推覆体构造下采动覆岩破坏特征及防治水对策.pdf

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1、能源技术与管理2011年第2期doi：lO．39690．issn．1672-9943．2011．02．009推覆体构造下采动覆岩破坏特征及防治水对策高学通(中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116)[摘要]煤炭开采覆岩破坏特征的研究，可以为复杂地质条件下煤炭资源的安全开采提供合理对策。采用了数值模拟、瞬变电磁探测和钻孔探测相结合的研究方法，以淮南某煤矿1306工作面为研究原型，研究了该推覆体构造下煤层开采覆岩破坏特征及涌水条件，提出了合理的防治水对策，保证了矿井的安全生产。[关键词]推覆体构造；数值模拟；瞬

2、变电磁；导水裂隙带；防治水[中图分类号]P641．461[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2011)020243不。O引言该井田地层中主要的含水层有新生界松散层我国水体下压煤具有储量大、面积广的特点，含水层、推覆体片麻岩含水层、寒武系灰岩含水如果不能正常采出将造成巨大的资源浪费。煤层层、夹片含水层，含水断层以及可能存在的离层含覆岩采动破坏特征分析对于解决水下采煤的安全水层，均有可能成为1306工作面的充水水源。相问题至关重要。目前，在覆岩破坏和顶板突水方面邻工作面巷道的水质分析数据表明，水源以逆冲我国学者

3、做了很多深入的研究并取得一系列成断层带与寒武系含水层水为主。1306工作面上覆果【l，代表性的有“上三带”理论、“关键层”理论外来系统构成的含水体基本直接覆盖于13—1煤等。主要研究方法是将经验公式、物理模拟、数值系上方，必须留设防水煤岩柱。模拟和现场实测等方法结合使用_5]。这些理论和方法对水下压煤安全开采起到了重要指导作用。但是，对于复杂地质构造条件下水体压煤的开采，我国在这方面的研究工作相对较少，所取得的经验成果难以完全指导特殊工程地质水文地质条件下煤炭的安全开采，因此，进行这方面的研究是非常有现实意义的工作。本

4、文采用数值模拟、瞬变电磁勘探和钻孔探测相结合的研究方法，以淮南某图1井田地质构造剖面图煤矿1306工作面为研究原型，对推覆体构造下煤2覆岩破坏特征分析层开采覆岩的破坏情况进行了综合分析，总结出在这种特殊地质构造条件下，覆岩的破坏特征及覆岩破坏取决于覆岩的结构、岩性、厚度及其导水裂隙带发育情况与推覆体构造间的相互关工程地质特性。在松散层和特殊推覆体构造下开系，为水下煤炭安全开采提出合理的防治水对策。采时，覆岩破坏形态与松散层下开采既有相同之处，又有不同特征。1工程水文地质条件2．1采动覆岩破坏探测研究井田位于淮南复向斜谢

5、桥向斜南翼、颖通过钻孔实测可以发现，导水裂隙带发育的凤区阜凤推覆构造中段。推覆构造将外来老地层最大高度一般分布于开采边界附近，即应力较为下元古界片麻岩、寒武系地层及部分奥陶系灰岩集中的位置，在走向及倾向剖面上均呈两端高、中自南向北推覆于原地系统之上，形成以阜凤逆冲间低的“马鞍”形分布，且随开采速度和距离的不断层为主体的迭瓦状推覆构造。推覆构造附近分同呈动态变化。冒落带高度为采厚的2～5倍，最大支断层较发育，主要有阜凤下夹片断层、和F∞导水裂隙带高度为采厚的lO～l5倍。断层，构造线方向近东西，井田地质构造如图1所2．2

6、覆岩破坏数值模拟2011年第2期高学通推覆体构造下采动覆岩破坏特征及防治水对策252．2．1模型建立与模拟方案采动导水裂隙带基本发育到此而不再向上发展。通过获取勘探钻孔的地层厚度、岩性组合、岩该层泥岩的存在，在物质结构上为导水裂缝带的体物理力学参数等相关资料，建立1306工作面倾发育限定了条件，尽管上部两侧岩体具有破坏和向数值计算模型，高度215．33m、长度356．07m。渗透的可能性，但若不直接揭穿⑥层(断层或采动计算采用平面应变模型，底部边界固定，两侧限制破坏)，则采动出水的可能性不大，现在该工作面侧向变形，垂向

7、自由位移，模型顶部按地层埋深施已经回采完毕，同时验证了以上推论。加荷载。选用D—P本构模型，按照岩层的不同，分2．3覆岩破坏规律别输人试验取得和修正的材料参数，采用单元“死通过实际观测和数值模拟分析可知，覆岩破活”的方式模拟开挖过程，其中断层面采用弱化的坏特征与其自身特性、开采条件和推覆体构造均破碎带处理，数值计算模型与工程地质类型如图有相关关系。开采初期，煤层顶板不但形成通常自2所示。下而上的冒落带、导水裂隙带和弯曲变形带，而且在覆岩变形破坏过程中，由于推覆体片麻岩完整性好、厚度大、整体强度高，产生“悬臂”作用，使上

8、覆片麻岩和松散层不随基岩同步弯曲沉降，造成沿推覆体构造(阜凤逆冲断层)及其破坏影响带即软弱结构面形成“离层裂隙带”；工作面推进位置实际承受上覆岩层的自重应力降低。随着开采推进，推覆体不能支撑其自身及上覆岩层重力而发生变形破坏时，上覆岩土体才会产生滞后弯曲变形带。图2数值计算模型与工程地质类型2．2．2模拟结果分析3采动涌水条件分析