水體下采煤時,防隔水煤(巖)柱的留設(shè)關(guān)系到整個礦井的安全生產(chǎn)。目前防隔水煤(巖)柱留設(shè)方法通常是按照“三下”規(guī)范(2017版)的規(guī)定來進行的,理論與實踐成果表明,采用“三下”規(guī)范中經(jīng)驗公式計算綜放開采導(dǎo)水裂隙帶高度時具有一定的局限性,因此需要確定合理的理論公式對綜放開采導(dǎo)水裂隙帶高度進行預(yù)測,從而確定防隔水煤(巖)柱的合理留設(shè)尺寸,這對近松散層下綜放開采突水潰沙災(zāi)害防治具有重要的實際應(yīng)用價值,可以進一步解放滯留煤量,提高開采上限,同時對國內(nèi)相似條件礦井開采具有推廣應(yīng)用價值。本論文以淮北鄒莊煤礦7401工作面為研究對象,根據(jù)礦井現(xiàn)有地質(zhì)資料以及煤巖層物理力學(xué)性質(zhì),采用現(xiàn)場鉆孔施工、深部土、風(fēng)氧化巖石礦物成分分析試驗、理論分析、數(shù)值模擬計算等方法,對鄒莊礦7401工作面防水煤柱的合理留設(shè)問題進行了研究。(1)對鄒莊礦進行調(diào)研,收集相關(guān)現(xiàn)場資料,進一步確定實驗場地和收集試驗材料,分析了礦井與工作面地質(zhì)、水文地質(zhì)特征。(2)根據(jù)巖芯鑒定和鉆孔資料統(tǒng)計結(jié)果,分析得到鄒莊礦基巖風(fēng)化帶底板深度以及風(fēng)化帶的巖性組成,確定其工程地質(zhì)性質(zhì)對巨厚松散層下縮小保護煤巖柱提高煤層開采上限具有重要意義;通過鄒莊礦四采區(qū)多個鉆孔資料分析得出7401工作面土-巖接觸類型主要為砂土-泥巖接觸帶和粘土-泥巖接觸帶,研究得出工作面的深部土巖接觸帶是可以作為防水保護層的,從而可以通過縮小防水煤柱的方法進一步提高回采上限。(3)取工作面內(nèi)鉆孔一定深度的土樣和巖樣進行試驗,測試深部土以及風(fēng)氧化帶巖石礦物成分,進一步研究其工程地質(zhì)性質(zhì),通過分析得出巖、土樣中蒙脫石具有良好的隔水性能,吸水易膨脹,可使裂縫彌合,抑制裂隙的發(fā)育,減小導(dǎo)水裂隙帶的高度。(4)通過“三下”規(guī)范經(jīng)驗公式、多因素擬合公式以及其它的經(jīng)驗公式計算工作面導(dǎo)水裂隙帶的高度,同時以鄒莊煤礦7401工作面為原型,依據(jù)工作面的勘察鉆孔柱狀圖及煤巖層物理力學(xué)參數(shù),利用數(shù)值模擬軟件FLAC3D對煤層開采過程進行分析,研究厚松散層下綜放開采工作面導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度。對比多種理論計算公式得到的導(dǎo)水裂隙帶高度,得出多因素擬合公式、其他經(jīng)驗公式以及數(shù)值模擬預(yù)計的導(dǎo)水裂隙帶高度差距較小,有一定的統(tǒng)一性,最終確定導(dǎo)水裂隙帶高度為109m。(5)分析不同土-巖接觸類型下保護層的厚度,通過工作面水文地質(zhì)條件,依據(jù)其水體類型、含水層的富水性、賦存條件等確定水體采動等級,防水安全煤(巖)柱其高度大于等于導(dǎo)水裂隙帶高度與保護層厚度之和,經(jīng)過計算最終得出防水安全煤(巖)柱的合理留設(shè)高度為140m。研究結(jié)果確定了7401工作面防水煤(巖)柱的留設(shè)尺寸,對提高煤層開采上限具有一定的參考價值,同時對淮北地區(qū)以及國內(nèi)相似礦井突水潰沙防治具有借鑒意義。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD823.83
【部分圖文】：

