邯邢地区煤层底板破坏规律研究-矿产普查与勘探专业论文.docxVIP

第 第 1 章 绪论 河北工程大学硕士学位论文 河北工程大学硕士学位论文 PAGE PAGE 13 PAGE PAGE 10 第 1 章 绪论 1.1 研究背景及意义 我国是能源消耗大国，煤炭资源在能源结构中占有很大的比例，对于国民经 济的发展具有十分重要的意义，而且在未来几十年内，我国以煤为主的能源结构 不会改变。然而，我国多数煤田的水文地质条件十分复杂，在煤层开采过程中受 到多种水体的威胁，各类矿井突水事故时有发生。据统计，自1956年至2005年， 全国矿井发生各类突水1700余次，造成淹井灾害235次，死亡1660余人，直接经济 损失超过百亿元[1~4]。 邯邢地区是我国重要的产煤区之一，位于邯邢水文地质单元，矿井地质、水 文地质条件复杂，近20年来曾发生过多次煤层底板突水灾害，造成了重大的经济 损失。如峰峰集团有限公司的孙庄矿、牛儿庄矿，冀中能源股份有限公司的东庞 矿、邯郸地区的德盛煤矿（地方煤矿）等均发生过重特大奥灰突水淹井事故，突 水通道为导水断层和导水陷落柱。峰峰集团有限公司九龙矿，在无构造条件下发 生多次突水事故，且具有随着开采深度增大突水频率和突水量增大的趋势。峰峰 集团有限公司梧桐庄矿182102首采工作面，在采取疏水降压措施将2#煤底板承受的 野青灰岩含水层水压降至安全水压以下后，仍发生底板突水事故。上述突水灾害 的发生，表面上是由于存在导水断层和导水陷落柱，实质上是由于开采条件下造 成煤层底板阻水能力降低的结果。随着浅部煤层的开采殆尽，邯邢地区所属的大 部分矿井都将面临向深部延伸和开采下组煤的现实问题。然而随着开采深度、开 采强度、开采规模的增加，煤层底板发生破坏的程度将会增大，致使底板隔水层 阻水能力降低，发生底板突水的概率增加。 各类底板突水事故表明，突水主要是由于底板破坏形成的次生裂隙与下伏含 水层共同作用下引发的。这是由于自然状态下，水岩处于一个平衡状态，一旦煤 层开采，将会引起回采空间周围岩层应力的重新分布，破坏自然的平衡状态。由 于采空区的形成，其周围的煤柱上会出现应力集中，且该应力将向底板岩层传递， 造成底板岩层产生一定程度的破坏，减小底板隔水层的有效厚度，降低隔水层的 阻水能力，在深部上组煤或受奥灰水威胁的下组煤的开采过程中，容易诱发矿井 底板突水事故。 煤层底板的隔水层在开采过程中起着阻隔下覆承压水突出的作用，因此，底 板隔水层阻水能力的大小显得十分的重要，而底板隔水层阻水能力的强弱主要取 决于底板岩层的变形破坏程度。但由于煤层的形成环境及现在的地质环境、底板 岩层的综合特征及物理、力学和水理特性的不同，它们在各种地质应力的作用下， 发生岩体破坏的机制和特征不同，进而显示出煤层底板不同岩层组合阻抗突水能 力的差异。因此，研究煤层底板岩层的应力场及变形破坏规律，将有助于深化对 矿井突水机理的认识，是合理制定矿井防治水方案，有效预防和治理突水灾害的 基础，对于指导邯邢地区后续深部煤层及下组煤层的安全开采，防止煤层底板突 水具有十分重要的现实意义。 1.2 国内外研究现状 目前对煤层底板岩层应力场及变形破坏特征的研究，无论从理论上，还是现 场观测、室内模拟，计算机模拟等方面，国内外许多学者均做了大量工作，取得 了大量的研究成果[5~13]。世界上许多国家如匈牙利、南斯拉夫、西班牙、前苏联等， 在煤层开采过程中都不同程度地受到底板岩溶水的影响，对煤矿底板岩层变形破 坏特征的研究较早，已有 100 多年的历史。在底板岩体结构、岩层应力场及变形 破坏特征的理论研究、探测技术等方面，积累了丰富的经验。 与国外相比，我国对突水问题的研究起步比较晚。但我国的科学工作者经过 近 30 余年的科学研究和现场测试工作，对煤矿底板岩层应力场及变形破坏特征有 了较深入的认识，并取得了大量研究成果，形成了自己的特色。提出的“突水系 数”[14]、“强渗通道”[15]、“水岩应力”[16]、“零位破坏与原位张裂理论”、“关键层”[17]、 “下三带”[18,19]等理论学说，都从各个方面揭示了突水发生的机理和预测方法，对于 矿井安全生产起到了积极的指导作用。下面仅就矿井底板岩层应力分布及变形破 坏特征的国内外发展历史、现状作以下简单评述。 1.2.1 国外研究现状 从 20 世纪 40 年代起，国外就开始注意底板突水理论及煤矿开采底板变形与 破坏的研究。40 年代，匈牙利的韦格弗伦斯[20]第 1 次提出底板相对隔水层的概念， 认为煤层底板突水与底板隔水层的厚度及承受的水压力有关，用相对系数（即隔 水层厚度与水压力之比）作为突水与否的判断依据。60 年代初，匈牙利开展以“保 护层”为中心的突水理论研究，并在上世纪 80 年代特别注意到煤层底板的应力状 态和底板完整性，匈牙利国家矿山研究院采用了原位地应