薄基巖淺埋煤層開采突水潰砂致災機理及防治技術研究.pdf

1、煤炭資源在我國能源結構和國民經濟中占有極為重要的地位,煤炭安全開采是保障人員安全、資源安全和經濟健康發(fā)展的基石,同時,也是全社會關注的焦點,學者和工程師研究的重點。在淺埋煤炭資源開采工作面通過上覆基巖較薄且上覆富水松散區(qū)域時,有發(fā)生礦井突水潰砂的潛在威脅,在生產實踐中已發(fā)生多起礦井突水潰砂事故,造成巨大的人力、物力和財力損失,突水潰砂災害已成為影響淺埋煤炭資源安全開采的關鍵問題之一。
　　突水潰砂是由淺埋深、薄基巖、富含潛水的厚松

2、散覆蓋層這種特殊的水文工程地質環(huán)境決定的,涉及采區(qū)工程地質構造、水文地質、工程地質、煤層、覆巖等條件以及開采方式等諸多方面的因素。本文從薄基巖、淺埋煤層、富水松散層和開采條件的特點入手,分析了突水潰砂的影響因素,建立了突水潰砂災害的力學分析模型,并依此為基礎提出了突水潰砂災害的防治技術。將該項防治技術應用于神東礦區(qū)哈拉溝煤礦22404綜采工作面過溝開采工程中,成功預防了突水潰砂災害的發(fā)生,保障了工作面順利安全通過,取得了良好的技術、經濟

3、和社會效應。
　　本文通過研究主要獲得以下成果:
　　(1)根據哈拉溝煤礦22404綜采工作面工程地質與水文地質條件及開采特點,分析了突水潰砂的影響因素及發(fā)生機理。總結出發(fā)生突水潰砂現象必須具備四方面條件,即物源(富含潛水的厚松散覆蓋層)、動力源(高潛水水頭)、通道(薄基巖斷裂縫)、儲存空間(采空區(qū)),且水壓力是使含水砂層發(fā)生突水潰砂的根本原因,當頂板薄基巖發(fā)生斷裂,動水壓力達到某一臨界值后,就會造成大量的水砂混合流潰入巷道

4、和采空區(qū)。
　　(2)分析了哈拉溝煤礦22404綜采工作面的突水潰砂綜合條件。哈拉溝煤礦2-2煤層22404工作面寬260m,在通過哈拉溝采區(qū)段,煤層埋深42~54m,采高為4.2m,基巖厚度有20~40m,松散層厚22m,基巖厚度為采高的4.8倍,采動裂隙可直接溝通至地表。因此開采區(qū)域屬于淺埋、薄基巖、厚富水松散砂層的范疇,當工作面通過哈拉溝時,極易發(fā)生突水潰砂災害。
　　(3)理論計算和實測分析了哈拉溝煤礦22404綜采

5、工作面的礦壓顯現規(guī)律。通過理論計算及現場觀測,得出22404工作面老頂首次來壓計算步距50~60m,實測步距66m,周期來壓計算步距21~28m,實測步距16~19m。
　　(4)理論計算分析哈拉溝22404綜采工作面突水潰砂的水力條件。研究給出臨界水力坡度及臨界水頭高度的計算方法,對哈拉溝煤礦22404綜采工作面過哈拉溝段的突水潰砂危險性進行了預測計算,判定該段在初始狀態(tài)下有突水潰砂危險。
　　(5)提出突水潰砂的綜合防治