祁东煤矿近松散层煤层开采“下渗带”发育规律研究

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祁东煤矿井田范围内第四系松散层普遍较厚,底部赋存着一层含水层,通常称为“四含”或“底含”,该含水层主要由渗透性较好的非胶结砂土、砂砾等组成,直接赋存在煤系基岩顶部,当水头较高时,该含水层水具很高承压性。自矿井投产以来,先后发生17次该松散承压含水层水通过顶板突涌入工作面的事故。通过分析这些事故案例发生突水事故的工作面均按相关规程留设了足够的防水煤(岩)柱,结合突水工作面开采水文、工程地质条件研究,研究高承压松散层水下基岩顶部裂隙扩展渗流带(简称“下渗带”)存在的水文工程地质条件及发育规律,根据“下渗带”发育规律探讨“三下”规程中导水裂缝带高度计算公式适用性和选择性问题。以7131工作面为例,分析了松散层及基岩水文地质、工程地质条件,研究工作面覆岩基岩风化带原生裂隙发育规律,统计分析基岩风化带的岩性构成特征;通过类比相似水文、工程地质条件的张集矿“下渗带”深度测试现场试验结果计算7131工作面“下渗带”深度为9.21m;基于弹性力学和流体力学理论,研究了高承压松散含水层直接覆盖于基岩风化带之上条件下,高承压水对基岩风化带原生裂隙扩展作用机制,推导出“下渗带”发育深度的计算公式,并计算出由基岩原生裂隙及其受水压影响的扩展深度组成的“下渗带”深度为10.35m。根据“下渗带”发育规律研究成果把“下渗带”底界作为“四含”底界和导水裂缝带的上界,按照“三下”规程中相关公式为7131工作面计算、留设防水煤岩柱,同时以突水的7114工作面为例,按“下渗带”原理计算防水安全煤岩柱高度,通过与工作面突水时煤岩柱高度比较,说明高承压松散含水层下开采工作面按照“三下”规程计算防水煤岩柱高度较实际偏小。“下渗带”原理计算留设防水煤柱高度是科学合理的。
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