带压开采条件今析与突水可憾性评估方法.pdf

煤田地质与勘 探 ∀ , 分 ∃ 尽 /岁 工程师 水文地质 4 引言 带 压 开采 底 板 突水 的机 理可以简 述 为 奥 灰 承 压水 在 采 矿影 响下递 进 导 升 到 采煤 工作面 的结果 。 这里 涉 及 到几 个 突水 的直 接因素 一 了 、一 式 中 尸 底 板 承压水 水头 压力 煤层 底 板至 承压 含水 层的厚 度 , 一 一底板 破 坏深 度 。 由上式 看出 , 突水 系数的 物理含 义是单 位 隔水 层 所 承受 的水 头压 力 , 而 临 界 突水 系数 是 单 位 隔水 层 厚度 所承 受的最大 水压 。 它 是从 实际突 水资 料统 计中获得的 , 但由于各 次 突 水的原因和具体 条件 均 不同 , 统计时并未 仔细分类筛 选 ≅’, , 所以突水系数反 映的情 况是 复杂 的 , 这 也 是为什么在 同一矿区 , 即使 在 相 同 的地 质开 采 条 件下 , 临界 突 水 系 数 上下 限差 值大 的原因 如淄博 矿区为8 − /一4 − , 井隆矿区为 8 −/Α4 9 。 因此 , 在 尚未 准确 把握 相关因素与 突水 的定量关系 , 进而从根 本上 预测 突水 的阶段 之前 , 对 带 压开采底板 突水 的可能性 评 估应 该从突水 机理 所 揭 示的上述 个方面人手 , 进行 综 合分析 。 面底板 实际破 坏 深 度 尚不可能 , 因此许 多 矿区开 展 了实际的底板 破坏 深度的测 试 , 结 果 如表 4 所示据 文献≅∀ , . , ;Β整理 。 实 践证明 , 在众 多 的影 响底 板破坏 深度 的因素 中 , 工作面斜长与 底板 破坏 深度 的关 系最为 密切 , 各 观测 点工 作面斜 长与底 板破 坏深 度 的关 系如图 4 所 不 。 各点 的拟合曲线方 程 为 Χ一8 − .9Δ8 − 4.ΕΦ 。 4 尽管 各矿 观测点 的具体地 质与水文地质条件 有 差异 , 但它们都属 于华 北型煤田的典型带压 开 采 煤 矿 , 煤 层底 板 的隔水 岩层 组合结 构相似 , 因而众 多观 测数据 的统计分析结 果仍具有一 定的代表性 。 . 采矿引起 的底 板破 坏深 度 由于客观因素的制 约 , 从 理 论上计算 获得 工作 ; 采动影响下 底板岩层运动与应 力重分布规律 ; − 4 底板 岩层应力重分布规律 井隆一 矿 78 7 小面的平面 应变相 似材 料 模 拟 试 验川 , 进 行了底 板应 力 随 深度 变 化 规 律和破 坏规 律 研 究 , 以及超 声波速 随 深度 变化 的测量 , 结 果如图 . 、 图 ; , 底 板 垂 向位 移 变 化 如图 所 示 。 由图 ; 看 出 , 超 声 波 测试证实距 采 煤 底 板 46 − /Γ , 采 动 对 底 板 基本上 没有影响 。 由图 . 看出 , 附加应 力 随深度 变 化 基 本上呈 直 线下降 。 在 4 8 Γ 深度以内影 响较 为 显 著 , 4 8 Γ 以下影 响较 小 。 由图 看出 , 在深 度大于 . 8 Γ 时 , 底 板 岩层的垂 向位移 基 本 为 零 , 即不受采 动影响 。 澄合 ..948 工作面斜长 58一4 4,Γ , 煤 层厚 度 ; 一; − Γ , 倾角 9 。 一48 8 , 该工 作面进 行了底板不同深 度 超 声 波 波 速 的 测 试川 , 测试结 果 如 表. 。 表.表 增刊 刘 其声 , 李玉林 带压 开采条件分析与突水可能性评估方法 表 ∀ 工作 面倾 斜长度 与采矿破坏深度 关系 开采煤层 工作面倾 斜长度ΕΓ 底板破坏 深 度ΕΓ 王凤矿4 ; 9 /面 王凤矿4 6; 面 王风矿45; 面 工凤矿4 594面 山青煤 山青煤 下架煤 9Η 7 8 68 4 Ι 。 郸邯局 4 8 8 一4 . 8 ∀ ; 一矿. 7/ 4 面 二矿 二矿.7 84面 二矿;787面 山青煤 山青煤 小青煤 小青煤 4. Α7 9 4 ; − 4. − 6/ ∀ ϑ ∀Κ 峰峰局 ∀ ; 一 9 ; . 7洲 一矿 787面大 一 矿 787面小 四矿9 7 84面 三矿 五煤 五煤 五煤 五煤 井局隆 邢 台煤矿 768.