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岱河矿6煤层底板灰岩水富水性评价及防治对策研究

作　者: 陈从磊
导　师: 姚多喜
学　校: 安徽理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 水质分析数值模拟分形几何学模糊综合评判灰岩水防治
分类号: TD74
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

岱河煤矿6煤层受岩浆岩侵蚀严重且大部分地区煤层较薄,造成6煤层大面积不可采,目前,仅Ⅲ61采区内6煤层具有开采价值,故本文重点对该采区进行研究。本文针对采区内6煤层水文地质特征进行了多方面研究并提出防治水措施。首先分析了该矿井及Ⅲ61采区底板灰岩的地质及水文地质特征,结果得出：该矿与淮北双龙矿业公司、朔里矿、以及石台矿同属一个向斜储水构造,地下水同属一个相对封闭的水文地质单元,富水性较弱并且采区内不具备形成较大陷落柱的地质条件。通过收集、整理矿区地下各含水层的水质分析资料,采集主要含水层水样且测定其常规水化学指标及特征离子和特征成分,并在此基础上利用水化学软件对主要含水层进行水化学分析,最终建立矿井涌水水源判别模式。其次运用了FLAC3D有限元数值模拟、灰色BP神经网络以及理论公式计算预测了采动影响下煤层底板破坏深度,三种方法预测结果相近,为安全起见,选取最大值15.21m为底板破坏深度。运用分形几何学研究隔水底板岩体结构类型,对Ⅲ61采区6煤层隔水底板进行完整性分析及岩层组合分析,结合隔水底板厚度、岩性情况,得出该研究区隔水性能良好。运用FLAC模拟软件和流固耦合理论建立了底板采动边界断层和底板下伏小断层采动模型,比较系统的模拟出了断层采动活化以及断层活化以后与灰岩含水层导通造成采场突水的全过程。通过底板突水系数理论、灰色模糊综合评价二种方法分析得出Ⅲ61采区6煤层底板灰岩突水的可能性较大,处于承压水上“超限开采”状态,在回采6煤层时应加强底板防治水工作。最后运用地下水动力学公式计算得出太灰突水量为51.6m3/h,并根据Ⅲ61采区6煤层水文地质特征和研究结果提出具体的防治水方案,为6煤的安全高效开采提供依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-14
引言  14-16
1 绪论  16-22
  1.1 研究目的和意义  16
  1.2 国内外研究现状  16-19
    1.2.1 国内研究现状  16-17
    1.2.2 国外研究现状  17-18
    1.2.3 存在问题与发展方向  18-19
  1.3 研究内容和方法  19-20
    1.3.1 研究内容  19
    1.3.2 研究方法  19-20
  1.4 论文时间安排与工作量  20-22
    1.4.1 时间安排  20-21
    1.4.2 完成工作量  21-22
2 矿井地质与水文地质  22-34
  2.1 矿井与Ⅲ61采区位置  22-23
  2.2 煤层与地层  23-26
    2.2.1 地层  23-26
    2.2.2 煤层  26
  2.3 地质构造  26-29
    2.3.1 矿井构造  26-27
    2.3.2 采区构造  27-29
  2.4 采区水文地质  29-32
    2.4.1 地表水  29
    2.4.2 新生界松散层含、隔水层(组)  29-30
    2.4.3 二叠系主采煤层间含、隔水层  30-31
    2.4.4 碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层  31-32
  2.5 各含水层之间的水力联系  32-34
3 底板灰岩水文地质及隔水层工程地质性质  34-60
  3.1 太灰含水层内部结构及陷落柱  34-39
    3.1.1 太原组一灰顶标高  34-37
    3.1.2 一～四灰含水层岩性分析  37-38
    3.1.3 陷落柱发育情况  38-39
  3.2 矿区太灰水水化学变化特征  39-45
    3.2.1 水化学分析  39
    3.2.2 矿区水质变化规律  39-44
    3.2.3 涌水水源判别  44-45
  3.3 太灰1～4灰水文地质条件及富水性分析  45-48
    3.3.1 抽水试验成果分析  45-47
    3.3.2 矿井及Ⅲ61采区水文地质条件评价  47-48
  3.4 底板隔水层段工程地质性质分析  48-60
    3.4.1 Ⅲ61采区6煤层隔水底板厚度变化特征  48-51
    3.4.2 6煤层隔水底板岩性组合特征  51-52
    3.4.3 原始导高分析  52
    3.4.4 底板岩体结构类型划分  52-60
4 Ⅲ61采区6煤层底板采动破坏深度  60-78
  4.1 FLAC3D数值模拟  60-64
    4.1.1 FLAC3D程序简介  60
    4.1.2 模型的建立和本构关系的选取  60-63
    4.1.3 模拟结果分析  63-64
  4.2 灰色BP神经网络模型预测  64-73
    4.2.1 煤层底板破坏深度影响因素分析  65
    4.2.2 灰色BP神经网络预算模型基本原理  65-66
    4.2.3 预测样本的选取  66-70
    4.2.4 灰色神经网络的建立、训练和检验  70-73
  4.3 理论公式计算  73-76
  4.4 底板破坏深度确定  76-78
5 断层导含水性及采动活化分析  78-100
  5.1 采区断层导、含水性分析  78-80
  5.2 断层导水性数值模拟  80-100
6 Ⅲ61采区6煤层底板突水危险性评价  100-116
  6.1 突水系数法  100-102
  6.2 灰色模糊综合评价方法  102-116
    6.2.1 评价指标选取与统计分析  102-103
    6.2.2 底板突水危险性等级评价  103-113
    6.2.3 底板突水危险性等级分区  113-114
    6.2.4 岱河矿6煤层底板突水危险性分析  114-116
7 灰岩水综合防治技术  116-126
  7.1 引言  116
  7.2 太灰突水量预计  116-118
  7.3 疏水降压法  118-123
    7.3.1 安全水位确定  118-119
    7.3.2 单孔放水  119-123
  7.4 底板注浆加固  123-126
8 结论  126-128
参考文献  128-132
致谢  132-133
作者简介  133

岱河矿6煤层底板灰岩水富水性评价及防治对策研究

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