新陶阳煤矿7煤层底板突水危险性评价.pdf

新陶阳煤矿7 煤层底板突水危险性评价 作者姓名 专业名称 指导教师 论3 c 提交E l 期2 Q 曼垒生且 论文答辩E l 期2 Q 量垒生鱼且 授予学位日期 入学时间2 Q 曼堇生2 且 研究方向塞蛊亟泅皇随渔 职称数授 万方数据 E V A L U A T I o No FT H E 、7 A T E R ．I N R U S HI U S Ko FT H E N o ．7C o A LS E A MF L o o RI N ⅪNT A o Y A N GC o A LM I N E AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f 一煳㈣1 7 M A S T E Ro FP H I L o S o P H Y f r o m S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y S u nK a i S u p e r v i s o r P r o f e s s o r Y uS h i j i a n C o l l e g eo fM i n i n ga n dS a f e t yE n g i n e e r i n g J u n e2 0 1 4 万方数据 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名 日 矧、凯 期加J 午多．c Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ea w a r do fM a s t e ro fP h i l o s o p h yi nS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e ．T h e d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na t a n yo t h e ra c a d e m i c i n s t i t u t e ． S i g n a t u r e 盏、凯 D a t e ．伊J 牛』1 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘要 煤炭是我国重要的基础能源，煤矿水害是与瓦斯突出、粉尘爆炸、项板冒裂、火灾 等并列的五大灾害之一，而煤矿水害中煤层底板突水已经成为影响煤炭安全开采的重大 问题之一，对其进行防治工作具有十分重要的现实意义和长远的战略意义。 本文以新陶阳煤矿为例，简述新陶阳煤矿的矿区地质概况和水文地质等方面的基本 情况，分析了新陶阳煤矿水害特征，根据指标体系建立原则构建总思路，全面分析概括 了影响煤层底板突水的1 2 个指标，再利用相对重要性矩阵法确立了由7 个敏感指标组成 的底板突水危险性评价指标体系。 通过比较常用评价方法的优缺点，确定采用层次分析法和熵权系数法结合确定综合 权重，进而构建新陶阳7 煤层底板突水危险性评价模型，基于M a p g i s 软件绘制了各敏感 指标的分区图层，并利用软件中空间叠加分析技术对各指标的图层进行复合，得出新陶 阳7 煤层底板突水危险性复合叠加图和评价指数范围，然后利用等差分类对7 煤层底板 突水危险性评价指数进行分区，将研究区划分为4 个突水危险性等级。 预测新陶阳7 煤层中正在开采7 3 0 4 工作面的突水危险性情况，利用瞬变电磁法对 7 3 0 4 工作面进行底板含水层的富水性探测，进而了解工作面的岩溶裂隙发育程度，并结 合其它的6 个指标取值情况，依据危险性评价模型计算出评价指数，得到突水危险性等 级，这既验证了新陶阳7 煤底板突水危险评价结果的正确性，又对确保井下的安全开采 起着重要意义。 关键字底板突水；层次分析法；熵权系数法；M a p g i s ；突水危险性评价模型 万方数据 山东科技大学硕士学位论文摘要 A b s t r a c t T h ec o a li st h ei m p o r t a n tb a s i ce n e r g yi no u rc o u n t r y ．T h ec o a lm i n ew a t e r d i s a s t e ri so n e o ft h ef i v eb i gd i s a s t e r si n c l u d i n gg a so u t b u r s Ld u s te x p l o s i o n ，b r e a kh e i g h ta n df i r e ，e t c ．． W h a t ’Sw o r s e ，t h ew a t e ri n r u s hf r o mc o a lf l o o ra m o n gt h ec o a lm i n ew a t e r - d i s a s t e rh a s b e c o m eo n eo ft h em a j o rp r o b l e m st h r e a t e n i n gt h es a f e t yo fc o a lm i n i n g ．S oi th a sg r e a t p r a c t i c a la n ds t r a t e g i cs i g n i f i c a n c ef o rt h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fw a t e ri n r u s h ． T h i sp a p e r t a k i n gt h eN e wT a o y a n gm i n ec o a la sa ne x a m p l e ，b r i e f l yc o v e r si t sg e n e r a l g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，h y d r o g e o l o g y , e t c ．