面 二号煤 4/ − 8 邢台局 半 ∃六 、 、 写 侧 哟 ∀ 叫 ∀ 九里 山 矿 王封矿 焦西矿 演马庄矿 李封矿 二号煤 二号煤 二号煤 二号煤 二号煤 ∃ 采空区 尹、、、, ∃ 5 4 /一94 − 8 8 Μ∀ , 平 均 9 − 7Γ , 岩 层 由 粘土岩 、 粉砂 岩 、 煤层及 不稳 定的砂岩和薄 层灰 岩组 成 , 以粘 土岩和粉砂 岩 为主 , 奥 灰 顶面以上 有 9一4 9 Γ厚的 紫褐色铁 、 铝 质粘土岩 或粘土质 粉砂 岩 。 奥 灰水正常 水 位标 高Δ 8Γ 左 右 , 丰 水 期 水 位标 高Δ/ 8 Γ 左 右 , 工作面标 高一∃Η8Γ , 工 作面底 板 承受奥灰 水压 4 − 一∀ / ∋ Ν 。 由公式∀ 可知 , 6. . 工 作面底板 破坏 深度约 5 − 69 Μ ∀ 。 Ο氏板应力 重 分 布规 律 的 测试 资料初步 说明 , 在 煤层 底 板 .8Γ 以下 , 采 动应力对 底 板的破 坏 渐 趋 微弱 。 本区尚未进行 奥 灰导 升高度 和隔 水层 阻抗水 性 能 的原位测试 资料 , 但从 煤 层 底 板钻 孔 钻 进 中进 行的水 压 、 水 量 观 测 数据川表 可以分 析得出 如 下初 步认识 表 . 工作面底 板超声 波 测 量 孔 ,Ο 9 纷 煤底板 法线深ΕΓ 平均速度 Ε 士 ∀ Π Κ 波速 变化 Μ4 ; Χ 4 .8 ΜΘ . − 85 − 64 − .88 − / 69 − . 5 距 底 板∀ Γ以下的岩层 组 合 , 消 减 奥 灰水头 的能 力为 9 8Ρ一68Ρ 底 板以下4 8 Γ一ΛΗΓ 深度的岩层 , 钻 孔 涌 水 量 为 8 −;6一5 − 6Γ 丫Χ , 只有 北 /孔 涌 水量 较 大 , 为 / − / 一9 − .5Γ 丫Χ 。 综 合以上 分析 , 我们认 为 6 .8. 工 作面 6 号煤 底 至奥灰 含水 层 厚度 较 大 , 采 动影响带以下 至奥 灰 仍 有 .8Γ 左 右的相 对 阻 水 岩 层 , 尽 管 该 岩层组 合 并 非 绝 对 隔水 , 但已消 减 奥 灰 水 头 98Ρ一6 8 Ρ , 且 水 量较 小 , 说明其裂隙渗透 性微 弱 。 在底 板破坏 带和采 动影 响带 内 , 岩 层固有裂 隙 在底板 周期 应 力作用下 , 将有 较大幅度的再 扩张 , 从而渗透 性大 大加强 , 失去 阻水 能力 。 但在采 动影响带以下 , 岩层固有裂 隙遭 受 的破坏较 小 , 其渗透性 变化 较小 。 鉴于本区在采 动影 响 带以下 , 岩 层 裂 隙渗透 性 小 , 水 量 小于 4 8 Γ丫Χ 除 北/孔外 , 因此 6 .8. 工作面正常底 板突水的可 能性 较 小 。 变化率Ε写 一 。 Ι 幅 度 。4 − 拐;9 4 Η 参 考文献 4 − 7 比伟 一 表 工作面底板应 力动态分区 测 试上作面 底板应 力区 井Δ签 ∋ ∋ 工作面 少卜 隆石∋∗. Ε 作面 澄介 ∃ ∃ 土作面 夕 增压 攻 减 压区 稳压区 十∃ ∃一ΦΓ4 Η, 一∃ 4 一54以远 卡 ∃一 一十 Ι一 一Γ4 Ι ∃石一一 54 Η .∗, 一.∗4 一. ∗ 少4 以远 李 白英 .∗ δ⊥ Ζ δ7 α 一.2 7.. ⊥ α∴4 ⊥ α6 6 一 ⊥εΖ Ψ7ϕΖ6ε⊥ 6 7∗ 。26Ζ Γφ ∗一Ψ Κ7.7一7.κ ⊥ .ι 7]⊥ 6 ⊥ . α7.Ζ Γ].φ δ ⊥7γ⊥ ⊥ 7]⊥ ⊥ Ζ6 6 ⊥.α7一Ζ ηα ⊥ 7Ζ6 αε γ α7⊥ 6 ∴ 6 Ψ Γ] 7ΖηΖ6⊥ ⊥α Γ7 ηΨ ε α4⊥7α..ι7]⊥ γ α7Ζ 6Κ 6 ΨΓ ] , 7]⊥ αα.ιΓ 一 Γ κ Κ7一 α7∴2 4 ⊥7]Ζ∗ Ζη γα7⊥ 6 ∴ 6 Ψ Γ ]. ΖΓ Γ∴δ∴.∴7ι⊥ΖΨ .εδ⊥ ⊥Ζ. .⊥ Ζ Ψ ε ⊥ε η6 Ζ 4 7]⊥ Ζ η 4∴ 一 2 ⊥ Ζ ε∴7∴∗ ΓΨ ε⊥ 6 γ 于;7⊥ 6 . 6 ⊥ Γ Γ Ψ6 ⊥α ε 7]⊥ ⊥ ΓφΖ6 αε∴⊥α.ΚΖ 6 α ⊥7∴⊥ α. 4⊥ αΓΨ6. 2εα7αγ]∴⊥]γ ⊥6⊥Ζ δ 7 Κ ⊥ε η6 Ζ 4 7]⊥ γ α6⊥ 6一 6 ΨΓ ] ⊥∗ ε.7∴Ζ 6 。、⊥ α ⊥ ] ⊥、∗ γ Ζ61∴ 2ηα ⊥ ⊥ Γ 一 ΓΖ 4 ⊥6⊥ ϕ 6 ⊥ Γ⊥7α7∴κ⊥ 4 .. 2. Ψ 6 ⊥ Κ7 一 Γ∗ ,∴⊥ 6 ⊥]⊥ϕα 4φ. ⊥ 7.Ζ Γ