差异性富水次联通状态下治水采煤的技术研究0001.doc

差异性富水次联通状态下治水采煤技术研究 肥城矿业集团有限责任公司 山东科技大学 肥城白庄煤矿有限公司 2012.10 1 绪 论 1 1.1 立项背景 1 1.2 国内外矿井水防治研究现状 2 1.3 研究的主要内容 5 1.4 研究方法与技术路线 5 2 井田概况 7 2.1 井田位置、范围和交通条件 7 2.2 矿井地质概况 9 3 矿井水文地质特征 17 3.1 区域水文地质概况 17 3.2 矿井充水条件 19 4. 岩溶裂隙水网络研究 37 4.1 地下水网络的分类 37 4.2岩溶裂隙水网络的空间分布规律 39 4.3五灰岩溶裂隙水网络分布 44 4.4奥灰岩溶裂隙水网络分布 46 5. 含水层次联通性研究 50 5.1 奥灰岩层与顶部五灰之间的水动力条件 50 5.2 五灰与奥灰水力联系 51 6. 8810工作面安全开采途径 55 7. 结论 57 1 绪 论 1.1 立项背景 白庄煤矿从建井至200年年底，共生产出原煤1万吨，截止200年年底，矿井工业储量为7万吨，可采储量3532.3万吨。其中受水威胁储量为2350.7万吨。目前31煤层是井田内主要开采煤层由于对组煤开采水文地质条件的复杂性认识不足，煤层开采过程中，因此经常出现工作面停产，甚至淹工作面的重大事故，造成了大经济损失。如何在不改变目前矿井排水系统设计的基础上，将煤层安全、高效地开采出来，不仅关系到煤矿的生产接续问题，而且关系到人们的生命和财产安全。为此，和山东科技大学合作，成立了课题组。该课题的研究不仅具有重要理论意义，而且具有重大的实践意义和广泛的推广与应用价值。 100多年的历史，因此对底板突水的研究也是率先进行的。在底板突水机理研究方面，早在20世纪初，国外就有人注意到底板隔水层的作用，并从若干次底板突水资料中认识到，只要煤层底板有隔水层，突水次数就少，突水量也小，隔水层越厚则突水次数及突水量越少。40年代至50年代，匈牙利韦格弗伦斯第一次提出底板相对隔水层的概念。前苏联学者B.斯列萨列夫将煤层底板视作两端固定的承受均布载荷作用的梁，并结合强度理论，推导出底板理论安全水压值的计算公式。60年代至70年代，匈牙利国家矿业技术鉴定委员会将相对隔水层厚度的概念列入《矿业安全规程》。70年代至80年代末期，很多国家的岩石力学工作者在研究矿柱的稳定性时，研究了底板的破坏机理。其中最有代表性的是C.F.Santos（桑托斯），Z.T.Bieniawski（宾尼威斯基）。 我国在底板突水规律研究方面起始于60年代，当时注意到匈牙利保护层理论在实践中的应用，提出突水系数概念。70年代中期，国家派科技人员去匈牙利考察，带回了匈牙利在该方面的研究资料。70年代后期，修改了原有的突水系数概念，并应用于实践。80年代开始，底板突水机理及突水预测预报的研究开始走上了蓬勃发展的道路，形成了各具特色的理论，最具有代表性的有开采煤层底板“三带”划分理论、原位张裂与零位破坏理论、板模型理论、关键层理论等。以煤炭科学研究总院西安分院、山东科技大学、中国矿业大学及煤炭科学研究总院特采所为代表，在该方面的研究不仅具有各自独特的理论，而且具有一个完整的研究梯队。 以山东科技大学荆自刚、李白英为代表所创建的开采煤层底板“三带”划分理论，在指导矿井水害防治方面起到了重要的作用。该理论已经写入国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，用于指导水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法。然而自该理论创建以来，一直没有得到深入地发展，多数停留在对现象的解释上，阻碍这一理论发展和广泛应用的主要原因有两点：一是该理论的一些基本概念尚未十分明确，如“底板破坏带”或“导水破坏带”、“完整岩层带”或“阻水带”，因此各带没有统一的确定方法；二是该理论对各带形成的力学本质揭示不够，从而各带厚度的理论计算公式不明确。为此，山东科技大学施龙青、宋振骐院士从现代损伤力学及断裂力学理论出发，结合矿山压力控制理论，提出了开采煤层底板的“四带”划分理论。目前，我国底板水害防治研究处于国际领先地位。 在突水量预测方面，现场常用的方法是类比法和大井法，有的学者采用了统计学方法、力学平衡和能量平衡方法，并在研究、验证预测突水量的数学模型研究方面做了大量工作，如：中国矿业大学的武强等提出了解决煤层顶板涌（突）水灾害定量评价的三图—双预测法Zone Budget是目前国际上通用专业软件系统Visual Modflow的一个独特功能，对预测精度要求较高的回采工作面的整体和分段工程涌水量动态预测问题，具有一定优势。运用多源地学信息复合叠加原理根据多个水文地质物理场的不同特征，相互对比验证，互相弥补不足，对充水含水层的富水性进行了系统综合分析。采用的技术路线，参见流程图1.1。 图1.1 技术路线流程图