o ft h em i n i n ga r e a , a n da n a l y z e st h ec h a r a c t e ro ft h e c o a lm i n ew a t e r - d i s a s t e r ．I tc o m p l e t e l ya n a l y z e st h et w e l v ei n d e x e sa f f e c t i n gt h ew a t e r - i n r u s h f r o mc o a lf l o o ra c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l e so fe s t a b l i s h i n gt h ei n d e xs y s t e ma n dt h eg e n e r a l t h o u g h t so fb u i l d i n gt h i ss y s t e m ．T h e nb yu s i n gt h er e l a t i v ei m p o r t a n c em a t r i xm e t h o d ，i tw i l l e s t a b l i s ht h er i s ka s s e s s m e n ti n d e xs y s t e mo ft h ew a t e ri n r u s hf r o ms e a mf l o o r , w h i c hc o n s i s t s o fs e v e ns e n s i t i v ei n d e x e s ． C o m p a r i n gt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ec o m m o ne v a l u a t i o nm e t h o d s ，t h i s p a p e rc o m b i n e sA n a l y s i sH i e r a r c h yP r o c e s s A H P a n dE n t r o p yW e i g h tC o e f f i c i e n t M e t h o d E W M t od e c i d et h es y n t h e t i cw e i g h t ，a n dt h u se s t a b l i s ht h er i s ka s s e s s m e n ti n d e x m o d e lo ft h ew a t e r - i n r u s hf r o m7s e a mf l o o ro ft h eN e wT a oY a n gM i n e ．T h e ni tw i l ld r a wt h e z o n i n gl a y e ro fe a c hs e n s i t i v ei n d e xo nt h eb a s i so fM a p g i ss o f t w a r e ．A f t e rf i n i s h i n gt h a t ，i t r e c o m b i n e st h el a y e ro f e a c hi n d e xb yt h es p a t i a lo v e r l a yt e c h n i q u e ．I tg e t st h eo v e r l a y e d m a p sa n dt h ee v a l u a t i o ni n d e xs c o p eo ft h ew a t e ri n r u s hf r o m7s e a n lf l o o r ．I ta l s od i v i d e st h e i n d e xv a l u eo ft h ew a t e ri n r u s hf r o m7s e a mf l o o rt h r o u g ht h ee q u i d i f f e r e n tc l a s s i f i c a t i o n m e t h o d ，a n dc l a s s i f i e st h er e s e a r c hz o n ei n t of o u rw a t e ri n r u s hr i s kg r a d e s ． W i t hf o r e c a s t i n gt h er i s kw a t e ri n r u s hs i t u a t i o no fN o ．7 3 0 4w o r k i n gf a c ea m o n gt h e7 c o a ls e a mo ft h eN e wT a oY a n gM i n e ，t h i sp a p e rm a k e sas u r v e yo nt h ew a t e ra b u n d a n c eo f t h ea q u i f e ri nc o a lb e df l o o rt h r o u g ht h et r a n s i e n te l e c t r o m a g n e t i cm e t h o dt of u r t h e r u n d e r s t a n di t sk a r s t c r a n n yd e v e l o p i n gl e v e l ．T h e ni tc a l c u l a t e st h ea s s e s s m e n ti n d e xb a s e do n t h eo t h e rs i xi n d e xv a l u ec o n d i t i o n sa n dt h er i s ke v a l u a t i o nm o d e l ，a sw e l la sw o r k so u tt h e g r a d eo ft h er i s ko f w a t e r - i n r u s h ．