斷層導水性研究樣本

附件3詳細研發(fā)方案隨著當代工業(yè)發(fā)展，國內外在水體下采煤積累了大量成功經(jīng)驗，各重要產煤國家在海下、河流下、湖泊下、含水松散層和含水巖層下、人工修建蓄水工業(yè)建筑物下、充水巷道與采場下進行了大量實驗開采工作。英國、日本、加拿大、澳大利亞還成功地進行了海下采煤；美國則非常注重長壁開采對地表河流甚至小溪影響，國內煤炭資源分布廣，不但平原地區(qū)、丘陵和山區(qū)地下蘊藏著豐富煤炭資源，并且各類水體下壓煤量也很大。長期以來，河南理工大學特殊開采與巖層控制研究所積累了豐富水體下、河下采煤經(jīng)驗，水體下采煤技術已處在領先地位。一、概述吳莊逆斷層位于礦井田中部，沿耿灣、吳莊、南缸窯、南寨一線延伸，延伸長度不不大于3.0km，自東向西重要通過16、13及15采區(qū)，斷層傾向330°～10°，傾角30°～65°，落差0～95m，呈西小東大。在13采區(qū)，吳莊逆斷層處在東南部，是13采區(qū)與11采區(qū)上山分界線，斷層上盤已由1206、13A—補13鉆孔及11擴大區(qū)采掘面進行充分揭露控制，斷層下盤在13采區(qū)回風平巷及13A—補13鉆孔某些揭露，初步判斷吳莊逆斷層在該區(qū)落差35～75米。13111工作面南部斷層下盤揭露資料較少，因而吳莊逆斷層在該區(qū)延展及富水性狀況對13111工作面南部巷道掘進影響需要論證，因斷層附近煤層較厚，為安全合理留設斷層防水煤柱，解放更多煤炭可采資源,對該斷層探查有很大積極意義。二、斷層導水性研究吳莊逆斷層位于礦井田中部，地質條件特殊，延展范疇廣，此斷層對采煤工作影響較大。斷層導水研究，擬采用五種辦法：=1\*GB3①理論分析（固流耦合數(shù)學模型）；=2\*GB3②相似材料模仿；=3\*GB3③數(shù)值模仿辦法；=4\*GB3④經(jīng)驗辦法；=5\*GB3⑤現(xiàn)場觀測辦法。理論分析（固流耦合數(shù)學模型）研究圍巖和水互相作用關系，并通過數(shù)值模仿預測斷層導水性，經(jīng)相似材料模仿與經(jīng)驗值相比較，從而擬定該斷層導水性，保證斷層附近采煤安全進行。1、理論分析從定性方面分析，斷層導水重要因素是，采動影響了斷層薄弱活化（沿斷層面產生較小移動）或強烈活化（沿斷層面產生較大移動），是原有固流耦合應力平衡被破壞，地層中水壓得到釋放，導致工作面或巷道充水（見圖1）。圖1底板灰?guī)r水通過斷層突入礦井示意圖由構造斷裂形成斷層破碎帶，往往具備較好透水性，會形成礦井充水良好通道。對于某些巨大斷裂，由于斷層兩盤牽引裂隙廣泛發(fā)育，該類斷層（斷層帶）除了具備導水性質外，其斷裂帶自身就是一種含水體，因而還具備充水水源性質。由于斷層面或斷牽引裂隙帶導水而引起礦井突水災害在礦井突水事幫中占有絕對主導位置。普通以為，張性斷裂透水性較強，壓性斷裂透水性較弱，扭性斷裂透水性則介于兩者之間。事實上，斷層導、儲水性要遠比上述規(guī)律復雜得多，它不但要受斷層力學性質和巖性影響，并且會受到斷層面所受應狀態(tài)、斷層活動次數(shù)和序次、斷層帶膠結物性質與膠結限度等各種因素影響。當斷層兩盤為脆性可溶巖石時，斷裂及其影響帶裂隙、喀斯特發(fā)育，具備良好透水性；當斷裂兩盤為脆性但不可溶巖石時，斷層兩側往往發(fā)育有張開性較好牽引裂隙，具備較好透水性；當斷層兩盤為柔性巖石時，斷層破層破碎帶多被低滲入性泥質成分充填，孔隙、裂隙率低，斷層面閉合，普通不導水或導水性極弱。在分析斷層導水性時，應特別注意不要容易將某條斷層簡樸地劃分為導水斷層、隔水斷層或貯水斷層，而應充分注意斷層水文地質性質具備方向性和局部性，即一條斷層可以在某一方向導水，而在另一方向上隔水，或同一斷層某一部位導水，而在另一部位隔水。有些斷層在初次揭露時隔水，但隨采礦擾動也許發(fā)生滯后導水。