淺析采煤工作面斷層處災害機理及防治采礦工程畢業論(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 liL ——裂隙帶老頂周期來壓步距，一般 大于 10 m，計算時應取實際數DHhhlhL據， 23 m。 圖 5 受裂隙帶影響的頂板下沉量 △ h = 23? =（ m） 所需支架最大高度 maxH 按下式求得： max maxHM? 公式（六） 式中： maxM ——煤層最大采高， m。 maxH =（ m） 所需支架最小高度 minH 可按下式求得。 min minHM??△ h a 式中： minM ——煤層最小采高， m； a ——卸載高度，可取 m。 minH = =（ m） 所選支架伸縮量可以滿足需要。 ④ 綜采放頂煤工作面控頂設計特點 綜采放頂煤時，其頂板條件，頂板 事故及預防，以及確定支架工作阻力、初撐力與支架高度的準則，與一般綜采基本相同，但 為確保支架安全過斷層，在進行控頂設計時，應 加入 斷層的影響。 特點。 1）放頂煤的采高大，等于割煤和放頂煤的高度之和，垮落和裂隙帶上移，遇到斷層之后，頂板控制難度加大。因此，在確定垮落帶和裂隙帶的高度時， lK 可取 ～ ， zK 可取 ～ 。 2）綜采放頂煤時頂 煤必然軟弱破碎，因此支架初撐力應比一般掩護式或支撐掩護式大些。 為防止老頂沖擊推倒支架，綜采放頂煤支架的機械強度和防倒性能應比一般支架強一些。 ⑤ 單體支柱工作面 控頂設計可參考以上內容。 3 工作面 斷層處突水機理及控制 1984 年 6 月 2 日 ，開灤范各莊煤礦 2171 工作面突水 ，水量達到 2053 m3/min。 2021 年廣東興寧大興煤礦工作面特大突水，被困 123 人 全部遇難 。 山東肥城 楊莊礦 9101 工作面揭露斷層，造成突水 m3/min。 …………… 過去 20 年間，我國 250 多對礦井突水被淹。 斷層處突水機理 斷層處突水主要包括頂板突水和底板突水。 煤礦生產中的采掘活動，都是在煤層之內和附近進行的，所以揭露較大的斷層機會不多，而 30m斷距以下的小斷層是經常遇到的，據分析礦區底板突水事例，其中接近斷層或接觸斷層發生突水占 80%,斷層的存在往往為突水 創造了條件。 突水機理歸結如下 ，詳見示意圖 6。 （ 1）斷層兩盤的上升和下降，縮短了含水層與煤層的間距，原來理論設計的防水措施失效。 （ 2） 斷層伴生的裂隙削弱了隔水層的抗壓強度， 把原來沒有水力聯系的巖層溝通 而增強了地下水的交替運動，為裂隙溶洞的發育創造 了條件，增加了地下水的靜儲量，增強了含水層的富水性。 （ 3） 有限元計算結果表明，斷層面作為巖體中的一個弱面，在其周圍產生較大的應力集中，斷裂帶附近的巖體最先產生塑性變形及采動裂隙 。 （ 4） 斷層或斷裂構造的存在，將 導致一定厚度的斷層或斷裂破碎帶的存在，這些破碎帶物質長期受到 含水層水的浸泡作用，其強度必 會大大降低，這就必然形成一個弱化的導水通道，加上開采活動的 影響，使其阻水能力大大降低 。 圖 6 工作面斷層處突水機理 斷層的存在，并不意味著遇斷層馬上突水。