煤层气开采后底板突水危险性评价——以成庄煤矿为例

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1、全日制硕士学位论文煤层气开采后底板突水危险性评价——以成庄煤矿为例申请人姓名：昝明军指导教师：李建林学位类别：工学硕士专业名称：水文学及水资源研究方向：水循环过程与生态环境河南理工大学资源环境学院二0一六年六月中图分类号：TD745密级：公开UDC：单位代码：10460煤层气开采后底板突水危险性评价——以成庄煤矿为例AssessmentofWaterInrushRiskofCoalFloorafterCBMDevelopment——ACaseofChengzhuangMine申请人姓名昝明军学位类别工学硕士水文学水循环过程与专业名称研究方向及水资源生态环境导师李建林职称教授提交日

2、期2016.06.01答辩日期2016.06.05河南理工大学致谢本论文是在导师李建林教授的悉心指导下完成的，衷心感谢敬爱的李老师对我的关心和帮助。李老师渊博的知识、严谨的治学态度、勤恳踏实的工作作风和孜孜不倦的追求精神使我终身受益。李老师为人谦和，平易近人，在学习和生活中给予了我极大的关怀，我将铭记李老师对我的殷切关心和谆谆教诲。在此，谨向敬爱的导师致以深深的谢意和崇高的敬意。感谢实习期间的吴文强老师在实习过程中给予的帮助和指导，衷心祝愿吴老师身体健康，工作顺利。感谢河南理工大学资源环境学院，水文学及水资源系的各位老师，感谢你们在我研究生期间给予我学习和生活上的关心、鼓励、指导

3、和帮助。感谢张洪云、李志强、崔延华等师姐师弟和朱红龙、黄斌斌、申建军、边凯、熊新芝等同志在论文书写及软件安装中给予的热情帮助。感谢河南理工大学的培养与教育，感谢水文系老师们的谆谆教导、关怀和帮助，是你们的鼓励和支持让我有了前进下去的动力和决心。此外，还要感谢我的家人给予我的关爱、理解和鼓励！二十载求学路，正是他们的默默付出与理解给予了我前进的动力，愿他们幸福安康！感谢对本论文提出宝贵意见的各位专家和教授！最后，衷心感谢所有关心、支持、鼓励和帮助过我的老师、同学和朋友们。祝愿他们身体健康，生活幸福！摘要我国八大成煤期中有四个成煤期形成的煤层是煤层气富集的重要层位。其中华北型石炭—二

4、叠系煤田煤层下伏奥陶系灰岩含水层（简称奥灰含水层），如果煤层到奥灰含水层之间层间距小，煤层气开采对地下隔水层很容易产生扰动破坏，在煤层气开发后煤炭开采存在底板突水危险性。目前，我国学者对于煤层底板突水危险性的相关研究成果较为丰富，但对于煤层气开采后底板突水规律的研究相对薄弱。分析煤层气开发后地下水与采掘的关系，揭示其对未来煤炭开采突水危险性影响机制，并采取相应措施，对于未来煤炭安全开采具有重要的理论和实际意义。本文选取山西成庄煤矿为研究区域，针对煤层气开发后15号煤煤层底板，采用基于AHP的脆弱性指数法进行突水危险性评价。通过对矿区地形地貌、气象水文、地层、构造、煤层煤质等资料的

5、分析和研究，确定煤层气开采后底板突水危险性的主控因素为：奥灰含水层水压力、奥灰含水层富水性、底板隔水层有效厚度、断层分维、最小水平主应力和岩石破裂压力，生成相应的专题图。然后，利用AHP构建判断矩阵计算不同影响因子的权重分别为0.3417、0.1709、0.1807、0.1279、0.0894、0.0894，并对专题图进行赋值和加权叠加，生成煤层底板突水危险性分区图。最后将其与未考虑煤层气开采相关主控因素的普通脆弱性指数法进行对比分析。结果表明:脆弱区和较脆弱区主要分布于研究区的西部，该区域含水层水压较大，而起主要阻水作用的隔水层有效厚度较小，有的地方底板破坏带甚至已发育至含水层

6、，开采时需制定详细的水害防范方案；过渡区及较安全区仍有突水的可能，应在开采时注意观察突水征兆。另外与普通脆弱性指数法相比，该方法对于脆弱区和较脆弱区的判定较为准确，评价结果更符合实际。关键词：断层分维；水力压裂；煤层气开采；脆弱性指数法；底板突水危险性评价IAbstractCoalseamisimportantenrichedhorizonsforcoalbedmethane（CBM）formedinthefourofeightcoal-formingperiod.Amongthem,Ordovicianlimestoneaquiferistheunderlyinghorizon

7、ofCarboniferous-PermiancoalseamsinNorthChina.IfthedistancebetweenthelayersofOrdovicianlimestoneaquiferissmall,CBMexploitationforgroundwaterimpermeablelayermayleadtodisturbancesdamageeasily,sothatcoalmininghasthewaterinrushriskofcoalfloorafter