基于GIS与FLAC3D的鹤煤六矿带压开采底板承压水头限值研究

作     者：李向楠 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘国营

授予年度：2019年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：承压水 底板突水 突水危险 模糊层次法 鹤壁 六矿 

摘      要：河南省鹤壁矿区各矿均开采二叠系山西组二煤,煤层底板石炭系太原组灰岩和奥陶系灰岩岩溶水是影响安全生产的主要水源,曾多次发生奥灰突水淹井。当前各矿已经进入深部采煤,作用在煤层底板的水压为5.5.5MPa,未来最低开采位置将高达9-10MPa,奥灰突水危险增加。为此,鹤壁各矿都在应用带压开采工作面煤层底板地层预注浆加固技术,迫切需要分区评价承压水突水危险性,并确定承压水头的极限值。本文以位于鹤壁六矿为研究对象,在详细分析矿井地质、水文地质条件和充水条件的基础上,划分了六矿水文地质类型。通过对历史底板灰岩突水案例的分析,从影响底板突水的众多因素中,确定了奥灰水压、奥灰富水性、煤层底板有效隔水层厚度和断层发育程度是影响六矿底板突水的主控因素。以国际先进的FLAC软件为平台,以煤层及煤层顶底板岩石物理力学参数测试成果为主要依据,分别模拟了六矿煤层底板标高为-460m与-760m两个工作面采动后的底板破坏深度。运用模糊层次分析法,确定了奥灰水压、奥灰富水性、煤层底板有效隔水层厚度、断层发育程度的权重依次是分别是0.249、0.134、0.267、0.35。以ArcGIS为平台,确定了主控因素的专题分区图和归一化图,依照权重叠加耦合建立了评价六矿煤层底板灰岩突水危险的数学模型。综合突水系数和突水危险综合评价结果,将六矿深部规划采区划分为安全区和突水威胁区。六矿二煤标高-500m和-760m工作面,在斜长在120-160m条件下,底板采动破坏深度为17-23m,扣除底板破坏深度后的有效隔水层厚度仅为11462m。按照鹤壁矿区奥灰水位+128m计算,六矿安全开采二煤的下限为-442m,安全生产的承压水头限值为684m。今后煤层标高在-442m以下带压开采工作面都有必须做超前预探,在构造破坏区域进行底板预注浆加固为主的综合防治水措施。