论文摘要
华北型煤田承压水上采煤底板突水理论研究大多局限于已被公认的底板隔水层,将下组煤基底中奥陶系灰岩简单的视为富水性极不均一的含水层系统,未考虑其顶部相关层位潜在的阻水能力。随着煤层开采深度不断增加,下组煤底板带水压值越来越大,如果将“隔水层”的概念仍局限在煤系地层有限的隔水层底板厚度范围之内,按照行业标准大多数下组煤及部分上组煤储量将被评定为不能安全带压开采。因此有必要对中奥陶系顶部峰峰组阻水能力展开细化研究,重新评价与认识下组煤带压开采条件,对挖掘深部煤炭资源有理论意义和工程应用价值。本文以山西晋城寺河矿为工程背景,针对峰峰组展开阻水能力分析与试验研究,取得以下主要成果:(1)通过野外地质调查、抽水试验、水化学测试、底板压水试验、地面钻孔流量测井等试验手段进行了峰峰组阻水能力试验研究,获取的大量水文地质参数表明峰峰组富水性远小于下伏含水层并具有相对隔水层的特点。(2)结合试验数据,从早古生代地层演化背景、峰峰组顶部古风化壳成因、岩溶裂隙发育状态及充填特征、岩性组合等角度对峰峰组进行综合研究,得出了寺河矿东区峰峰组一段上部及二段岩层可以作为相对隔水层的结论,考虑一定安全储备之后可以作为隔水层。(3)分别从宏观尺度、中等尺度、微观尺度研究了寺河矿区煤层底板岩体破坏规律,得出了采动条件下煤层底板阻水能力是地应力场与地层自身特性综合作用的结果。(4)运用FLAC3D软件进行采场底板流固耦合计算,得出:考虑峰峰组相对隔水层厚度时,采场帮侧及采空区底板集中应力更容易释放,减少了应力集中导致的屈服破坏区;奥灰水压对于采场帮侧的变形影响基本为一个定量,受采长影响小,对于采空区的影响随采长在一定范围内呈加速增大趋势;煤层底板破坏包括直接底板的采场扰动破坏和奥灰含水岩层中岩水应力耦合效应导致的屈服破坏两种,若不考虑峰峰组相对隔水层厚度,两种破坏区将会贯通导致15#煤底板突水。(5)考虑峰峰组相对隔水层厚度之后,运用突水系数法对下组煤带压开采条件进行评价,得出寺河矿东区煤层底板突水系数将普遍下降至临界值以下,并具备带压开采基础条件。