承壓水上采空區(qū)底板巖層擾動(dòng)規(guī)律研究.pdf

1、隨著淺部煤炭資源的枯竭，煤礦開采開始向深部延伸；同時(shí)，由于地層深部地下水壓力的增高，遇到承壓水威脅的礦井?dāng)?shù)量越來越多。眾所周知，井下作業(yè)場(chǎng)所的高壓地下水環(huán)境不僅導(dǎo)致礦井排水費(fèi)用的增加，甚至引發(fā)礦井突水事故；因此，有效控制井下作業(yè)場(chǎng)所的地下水影響對(duì)保障作業(yè)人員生命安全、實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)有重要的意義。煤層帶壓開采時(shí)的安全預(yù)測(cè)是實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水有效控制的重要前提，可以通過采空區(qū)底板巖層擾動(dòng)值判斷巖層破斷的可能性，進(jìn)而分析煤層帶壓開采的安全性；可靠

2、的計(jì)算方法可以獲得底板巖層擾動(dòng)規(guī)律，分析模擬各種不同情況下采空區(qū)底板巖層擾動(dòng)量的變化，為制定有效的底板巖層地質(zhì)環(huán)境改善措施提供可靠的依據(jù)，也避免不必要的投資浪費(fèi)。
　　國內(nèi)外許多學(xué)者都在煤層帶壓開采預(yù)測(cè)方面進(jìn)行了大量的研究工作，提出了多種分析煤層帶壓開采安全性的計(jì)算方法，這些方法對(duì)于預(yù)測(cè)采空區(qū)底板巖層突水的可能性有著重要的意義。但是這些研究工作對(duì)于采空區(qū)底板巖層所受的外力，大多按照均勻分布和呈線性分布來進(jìn)行處理，未考慮覆巖“豎三帶

3、”的逐步發(fā)育過程及工作面和巷道煤壁的支承作用對(duì)采空區(qū)底板表面壓力分布的影響；在不同外力假設(shè)的影響下，底板隔水巖層擾動(dòng)值會(huì)發(fā)生變化，可能導(dǎo)致煤層帶壓安全開采的預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確；因此，需要開展非均勻載荷作用下的采空區(qū)底板巖層擾動(dòng)規(guī)律研究。
　　本文綜合運(yùn)用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬軟件等方法和手段，對(duì)采空區(qū)底板巖層擾動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了如下研究成果：
　?。?）底板隔水層厚度及承壓水壓力對(duì)采空區(qū)底板巖層擾動(dòng)的影響分兩種

4、情況：當(dāng)?shù)装甯羲畬雍穸燃俺袎核畨毫ο鄬?duì)較大時(shí)，覆巖中冒落、裂隙帶所形成的底板巖層壓力對(duì)采空區(qū)底板變形增量影響較??；采空區(qū)底板隔水巖層最大擾動(dòng)值隨工作面推進(jìn)而逐漸增大，直至覆巖彎曲下沉帶重量加載至底板表面時(shí)開始減小。當(dāng)?shù)装甯羲畬雍穸燃俺袎核畨毫ο鄬?duì)較小時(shí)，覆巖中冒落、裂隙帶所形成的底板巖層壓力對(duì)采空區(qū)底板變形增量影響較大；老頂初次來壓后，采空區(qū)底板隔水巖層最大擾動(dòng)值即開始減小。所以，預(yù)測(cè)帶壓開采危險(xiǎn)性時(shí)，必須考慮煤層開采過程中覆巖的影響，

5、并結(jié)合底板下伏承壓水壓力大小及底板隔水巖層厚度進(jìn)行綜合分析。
　　（2）應(yīng)用以連續(xù)介質(zhì)為基礎(chǔ)的FLAC3D數(shù)值模擬軟件，構(gòu)建了煤層開采的數(shù)學(xué)及物理模型；通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與模擬模型的結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證模型正確性；根據(jù)采空區(qū)底板巖層數(shù)值模擬結(jié)果，獲得采動(dòng)影響下采空區(qū)底板表面壓力的分布規(guī)律。
　?。?）應(yīng)用連通器原理研發(fā)了“隱蔽工程中點(diǎn)位高程動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置”，可以對(duì)采空區(qū)的各底板巖層擾動(dòng)量進(jìn)行無參照標(biāo)高點(diǎn)的測(cè)量；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分析多種不

6、利因素對(duì)儀器測(cè)量結(jié)果的影響，獲得測(cè)量的主要誤差來源為采空區(qū)部與觀測(cè)巷之間溫度變化；并運(yùn)用該裝置對(duì)采空區(qū)底板巖層豎直方向的擾動(dòng)值進(jìn)行測(cè)量，獲得采空區(qū)底板巖層隨工作面回采時(shí)的擾動(dòng)曲線。
　?。?）采空區(qū)后方底板巖層擾動(dòng)值變化規(guī)律為先增加后減小。工作面回采初期，采空區(qū)后方底板巖層向上擾動(dòng)量逐漸增加，且最大值位于采空區(qū)后方中心位置附近；擾動(dòng)等值線呈扇形分布并逐漸減小，工作面和巷道附近擾動(dòng)值較小。當(dāng)工作面回采較長(zhǎng)距離時(shí)，雖然采空區(qū)底板卸壓面