A l lo ft h a tn o to n l yt e s ta n dv e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h er i s k 万方数据 山东科技大学硕士学位论文摘要 a s s e s s m e n tf o rw a t e r - i n r u s ho f7 c o a lf l o o ro ft h eN e wT a o y a n gc o a lm i n e ，b u ta l s op l a ya l l i m p o r t a n tr o l ei ne n s u r i n gt h eu n d e r g r o u n ds a f e t ym i n i n g ． K e y w o r d s w a t e r - i n r u s hu n d e rt h em i n ef l o o r , A H P , E W M ，M a p g i s ，r i s ka s s e s s m e n t i n d e xm o d e lo f t h ew a t e r - i n r u s h ． 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 课题来源、选题依据和立论背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 论文研究目的及理论意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．4 本文的主要研究内容和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 新陶阳煤矿概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 o 2 ．1 矿井基本概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 0 2 ．2 矿井地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 2 2 ．3 矿井水文地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 8 2 ．4 新陶阳煤矿承压水害特征分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 l 2 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 3 3 煤层底板突水危险性评价指标体系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．1 指标体系构建原则及总思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．2 煤层底板突水指标体系的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．3小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 4 综合评价方法在新陶阳煤矿中的应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．1 综合评价理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 4 ．2 底板突水各指标权重的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 l 4 ．3 突水危险性评价模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 9 4 ．4 M a p g i s 在新陶阳7 煤层底板突水危险性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．5 新陶阳7 煤层底板突水评价的结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 4 ．6 ／J 、结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 0 57 3 0 4 工作面的底板突水危险性预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 5 ．1 瞬变电磁法在7 3 0 4 工作面探水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 l 5 ．27 3 0 4 工作面的底板突水危险陛分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 5 _ 3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 0 6 结论和展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 1 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 l 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 2 虱【谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 4 攻滇硕士期间主要成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 