断层导水性研究.docVIP

附件3 详细研发方案 随着现代工业的发展，国内外在水体下采煤积累了大量成功的经验，各主要产煤国家在海下、河流下、湖泊下、含水的松散层和含水的岩层下、人工修建的蓄水工业建筑物下、充水的巷道与采场下进行了大量的试验开采工作。英国、日本、加拿大、澳大利亚还成功地进行了海下采煤；美国则非常重视长壁开采对地表河流甚至小溪的影响，我国煤炭资源分布广，不仅平原地区、丘陵和山区的地下蕴藏着丰富的煤炭资源，而且各类水体下压煤量也很大。长期以来，河南理工大学特殊开采与岩层控制研究所积累了丰富的水体下、河下的采煤经验，水体下采煤技术已处于领先地位。 一、概述 吴庄逆断层位于矿井田中部，沿耿湾、吴庄、南缸窑、南寨一线延伸，延伸长度大于3.0km，自东向西主要经过16、13及15采区，断层倾向330°～10°，倾角30°～65°，落差0～95m，呈西小东大。在13采区，吴庄逆断层处于东南部，是13采区与11采区上山的分界线，断层上盘已由1206、13A—补13钻孔及11扩大区采掘面进行充分揭露控制，断层下盘在13采区回风平巷及13A—补13钻孔部分揭露，初步判断吴庄逆断层在该区落差35～75米。13111工作面南部断层下盘揭露资料较少，因此吴庄逆断层在该区的延展及富水性情况对13111工作面南部巷道掘进的影响需要论证，因断层附近煤层较厚，为安全合理留设断层防水煤柱，解放更多的煤炭可采资源,对该断层的探查有很大的积极意义。 ①理论分析（固流耦合数学模型）；②相似材料模拟；③数值模拟方法；④经验方法；⑤现场观测方法。理论分析（固流耦合数学模型）研究围岩和水的相互作用关系，并通过数值模拟预计断层的导水性，经相似材料模拟与经验值相比较，从而确定该断层的导水性，保证断层附近采煤安全进行。 1、理论分析 从定性方面分析，断层导水主要原因是，采动影响了断层的微弱活化（沿断层面产生较小的移动）或强烈的活化（沿断层面产生较大的移动），是原有固流耦合的应力平衡被破坏，地层中的水压得到释放，造成工作面或巷道充水（见图1）。 图1 底板灰岩水通过断层突入矿井示意图 关于防水煤柱的留设计算方法有多种： ①、经验类比方法。参考工程地质及水文地质条件相似的矿井安全回采的防水煤柱尺寸，作为本区煤层开采防水煤柱的留设依据。 ②、利用理论公式进行计算。例如匈牙利的埃斯茨托公式、查姆保公式。 ③、依据《煤矿安全规程》规定的计算公式计算。 ④、用数值计算法或相似模拟试验确定煤柱的尺寸。 三、工作面开采布置参数和回采工艺设计 根据《白坪井田东坪矿地面水库下采煤可行性分析报告》（已经省煤炭工业局批复），首采试采11081工作面位于券门水库尾部，据现场调查，该水库目前水面标高约为+343～+353m，且基本保持不变，该水库最深处约有10m，它是11采区开采的主要地表水体，其深度边界为水体的底界面，在11081工作面处上部距二1煤顶部367m，中部385m，南部403m。因此，采煤以后上覆岩层破坏和导水裂缝带发育的高度是否波及券门水库，是11采区11081首采工作面实现水体（券门水库）下安全采煤的关键问题之一。 水体底部距保护带高度计算表 计算导水裂缝带高度Hli (m) 保护层厚度Hb （m） Hli+Hb+Hf 的最大标高 (m) 距水体底的高差 （按最危险情况算）(m) 软弱 中硬 软弱 中硬 软弱 中硬 软弱 中硬 31.5 62.9 21 28 14.4 54.9 388.6 348.1 中部 30.5 61.0 19.5 26 27.0 64.0 358.0 321.0 上部 29.5 59.0 18 24 36.0 72.0 331.0 295.0 对于煤层倾角为0～35o的缓倾斜煤层，煤层开采以后垮落带的边界位于采空区边界范围以内，导水裂缝带的边界位于采空区边界范围以外，一般超出采空区边界约5～8m。垮落带和导水裂缝带均呈马鞍形，导水裂缝带的最高点位于采空区倾斜方向的上部。11081工作面开采后上覆岩层的破坏空间形态符合一般规律。根据11采区内靠近券门水库附近的钻孔柱状图可以看出，在11081工作面处二1煤顶距地面高差：上部为367m，中部为385m，下部为403m.。而导水裂缝带发育的最大标高与基岩顶部边界之间的基岩岩柱厚度均在295m以上，再加上约6m厚的第四系底部砂质粘土的隔水作用，导水裂缝带是不会波及地表上的水体券门水库，即券门水库对11081工作面的开采不会构成威胁。 由于11081工作面煤层厚度变化较大，拟采用放顶煤回采工艺。 根据东坪矿现有的生产工艺和技术条件，首采试采11081工作面拟采用走向长壁采煤法。 四、堤坝的安全性分析 河南理工大学特殊开采与岩层控制研究所自主开发了地表移动变形预计软件，处于国内领先水平，能较准确的预计地表移动变形。通过预计，并利用