因此，在研究探測斷層水文地質性質時，一定不要將其視為一種在不同部位具備不同巖性對接關系，不同部位具備不同應力狀態(tài)，不同部位具備不同水理性質復雜面狀地質構造體，進行整體分析和分區(qū)評價。2、相似材料模仿三、防水煤柱留設研究關于防水煤柱留設計算辦法有各種：=1\*GB3①、經(jīng)驗類比辦法。參照工程地質及水文地質條件相似礦井安全回采防水煤柱尺寸，作為本區(qū)煤層開采防水煤柱留設根據(jù)。=2\*GB3②、運用理論公式進行計算。例如匈牙利埃斯茨托公式、查姆保公式。=3\*GB3③、根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定計算公式計算。=4\*GB3④、用數(shù)值計算法或相似模仿實驗擬定煤柱尺寸。三、工作面開采布置參數(shù)和回采工藝設計依照《白坪井田東坪礦地面水庫下采煤可行性分析報告》（已經(jīng)省煤炭工業(yè)局批復），首采試采11081工作面位于券門水庫尾部，據(jù)現(xiàn)場調查，該水庫當前水面標高約為+343～+353m，且基本保持不變，該水庫最深處約有10m，它是11采區(qū)開采重要地表水體，其深度邊界為水體底界面，在11081工作面處上部距二1煤頂部367m，中部385m，南部403m。因而，采煤后來上覆巖層破壞和導水裂縫帶發(fā)育高度與否波及券門水庫，是11采區(qū)11081首采工作面實現(xiàn)水體（券門水庫）下安全采煤核心問題之一。水體底部距保護帶高度計算表計算位置導水裂縫帶高度Hli(m)保護層厚度Hb（m）Hli+Hb+Hf最大標高(m)距水體底高差（按最危險狀況算）(m)軟弱中硬軟弱中硬軟弱中硬軟弱中硬下部31.562.9212814.454.9388.6348.1中部30.561.019.52627.064.0358.0321.0上部29.559.0182436.072.0331.0295.0對于煤層傾角為0～35o緩傾斜煤層，煤層開采后來垮落帶邊界位于采空區(qū)邊界范疇以內，導水裂縫帶邊界位于采空區(qū)邊界范疇以外，普通超過采空區(qū)邊界約5～8m?？迓鋷Ш蛯芽p帶均呈馬鞍形，導水裂縫帶最高點位于采空區(qū)傾斜方向上部。11081工作面開采后上覆巖層破壞空間形態(tài)符合普通規(guī)律。依照11采區(qū)內接近券門水庫附近鉆孔柱狀圖可以看出，在11081工作面處二1煤頂距地面高差：上部為367m，中部為385m，下部為403m.。而導水裂縫帶發(fā)育最大標高與基巖頂部邊界之間基巖巖柱厚度均在295m以上，再加上約6m厚第四系底部砂質粘土隔水作用，導水裂縫帶是不會波及地表上水體券門水庫，即券門水庫對11081工作面開采不會構成威脅。由于11081工作面煤層厚度變化較大，擬采用放頂煤回采工藝。依照東坪礦既有生產工藝和技術條件，首采試采11081工作面擬采用走向長壁采煤法。四、堤壩安全性分析河南理工大學特殊開采與巖層控制研究所自主開發(fā)了地表移動變形預測軟件，處在國內領先水平，能較精確預測地表移動變形。通過預測，并運用地理息信系統(tǒng)軟件，擬定堤壩水位升降，保證堤壩安全。五、觀測工作=1\*GB3①地面觀測工作在試采工作面11081工作面回采期間要加強觀測工作。在前期工作中已對地表移動變形進行了預測，預測精度與否能滿足工程規(guī)定，還要在實踐中檢查，如果預測和實際相差較大，不能滿足工程規(guī)定，要及時修改技術辦法。同步也要注意觀測資料收集整頓，得出本區(qū)內巖移參數(shù)，為后來大面積進行水體下開采奠定基本。=2\*GB3②工作面滲水觀測通過理論計算，數(shù)值模仿、相似材料模仿、經(jīng)驗辦法擬定保護煤柱尺寸，能否能保證回采工作安全進行，還要加強工作面觀測工作，制定詳細觀測籌劃與辦法。同步注意資料收集與整頓工作。六、大面積水體下回采工作思考試采工作是為券門水庫下大面積回采做準備，在試采期間要做好資料收集和整頓工作，總結經(jīng)驗，準規(guī)律。