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刘庄煤矿位于阜阳市,是华东地区的一个大型矿井。刘庄煤矿底板岩溶突水问题一直是开采过程中的主要问题,随着开采向深部开展,煤层底板突水威胁性增强。刘庄煤矿二叠系下部A组煤(1煤)底板以下为灰岩含水层,具有水压大,富水性不均一等特点。此外,矿井内构造发育程度中等,在开采时可能会对煤层底板产生突水威胁。因此,对刘庄煤矿A组煤突水危险性与涌水进行分析具有十分重要的意义。该文的主要工作和成果如下: (1)该文分析了刘庄煤矿A组煤底板灰岩水的主要补给来源,结果表明:A组煤底板灰岩水来源于深部含水层和部分露头补给及侧向补给。 (2)分析了研究区岩溶含水层的富水性和断层的导水性,得出岩溶含水层整体富水性差,阻水断层为F19和F5断层,其他断层导水。 (3)分析了研究区水文地质条件,探讨了含水层的富水性、煤层底板水压、隔水层的厚度、有效隔水层厚度、断层密度和断层规模及范围6个因素对A组煤底板突水的影响。 (4)采用脆弱性指数法,分析了研究区突水危险性,基于ArcGIS生成了各个影响因素的专题图,使用层次分析法计算各个影响因素的权重值,利用权重叠加各个影响因素的专题图,分析得出研究区处于极危险区范围内。 (5)利用FLAC3D数值模拟了刘庄矿区A组煤煤层底板破坏情况,对底板的应力分布与破坏深度进行了分析,并理论计算了底板破坏深度,对数值模拟方法与理论计算方法得到的结果进行了对比,最终确定A组煤底板破坏最大深度为18.5m。 (6)查明了对A组煤开采有直接突水影响的含水层为C3I组灰岩含水层。 (7)矿井抽水试验得出研究区C3I组灰岩含水层的水文地质参数,平均渗透系数为0.0248m/d。 (8)建立了对A组煤开采有直接突水影响的太原C3I组灰岩水文地质概念模型,进行了数值模拟,计算分析了C3I组灰岩含水层的涌水量,得出东采区的C3I组灰岩涌水量为56.2m3/h,西采区C3I组涌水量为55.4m3/h,整个研究区涌水量为111.6m3/h。虽然A组煤开采有涌水,但涌水量在矿井的排水能力范围以内,所以A组煤可安全开采。 (9)A组煤开采应该远离构造密集区域,以防止因构造引发的突水事故。研究区巨厚型松散层的结构特征,单独利用突水理论无法证明A组煤是否具备安全可采性。通过突水系数与富水性对A组煤开采的影响关系,提出了可采性系数计算新公式。