复合型离层水突涌机理研究及防治对策

针对煤矿顶板离层水突涌方式隐蔽、突涌形式多样、突涌机理不清及难以有效防治的特点,本文在总结全国离层水突涌煤矿地区分布、水文地质和开采条件的基础上,通过单轴抗压试验研究了不同地区泥岩在水力耦合作用下的力学强度劣化差异,通过理论和实际案例分析了顶板离层水突涌机理,并提出相应的防治措施。研究结果表明:水源、时间、空间和导水通道是离层水形成条件的主导因素;在浸水作用下横河煤矿泥岩强度降低了35%,低于榆树井煤矿的泥岩强度,表现出明显的差异性;离层水突涌类型分为动水压突水、岩层软化致灾、覆岩荷载及水压协同致灾、多煤层叠加开采突涌和断层离层耦合突涌,部分煤矿具有多种离层水突涌类型并存特性;对于可能发生复合型离层水突涌的煤矿,基于不同的开采条件提出离层水截流孔(导流孔)和注浆技术、部分充填开采、走向条带开采3种措施。通过研究导致煤矿顶板突水的机理能更好指导相似条件煤矿预防同类事故。

顶板离层水突涌模式及预防技术模拟研究

为预防顶板离层水突涌产生的安全事故,提出了部分充填方案进行模拟研究。首先通过现有资料总结分析全国发生的多种离层水害事故,深入研究离层积水致灾模式;然后以陕西某矿首采区1307工作面的离层水害事故为例,分析其水文地质条件、上部含水层和离层水突涌的关系,利用3DEC数值软件模拟工作面顶板离层空间发育特征;最后根据该矿的实际情况,提出部分充填开采方式预防离层水突涌的技术措施,并对该矿的部分充填方案进行优化模拟研究。研究结果表明:根据发生条件的不同将离层水突涌划分为5种模式,离层积水过程分为初始积水期、积水至满期和裂隙扩展期;在保持充填率不变的情况下,随着走向采宽和充填宽度的同时同量增加,充填体对上覆岩层支撑作用逐渐增强,离层下部隔水层出现两侧应力增大现象,最佳部分充填方案为采宽80 m,充填宽度80 m,为顶板离层水害的预防提供新的思路。