一一蔓堕生 一一一 C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1T h es u b j e c tS O U F C C ，t o p i cb a s i sa n dt h e o r e t i c a lb a c k g r o u n d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2T h ep u r p o s ea n dm e a n i n go f t h e s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3C u r r e mr e s e a r c ha th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 2 1 ．4M a i ns t u d yc o n t e n t sa n dt e c h n o l o g yr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 2G e n e r a ls i t u a t i o no fX i nT a o y a n g c o a lm i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l O 2 ．1M i n eb a s i co v e r v i e w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2 G e o l o g i c a ls i t u a t i o n so f X i nT a o y a n gc o a lm i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 2 2 ．3 H y d r o g e o l o g i c a ls i t u a t i o n so f X i nT a o y a n g c o a lm i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 8 2 ．4 C h a r a c t e r i s t i c so f c o n f i n e dw a t e rd i s a s t e r si nX i nT a o y a n gc o a lm i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 1 2 ．5 S u m m a r y ．．．．．⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．．．⋯．．．．⋯⋯⋯．⋯．．．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3I n d e xs y s t e mO ft h ew a t e r - i n r u s hr i s ke v a l u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．1 C o n s t r u c t i o np r i n c i p l ea n dt o t a li d e a so f i n d e xs y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 4 3 ．2E s t a b l i s h m e n tp r o c e s so f i n d e xs y s t e m ．．．．．．⋯．．．．⋯．⋯⋯．．．⋯⋯．．．．．⋯．．．．⋯．．．．．⋯．．．．．⋯．- ．．．⋯⋯⋯- - 2 6 3 ．3 S u m m a r y ．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．⋯．．．．．⋯．．．．．⋯．．．．．⋯．．．．⋯．．．．．⋯。．．．．．．．．．．．．⋯．．．．⋯．．．．。⋯．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．- ．3 8 4 A p p l i c a t i o n o fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t e dm e t h o d si nX i nT a o y a n g c o a lm i n e ⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．1 T h e o r yo f c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～3 9 4 ．2C a l c u l a t i o no f t h ew e i g h to fw a t e r - i n r u s h ’Se a c hi n d e x ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．3M e c h a n i c a lm o d e lo fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．4E v a J u a t i o no f w a t e r - i n r u s hr i s ko n7 0 c o a lo f X i nT a o y a n g b a s e do nM a p g i s ⋯⋯⋯5 2 4 ．