水体下采煤隔水关键层的判别与应用.pdf

《水体下采煤隔水关键层的判别与应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、媾矿现代化2015年第4期总第127期水体下采煤隔水关键层的判别与应用刘昊鹏0(1．太原理工大学矿业工程学院，山西太原030024；2．西山煤电股份公司西铭矿，山西太原030052)摘要地层的岩性和结构特征是水体下安全开采的重要因素，由岩层控制方面的“关键层”理论引出“隔水关键层”概念。通过分析隔水关键层的作用机理，从结构稳定性和渗流稳定性两方面来分析判断覆岩中是否存在隔水关键层，进而判断开采过程是否存在突水危险。关键词水下采煤，隔水关键层，渗流稳定中图分类号：TD823．83文献标志码：A文章编号：1009—0797(2

2、015)04—0012—02会被扩展成为导水通道。其次，若结构关键层发生破1前言断，如果关键层临近有软弱岩层且具有很强的隔水三下采煤之一的水体下采煤，是指不对水体进性能，则软弱岩层可能在破断的关键层之上形成一行处理，直接在其下方进行安全开采工作。水体下采层阻隔层，从而仍然具有隔水能力；即使软岩层也发煤的基本要求是防止水砂窜人井巷及工作面，地层生破坏，软硬岩层复合结构破断后相互胶结，弥合采的岩性和结构特征是决定水体下能否安全开采的重动影响形成的裂隙通道，也具有隔水作用[31。要因素。我国专家学者在岩层控制方面提出了“关键3隔

3、水关键层判别条件层”理论，该理论能有效地指导煤炭开采中的顶板管理和支护工作；同理，在开采水体下的煤炭资源时提通过分析隔水关键层的作用机理，应该从结构出了对应的“关键层”理论，即隔水关键层【1]。通过对稳定性和渗流稳定性两方面来分析判断覆岩中是否隔水关键层作用机理和判别条件的研究，对安全高含有隔水关键层。首先判断煤层与水体或含水层之效开采水体下的煤炭资源具有重要意义。间是否有对覆岩运动起控制作用的岩层，这个岩层可以是单一岩层，也可以是由数层岩层组成的复合2隔水关键层作用机理岩层。当这些岩层保持结构稳定即没有发生破断时，在开采

4、水体下的煤炭资源时，若含水层或水体本身就具有隔水作用；当这些岩层发生破断时，由破在结构关键层之上，如果结构关键层采动后不破断碎岩体渗流特性来判断是否发生突水以及突水的危且能起到隔水作用，则该结构层就是隔水关键层。隔险性。不管结构关键层是否发生破断，都能起到隔水水关键层可以是单一岩层，也可是由若干岩层组成作用，不发生突水，则这样的岩层就是隔水关键层的复合结构层，但必须含有对采场岩体运动具有一]。因此，通过以下三步对某一岩层是否是隔水关键定承载作用的硬岩层，即隔水关键层中必须含有具层进行判断。有一定承载强度的硬岩层【2】。(1

5、)关键层位置的确定。由分析可知，形成隔水关键层的基础是覆岩中存在结构关键层，因而只有确定覆岩中的结构关键层，进而才能进一步确定能否形成隔水关键层。确定隔水关键层的位置可以由钻孔资料及开采地质条件结合关键层理论通过刚度条件和强度条件判别。(2)关键层结构稳定性的判别。若覆岩中的结构关键层在受采动影响时不发生破断，则其具有隔水图1采场上覆岩层发育示意图作用，不会发生突水。在开采上部具有含水层的煤层时，岩层中的天(3)隔水关键层渗流稳定性的判别。根据采动渗然裂隙在采动影响作用下极易导通采空区和含水流理论可知，覆岩中的结构关键层破

6、断后还具有隔水层，造成突水事故。如果在煤层与水体之间存在隔水作用的条件是渗流失稳系数小于1。当渗流失稳系数关键层，由隔水关键层的定义可知，隔水关键层首先小于1时，关键层与其临近岩层的复合结构仍具有隔会控制覆岩运动，即对采动裂隙发展起到一定的控水作用，不会发生突水事故；当渗流失稳系数大于1制作用。因此，若隔水关键层不发生破断，裂隙就不时，关键层与其临近岩层的复合结构已不具备隔水作·12·煤矿现代化2015年第4期总第127期用，存在发生突水事故的危险。计算可以得出渗流失稳系数为1．42，可见，当工作面通过上述三步判别，就可以

7、判断某一岩层是否推进时，岩层渗流失稳系数大于1，该关键层不能与是隔水关键层，进而确定覆岩中是否存在隔水关键临近黄土层形成具有隔水作用的复合层，顶板将出层及在什么情况下可能发生突水危害。现突水现象。因此，必须采取必要的防治水措施才能保证安全开采该煤层。4工程应用在井工开采煤炭资源过程中，存在许多不确定某矿开采的煤层位于侵蚀基准面以下，井田地表因素，由于目前技术水平，我们还难以对各种不确定无大的水体且地形有利于自然排水，矿床含水层富水因素做到完全有效的掌握，不能完全根据隔水关键性较弱，基岩松散层分布不均匀且主要为透水不含水层判

8、别条件来确定是否存在突水危险，还应结合别层，在河谷地带，含有孔隙潜水；深部地层岩石裂隙不的探测技术和设备综合判断。发育，地下水补给条件差，地下水主要是静态水。通过5结论钻孔取芯确定顶底板岩层物理力学参数如表1所示。表1顶底板岩层物理力学参数(1)结合该矿钻孔揭露的岩层地质资料，通过关名称埋深(m】层厚(