论文部分内容阅读
经过几十年简单、粗放、大规模、高强度的勘探开发,华北岩溶矿区大部分矿井都转入深部煤层开发状态。受复杂的地质、水文地质条件制约,很多矿井都面临煤层底板岩溶含水层水的威胁,矿井防治水形势严峻。针对研究区深部煤层下伏承压含水层水头高、静储量大的现状和复杂的地质环境,探讨了影响底板突水的主导因素,重点探索了煤层底板隔水层的阻水能力。在分析了煤层底板突水理论的基础上,围绕煤层底板突水的主导因素,运用矿井水文地质学、岩体力学等地学理论,采用现场试验、人工神经网络、突水系数、有限差分和层次分析等手段和方法对突水危险性评价方法进行了研究。首先,利用现场测试对3个不同工况工作面采动过程中的底板变形特征进行探测与研究。结果表明,三个不同开采条件工作面底板变形特征与采深、采宽和承受奥灰水压关系密切,特别是还与顶板岩性特征有关。然后,利用74组底板破坏深度探测实例,借助MATLAB仿真平台构建了煤层底板破坏深度预测模型,预测最大误差百分比为7%。最后,基于煤层底板突水的实质,分别利用突水系数法、数值模拟法和层次分析法建立了突水危险性评价模式,详细阐述了不同评价方法的基本原理以及评价参数的获取途径。然后,以M1矿4#煤综采工作面为例,应用三种判别方法对4#煤采掘工程突水危险性进行了评价。①突水系数判别法的计算结果为0.107MPa/m,大于临界突水系数经验值0.076MPa/m,表明该工作面突水可能性较大。②利用FLAC3D构建的突水评价力学模型计算结果表明,底板隔水层中最小主应力值最大为8MPa,小于奥灰水压9MPa;而最大破坏深度为26m,小于底板隔水层厚度110.05m,综合分析认为工作面发生突水可能性较小。③AHP模型计算得出的判断矩阵的特征向量最大值为0.3004,对应的评价结果为“危险”,即该工作面有突水危险。综合三种评价结果,认为M1矿4#煤综采工作面在不采取相应安全措施的情况,突水可能性较大。