重点 是结构和胶结类型，x一射线衍射分 析。差热分析、透射电子显徽镜可以 定性、定量确定矿物成分，尤其是粘 土岩的分析测试对于带压开采更具有 实际意义。 1．2．2隔水层岩石空隙结构特征测试 岩石的渗透性与岩石空隙大小和 空隙度两个因素有关。据有关资料， 50“m～100“m的空隙在一般压力下 可透水，10um～几十个um的空隙 在深部高压下可透水．采用美国 1 Micromeritics公司生产的930型微 孔结构分析仪，系统测定隔水层中各 种岩性的空隙尺寸及所占比例，根据 平均空隙直径和有效空隙度大小确定