永城矿区裂隙型底板灰岩突水防治技术研究

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1、ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing博士学位论文永城矿区裂隙型底板灰岩突水防治技术研究学院：地球科学与测绘工程学院学号：WBP090101025Q作者：张凯学科专业：地质工程导师：彭苏萍院士2015年6月中图分类号：dsfdfTP31f密级：单位代码：11413博士学位论文中文题目：永城矿区裂隙型底板灰岩突水防治技术研究英文题目：LimestonewaterburstmechanismandpreventiontechnologyforfracturecoalseamfloorintheY

2、ongChengCoalming作者：张凯学号：WBP090101025Q学科专业：地质工程研究方向：防治水技术研究应用导师：彭苏萍职称：教授、院士论文提交日期：2015年4月14日论文答辩日期：2015年6月8日学位授予日期：2015年6月24日中国矿业大学（北京）独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国矿业大学（北京）或其他教学机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对

3、本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：2015-6-15关于论文使用授权的说明本人完全了解中国矿业大学（北京）有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：2015-6-15.摘要永城矿区位于河南省永城市境内,目前已经建立了9对生产矿井，生产能力提高到2100万吨/年。矿井内二叠系山西组二2煤赋存稳定，是永城矿区的主采煤层，该层

4、煤平均厚度2.7m，平均开采深度600m，最低开采深度为350m，最高开采深度到910m。钻孔资料和实际的开采资料表明，井下的主要突水水源为L8灰岩，L8灰岩平均厚度12m，距离主采煤层二2煤80m左右，沉积厚度稳定。该层灰岩岩溶较发育，富水性强，静水压力传递快。深部奥陶系灰岩水在特殊导水通道的情况下与L8灰岩联通，奥陶系含水层上距二2煤底板200m左右。根据《煤矿防治水规定》，回采工作面的安全水压计算方法为：PTsM，M为煤层底板隔水层厚度()m，P为安全水压()MPa，Ts为突水系数(MPam/)。在煤层底板受到断层、裂隙等地质

5、构造作用区域，突水系数取0.06(MPam/)，隔水层完整未受到明显构造破坏的区域，突水系数取0.1(MPam/)。永城矿区采用0.06(MPam/)作为突水系数，隔水厚度取为80m，那么安全水压为4.8MPa。在永城地区，大部分矿井的承压水压力为1.6-3MPa。因此，根据突水系数方法，永城地区的突水危险性较小，这主要是由于永城矿区的隔水厚度足够、承压水压力较小的原因。然而，永城矿区多次发生突水事故，经过分析，初步认为这是一种裂隙型底板灰岩突水，有必要开展深入研究。本论文的研究目的是：通过分析永城矿区突水案例，研究突水中的关键地质因素

6、，通过数值模拟研究底板灰岩裂隙型突水的机理、特征，研究煤层底板裂隙分布区的高分辨瞬变电磁探测技术，建立适合本矿区的防治水工程技术体系，以保证矿井的安全生产和稳定高产。本论文研究的主要成果如下：（1）提出裂隙是永城矿区突水的主要通道和研究重点据永城矿区突水资料，自1985年以来至今，研究区内共发生淹井的灰岩突水17次，其中有11次发生在采煤工作面，6次在掘进巷道中。从突水通道上分析，断层为导水通道的灰岩突水2次，其余的15次突水通道均为二2煤层底板裂隙。统计资料表明，底板裂隙是矿井突水的主要通道。在突水水源上，太原组含灰岩11层，最上层的

7、L11灰岩厚1～2m，上距二2煤层底板50m左右，含水很弱。L8灰岩厚度8～18m，平均厚度12m，上距二2煤层底板约80m，岩溶发育，富水性强，连通性好，水压大，且受奥灰水的间接补给，是矿井突水的主要水源。与焦作、肥城矿区的水文地质条件相比，焦作、肥城矿区的底板隔水层厚度不够，整个工作面底板必须全部改造，而永城矿区的隔水层厚度足够，裂隙是重要的导水通道，这是永城矿区防治水工作的明显特征之一。I研究区内的灰岩水主要是通过煤层底板裂隙突出，当原生裂隙处于张开状态，裂隙本来已经形成导水通道，当掘进巷道或回采工作面揭露这些裂隙时，即发生突水；

8、当原生裂隙闭合时，指底板原生裂隙未张开或者仅有细微的张开，同时该裂隙也发育到灰岩，在掘进空间下方的矿山压力和强大的灰岩水压力下，原生裂隙张开，导致灰岩突水。这种突水一般发生在采煤工作面或掘进工作面后方，表现