袁店煤矿101、102采区10煤层开采底板灰岩水防治关键技术研究

论文摘要

煤层底板突水问题成为煤矿开采的一个重大的安全隐患,带压开采已成为深部煤炭资源开发的主要开采方式。与此相适应,底板灰岩水的防治尤为重要。本文针对袁店煤矿101、102采区10煤层开采底板灰岩水防治关键技术进行了多方面研究。首先分析了研究区底板灰岩的水文地质特征,由灰岩的沉积特征、径流特征、抽水试验及水化学分析结果得出：对煤层开采影响的太原组1-四灰含水层处于相对的封闭水文地质单元,循环微弱,富水性弱-中等,灰岩水文地质条件中等-复杂。同时运用了灰色BP神经网络和有限元数值模拟预测了采动影响下底板破坏深度,两种预测结果相近,最大值为14.23m。其次利用分形理论研究了101、102采区10煤底板隔水层完整性,结合研究区内底板的岩性、隔水层厚度、岩层组合情况,得出底板隔水性能较好。利用数值模拟得出,在采动影响下101、102采区分界的F2断层未活化,说明研究区受此断层突水威胁较小,但仍存在受断层切割使10煤层与太灰对接现象,使可能发生突水。通过对研究区地质及水文地质条件,以及岩溶陷落柱形成条件研究,得出研究区不具备形成较大岩溶陷落柱的地质条件。并通过突水系数理论计算结果分析得出,研究区的灰岩含水层水压高、底板隔水层薄,处于承压水上“超限开采”状态,存在灰岩突水的可能性,但根据板模型理论计算结果可知,-500m浅部和深部-700m开采时底板突水的可能性不大。采用了“大井法”、Q-S法对研究区的涌水量进行了预算,得出正常涌水量244.17m3/h,突出涌水量399.27m3/h。最后运用灰色模糊综合评价法对10煤底板突水危险性进行评价,由评价结果可知,研究区内10煤底板突水危险性等级以突水相对安全区和突水威胁区为主,占整个研究区80%。安全区仅分布在101采区的东南,101采区以突水相对安全区为主；102采区以突水威胁区为主,该区是煤矿生产过程中应重点探查与预防区域,根据研究区内水文地质特征并结合评价分析结果,提出了具体的防治水方案,进行了太灰水工程综合勘探设计,为类似下组煤开采提供借鉴经验。图[33]表[31]参[个数]

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 存在的问题及发展方向
• 1.3 本文研究内容、方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.4 主要完成工作量
• 2 研究区概况
• 2.1 矿井及采区位置
• 2.2 地层及煤层
• 2.2.1 地层
• 2.2.2 煤层
• 2.3 矿井及采区构造
• 2.3.1 矿井构造
• 2.3.2 采区构造
• 2.4 矿井及采区水文地质
• 2.4.1 地形地貌及地表水
• 2.4.2 新生界松散层含、隔水层（组）
• 2.4.3 二叠系主采煤层间含、隔水层（段）
• 2.4.4 碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层
• 3 底板灰岩水文地质特征分析
• 3.1 太灰含水层内部结构及岩溶发育情况
• 3.1.1 太原组一灰顶标高
• 3.1.2 一-四灰含水层岩性分析
• 3.1.3 一-四灰岩溶发育情况分析
• 3.2 太灰岩水区域径流特征
• 3.3 太灰水水化学特征
• 3.3.1 水化学分析
• 3.3.2 水质变化规律
• 3.4 灰岩水文地质条件及富水性分析
• 3.4.1 抽水试验成果分析
• 3.4.2 井下物探成果分析
• 4 采动影响下10煤层底板破坏规律
• 4.1 灰色BP神经网络预测底板导水破坏深度
• 4.1.1 煤层底板破坏深度影响因素分析
• 4.1.2 灰色BP神经网络预算模型基本原理
• 4.1.3 预测样本的选取
• 4.1.4 网络的建立、训练及检验
• 4.1.5 预测计算结果
• 4.2 底板采动效应数值模拟
• 4.2.1 FLAC简介
• 4.2.2 模型的建立和本构关系的选取
• 4.2.3 模拟结果分析
• 4.3 小结
• 5 采区充水条件分析
• 5.1 10煤层底板裂隙突水
• 5.1.1 底板岩石物理力学试验
• 5.1.2 底板隔水特征
• 5.1.3 隔水底板岩性组成
• 5.1.4 原始导高的分析
• 5.1.5 10煤底板隔水层段岩体结构类型划分
• 5.1.6 10煤层底板裂隙突水预测
• 5.2 断层导、含水性分析
• 5.2.1 理论分析
• 5.2.2 实际揭露
• 5.2.3 断层导水性数值模拟预测分析
• 5.3 采区陷落柱发育的可能性分析
• 5.4 采区涌水量预算
• 5.4.1 概述
• 5.4.2 方法及公式选择
• 5.4.3 研究区涌水量预算
• 5.4.4 研究区涌水量估算结果评述
• 6 采区10煤层底板突水危险性评价
• 6.1 灰色模糊综合评价方法
• 6.2 评价指标及统计分析
• 6.2.1 岩溶裂隙发育
• 6.2.2 断裂构造
• 6.2.3 隔水底板厚度
• 6.2.4 砂泥比
• 6.2.5 含水层厚度
• 6.3 底板突水危险性等级评价
• 6.3.1 权重的计算
• 6.3.2 因素集的确定
• 6.3.3 评语集的确定
• 6.3.4 白化函数的确定
• 6.3.5 灰色模糊运算
• 6.3.6 确定灰岩富水性等级
• 6.4 底板突水危险性等级分区
• 7 研究区太灰水综合防治技术
• 7.1 方案设计原则
• 7.2 方案设计目的与意义
• 7.3 太灰水综合勘探工程
• 7.3.1 物探工程
• 7.3.2 钻探工程
• 7.3.3 放水试验
• 7.4 小结
• 8. 结论
• 8.1 结论
• 8.2 问题与不足
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果