（3）取鉆孔一定深度的土樣和巖樣進行試驗，測試深部土以及風(fēng)氧化帶巖石礦物成分，進一步研究其工程地質(zhì)性質(zhì)，分析其隔水性能，從而確定其對煤層采動過程中導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的影響。（4）通過“三下”規(guī)范經(jīng)驗公式、多因素擬合公式以及其他經(jīng)驗公式計算工作面導(dǎo)水裂隙帶的高度，同時以鄒莊煤礦 7401 工作面為原型，依據(jù)工作面的勘察鉆孔柱狀圖及煤巖層物理力學(xué)參數(shù)，利用 FLAC3D 數(shù)值模擬軟件對工作面煤層開采過程進行分析，研究厚松散層下綜放開采工作面導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度。通過對幾種不同方法計算得到的導(dǎo)水裂隙帶高度進行對比，最終確定較為合理的導(dǎo)水裂隙帶高度。（5）分析不同土-巖接觸類型下保護層的厚度，通過工作面水文地質(zhì)條件，依據(jù)其水體類型、含水層的富水性、賦存條件等確定水體采動等級，經(jīng)過實地考察與礦方的接觸，出于安全角度考慮，礦方強烈要求留設(shè)防水安全煤（巖）柱，其高度應(yīng)大于等于導(dǎo)水裂隙帶高度加上保護層厚度之和，經(jīng)過計算最終得出防水安全煤（巖）柱的合理留設(shè)高度。本論文以鄒莊煤礦 7401 工作面為研究對象，設(shè)計技術(shù)路線如圖 1-1 所示。

圖 2-1 鄒莊煤礦井田構(gòu)造示意圖Figure 2-1 Schematic diagram of mine field structure in zouzhuang coal mine1）褶曲構(gòu)造（1）南坪向斜在 15-3 孔、21-7 孔、24-2 孔、25-3 孔一線，走向近北北東，礦區(qū)內(nèi)長度約5.6km，近于貫穿全區(qū)，揚起端位于礦井西南部，向東北傾伏。揚起端地層傾角10°～20°左右，傾伏端傾角較小，一般 5°～10°左右；西北翼淺部較陡，傾角 20～30°左右；深部地層平緩，傾角 3～5°；向斜東南翼靠軸部傾角較緩，一般 3～5°，往礦井邊界方向變陡，一般 10～20°，受斷層的控制，局部傾角達 30°。（2）羅家向斜位于 22-2 孔～22-3 孔附近，軸向近東西，軸向長度約 2000m，西端仰起，東端被 NF26、NF28-1 斷層切割；兩翼地層傾角平緩，一般 10°左右。（3）楊大莊背斜位于 24-9 孔～2012-3 孔附近，軸向北東東近東西，軸向長度約 880m，東部止于 NF22-1 斷層，褶曲寬緩，地層傾角平緩一般 8～9°。

在以構(gòu)造裂隙為主的裂隙網(wǎng)絡(luò)之中，以儲存量為主。一般煤系砂巖裂隙含水層富水性弱，不能明顯地劃分出含、隔水層（段）。依據(jù)地層巖性組合特征和主采煤層賦存位置關(guān)系、裂隙發(fā)育程度，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料，本采區(qū)自上而下劃分為三個含水層（段）和四個隔水層（段）。2.3 7401 工 作 面 地 質(zhì) 與 水 文 地 質(zhì) 條 件 （ Geological andHydrogeological Conditions of Working Face 7401）2.3.1 工作面概況1）空間位置7401 工作面位于副井西約 950m。地面分布有大丁家、東馬莊、王馬家等村莊以及農(nóng)田、鳳池溝、進廠公路，無大的水系。南至 18 勘探線以北 160 米左右；北接四采區(qū)中組煤軌運及回風(fēng)巷；西以 72煤-400 米煤層底板等高線（工作面里段）及-380 米煤層底板等高線（工作面外段）為界；東鄰 7403 設(shè)計工作面。工作面走向長 1685m，傾斜寬 100m，面積 145765m2，地質(zhì)儲量為 92 萬噸。工作面平面圖如 2-2 所示，相鄰關(guān)系位置示意圖見圖 2-3。
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本文編號：2844090