5E v a l 嘣i o nr e s u I t so f w a t e r - i n r u s h7 t hc o a lo f X i nT a o Y a n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．6 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5F o r e c a s tt ow a t e r - i n r u s hd a n g e ro f7 3 0 4w o r k i n g f a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．1 E x p l o r e w a t e ro f7 3 0 4w o r k i n gf a c eb a s e do nT E M ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 5 ．2 A n a l y s i st ow a t e r i n r u s hr i s ko f7 3 0 4w o r k i n g f a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 5 ．3 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 6C o n c l u s i o na n dp r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 万方数据 山东科技大学硕士学位论文目录 6 ．1C o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 1 6 ．2 P r o s p e c t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2 T h a n k s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 R e f e r e n c e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 M a i nR e s e a r c hA c h i e v e m e n t sd u r i n gt h eS t u d yf o rt h eM a s t e r ’SD e g r e e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 8 万方数据 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 ．1 课题来源、选夏依据和立论背景 煤炭是我国重要的基础能源，在国民经济中具有举足轻重的战略地位，不仅是发展 工业的动力来源，也是保障民生的基本能源。我国煤炭资源丰富，原煤产量多年位居世 界第一，2 0 1 3 年中国煤炭总产量高达3 6 ．9 2 亿吨。然而，我国煤矿开采的水文地质条件 极其复杂，类型多样，受水害威胁的严重程度和面积均高居世界各主要产煤国的首位。 据不完全统计，我国重点煤矿中4 7 ．5 ％的矿井受水害威胁，储量达2 5 0 亿吨。长期 以来，煤矿突水事故已经给国家和人民生命财产安全造成了极大损失。在2 0 0 6 ～2 0 1 0 年 中，全国共发生水害事故3 0 6 起，死亡1 3 2 5 人 表1 ．1 【。特别在我国煤矿重、特大 事故中，由煤矿突水事故给国家造成的直接经济损失也一直居各类煤矿事故之首。例如， 给我们留下最为深刻教训的山西王家岭煤矿 中央企业 发生的老空透水事故，虽然经 过全力抢救，仍有3 8 名矿工遇难。 表1 ．12 0 0 6 ～2 0 1 0 年全国煤矿水害统计表 B 出l e1 ．1 S t a t i s t i c so f t h en a t i o n a lc o a lm i n ef l o o df r o m2 0 0 6t o2 0 1 0 煤矿开采逐渐由浅部进入深部，矿井受水害威胁的程度越来越严重，所以煤矿在运 营期间的水文监测是煤矿安全生产中必不可少的工作内容。煤矿突水事故的发生破坏了 煤矿的安全生产秩序，给职工及其家庭带来了难以磨灭的伤害。然而对矿井水害来说， 绝大多数责任事故是可以预见、抵御和避免的。因此，在矿井安全生产过程中进一步开 万方数据 些查型垫奎堂堡主堂垡笙壅 堕垒 展矿井水害的预测评价工作显得极其重要。 在煤炭开采过程中，采空区透水、老窑水、暴雨洪水、煤层底板突水等是煤矿透水 事故的主要类型。其中，煤层底板突水已经成为影响煤炭安全开采的重大问题之一。煤 层底板突水的实质是在特定的水文地质条件下，含水层高承压水沿隔水层岩体内部通道 突破工作面底板隔水层的阻隔，以突发、缓发或滞发的形式向上涌入采掘空间的过程闭。 目前随着煤矿开采深度的不断增加，由于恶劣的矿井水文地质条件 如断层、褶曲、隐 伏导水裂隙带、陷落柱等 ，各自对底板突水的影响程度又错综复杂，使得我们无法使用 经典的数学模型分析问题，迄今为止，仍然没有一种极为精确的煤层底板预测理论能得 以在实际应用。 1 ．2 论文研究目的及理论意义 1 ．2 ．1 论文研究的目的 矿井突水不仅给煤矿带来了极大的经济损失，还严重威胁了井下人员的生命安全。 而底板突水问题一直是影响煤矿安全生产的重大隐患，导致底板突水的因素是多方面的， 由于其复杂性，这一隐患无法得到彻底消除。认真分析煤矿存在的底板突水问题，深入 研究煤层底板突水的机理，制定和采取有针对性的防治水对策与措施，对于解决受煤层 底板突水威胁的煤炭储量和有效遏制煤矿底板突水事故的发生具有重大的现实意义。 1 ．2 ．2 理论意义 本文通过全面分析影响底板突水的各个指标，根据相对重要性序列矩阵法确定影响 煤层底板突水的敏感指标，紧接着利用层次分析法和熵权系数法相结合计算出导致煤层 底板突水的综合权重，最后，根据构造出的煤层底板突水危险性评价模型和M a p g i s 软件 对评价区域的属性进行叠加划分，更加直观的确定新陶阳7 煤层底板突水危险分区情况， 为新陶阳煤矿以后的安全开采提供重要的理论支持。 