大量突水資料表明，導水 斷裂往往形成深部開采滯后突水，即隨著采掘工程活動的延長，煤層底板巖體的斷層帶物質在奧灰高承壓水和礦壓的長期作用下，其強度逐漸降低，而且隨著采掘工程的繼續，被弱化的斷層帶物質會逐漸由下向上擴展，范圍不斷擴大，即位于斷層帶的奧灰水導升高度逐漸向上發育，最后當與礦壓采動破壞帶相連通時，導致煤層底板突水災害的發生。 2021 年廣東興寧大興煤礦工作面特大突水，其突水機理為： 防水煤柱受斷層裂隙帶底板含水層頂板含水層斷層破碎帶的影響，在上部水壓、采動礦壓、煤層自重、地下水的聯合動力作用下，破碎的巖體沿垂向固有構造裂隙面向上塌落形成橢圓形柱體，待形成自 然平衡拱后塌陷垮落停止，上覆巖層得到暫時穩定；隨著采煤工作面的不斷擴大，自然平衡拱被再一次打破，橢圓形柱體內的垮落繼續向上發展，直至最后的關鍵層破壞或破碎達到臨界突水系數而發生突水 ． 2021 年 12 月 16 日 5 時 15 分，河北省金能集團井陘礦務局臨城煤礦發生突水，造成全礦井淹沒。該礦屬國有重點煤礦，初步分析事故直接原因是：一處工作面小斷層發育，底板破碎，在回采過程中，由于礦壓和底板承壓水的作用，使底板奧陶系灰巖發生突水，導致淹井。 工作面在回采過程當中，尤其是在多 斷層 地帶，應堅持有疑必探，先探后采的原則。 斷層處突水 防治措施 防水措施的制定必須科學，與現場結合起來，一旦制定，必須認真實施。綜合現代治突水措施，現總結如下： (一 )探水先行。 (1)探放斷層水的原則 凡遇下列情況必須探水： ① 工作面前方或附近有含 (導 )水斷層存在，但具體位置不清或控制不夠嚴密時。 ② 工作面前方或附近預測有斷層存在，但其位置和含 (導 )水性不清，可能發生突水事故時。 ③ 工作面底板隔水層厚度與實際承受的水壓都處于 I 臨界狀態 (即安全隔水層厚度和安全水壓的臨界值 )，在采煤工作面前方和采面影響范圍內，是否有斷層情況不清，一旦觸及很可能發生突 水事故時。 ④ 斷層已被巷道揭露或穿過，暫時沒有出水跡象，但由于隔水層厚度和實際水壓已接近臨界狀態，在采動影響下，有可能導致斷層活化并引起突 水，需要探明在深部其是否已與強含水層或底板水導升高度相連通時。 ⑤ 根據井巷工程和自設斷層防水煤柱等的特殊要求，必須探明斷層時。 ⑥ 工作面距已知含水斷層 60 m時。 ⑦ 工作面接近推斷含水斷層 100 m時。 ⑧ 采區內小斷層使煤層與強含水層的距離縮短時。 ⑨ 采區內構造不明，含水層水壓又大于 2～ 3 MPa 時。 ⑩ 工作面上方隔水層較薄，而地表有水體時 。 (2)探查的主要內容 探斷 層水的鉆孔應與探斷層構造孔結合起來，需查明的具體內容如下： ① 斷層的位置、產狀要素、斷層帶寬度 (包括內、中和外三帶 )及伴 (或派 )生構造和其導水、富水性等。 ② 斷層帶的充填物、充填程度、膠結物和膠結程度，斷層兩盤外帶裂隙、巖溶發育情況及其富水性。 ③ 斷層兩盤對接部位巖性及其富水性，煤層與強含水層的實際間距 (即隔水層的厚度 )。 ④ 斷層與其他含 (導 )水斷層、陷落柱或其他水體交切部位及其富水性。 ⑤ 如為疊瓦式斷層，應確定其綜合斷距。 ⑦ 查明并記錄探斷層水鉆孔在不同深度的水壓、水量或沖洗液漏失量，并確定或判斷底板水 在隔水層中的導升高度。 為探明以上內容，應首先提供斷層面等高線圖及兩盤主要煤 層、含水層對接關系圖，探測斷層預想剖面圖。 （ 3） 鉆孔布置 探水作業前必須認真學習《煤礦安全規程》中的有關規定，安全操作。 1）