1 ．3 国内外研究现状 煤层底板突水是一种局域失稳现象，在采矿活动影响下，矿井水文地质状态发生突 变以及隔水岩层结构遭到破坏，造成煤层下伏承压含水层中的水突然涌入采掘工作面， 使矿井涌水量增加或造成淹井【3 l ，[ 4 1 。水源、水压、含 隔 水层、导水通道、底板岩性 组合和采动效应等多种因素均会对煤矿底板突水产生重大的直接影响。 2 万方数据 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 ．3 ．1 矿井突水的研究现状 国外在煤层底板岩体结构、探测技术及防治水措施等方面，积累了大量宝贵的经验。 早在2 0 世纪初，欧洲的一些学者就注意到底板隔水层在抑制煤层底板突水中起着重要作 用，对底板突水的预测评价进行了大量的工作，并提出了一系列底板突水预测评价的方 法。研究过程大致如下 1 9 4 4 年匈牙利学者韦格弗伦斯以力学理论为依据，首次提出了“相对隔水层”的概念， 认为煤层底板突水受隔水层厚度和水压两种因素的影响，其中，相对隔水层厚度制约着 煤层底板突水事故的发生。 2 0 世纪5 0 年代末期，国外专家通过现场和实验室模拟相结合对底板隔水层进行研 究，提出底板突水主要存在两个问题【5 1 ，一是“岩体结构一阻水能力”；“二是岩体强度一 抗破坏能力”。有人根据现场实测数据进行预测，提出运用阻水系数来表示隔水层的突水 条件和水力阻抗程度，并用能量守恒定律解释底板隔水层的破坏条件。 从6 0 年代至7 0 年代，南斯拉夫、苏联等国家的学者开始研究包括岩体构造和水流 在内，采空区内部引起的应变力变化对矿井底板隔水层的影响[ 6 1 ‘【1 0 i 。7 0 年代以后，有学 者提出了简支梁概念，即将煤层底板视为两端固定的承受均布荷载作用的梁，并结合强 度理论，推导出底板理论安全水压值的计算公式‘1 3 1 。 H 2 R p ，t _ _ Z 24 ．墨 1 ．1 Ⅳ‘1 0 ” 式中 日底板的理论安全水压值，M P a ； R 。一隔水层额抗张强度，M P a ； f 一隔水层厚度，i n ； Ⅳ一工作面的最大控顶距或巷道宽度，m ； ∥底板隔水层平均容重，N ／m 3 。 当实际水压大于H 时，底板隔水层的稳定性由于失稳破坏，进而导致底板突水发生。 7 0 到8 0 年代末期，岩体力学学者C ．E S a n t o s 桑托斯 ，Z ．t ．B i e n i a w s k i 宾尼维斯 基 基于改进的H o c k - B r o w n 岩体强度准则，在分析底板承载力时引入了临界能量释放 点的概念，研究了底板的破坏机理，突水临界条件取决于岩石的性质和承载破坏后岩石 的破裂指标‘1 1 】。9 0 年代，O ．S a m m a r c o 研究发现可以通过监测诸如水位急剧变化等突水 1 万方数据 山东科技大学硕士学位论文绪论 前兆信息，实现对矿井突水的预警1 9 1 ；苏联学者V ．M i r o n e n k 等研究了矿井突水的水文地 质机理，认为矿井突水是地下水与地下岩体结构在采动影响下的复杂作用过程[ 1 6 】。1 9 9 2 年D e r e kE l s w o r t h 将以双重介质岩石格架的位移转移到裂隙上，再根据裂隙渗流服从立 方定律的关系，建立渗流场计算的固一液耦合模型，并开发了有限元计算程序‘1 7 1 。目前， 在矿井水害研究方面，澳大利亚等国的学者主要从事地下水运移数学模型的建立。 在国内，我国在矿井突水问题上研究起步比较晚，2 0 世纪5 0 年代，我国才引进了 前苏联的斯列萨烈夫理论进行突水的预测。到了6 0 年代，国内的学者通过总结分析国内 大量的突水实例，开始逐步形成自己的理论，提出了“突水系数”的概念。7 0 年代初期， 中国煤炭科学总院西安分院‘他1 借鉴了匈牙利学者的经验，分析得出矿压对底板突水也有 影响，因此，又对突水系数的公式进行修改。把最终公式确定为 t p “∑％口，一c p 1 ．2 式中 为隔水层第f 分层厚度，m ； 口．为隔水层第f 分层等效厚度的换算系数； c ．为矿山压力对底板的破坏深度，m 。 从2 0 世纪8 0 年代以后，引入了一些新的理论和观念，国内对突水预测预报的研究 出现了异乎寻常的繁荣，许多新理论、新方法开始应用于矿井突水的预测中。 1 “下三带’’理论【1 9 】 1 9 8 8 年，由原山东矿业学院的李白英等提出，他们认为煤层底板在采动影响下，煤 层底板岩层由上到下形成三带，即采动底板导水破坏带、有效隔水层保护带和承压水导 升带，这就是“下三带”的得名。该理论主要应用在底板突水预测及安全开采的工作中， 为编制采区或水平安全开采生产规划和指导提出了重要的理论基础，为以后合理选择采 煤方法做了铺垫。 2 “零位破坏’’与“原位张裂”理论【2 0 1 2 0 世纪9 0 年代初期由煤科总院北京开采所王作宇、刘鸿泉等学者提出，他们认为 在岩体的自重力和下部水压力的相互作用下，使其超前压力压缩段在岩体整个结构呈现 出上半部受水平挤压、下半部受水平引张的状态，因而使在它中部附近底面上的原岩节 理、断裂等不连续而产生岩体的原位张裂。由于底板结构岩体由超前压力压缩段一直持 4 万方数据 些垄型垫奎兰堡主兰垡笙茎 堕笙 续引起其结构状态的质变，处于压缩的岩体应力急剧增加，围岩的贮存能大于岩体的保 留能，便以脆性破坏的形式释放残余弹性应变能以达到岩体能量的重新平衡，从而引起 采场底板岩体的零位破坏，并且认为顶板自重应力场的支承压力是引起底板产生破坏的 基本前提，煤柱煤体的塑性破坏宽度是控制底板最大破坏深度的基本参数，底板岩体的 摩擦角是影响零位破坏的基本因素。 3 “岩一水应力关系”说口1 ] 这个学说由煤科院西安分院提出。该学说通过现场矿压观测和对底板岩体变形规律 的研究，认为底板突水是矿压和承压水压力共同作用的结果。在工作面超前支撑压力作 用下，底板岩层呈压缩状态而在煤壁边缘和采空区中部，底板岩体由于卸压