薄基岩煤层顶板突水影响因素分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 薄基岩煤层顶板突水影响因素分析 摘要：为研究厚松散层薄基岩煤 炭资源开采中容易出现的突水或溃砂事 故，本文基于赵固二矿 11151 工作面， 对其采场顶板上覆各含水层以及它们之 间的水力联系做了具体分析，通过计算 上覆岩层的“ 两带” 高度，在探讨岩层中 的粘土隔水层的工程特性、破坏规律以 及裂隙静水状态下的渗透性等因素的基 础上，得出底部粘土层的阻水机理不是 单一因素可以解释的，是有多种因素的 叠加作用。 中国论文网 /7/view-13020194.htm 关键词：薄基岩；顶板突水；粘 土隔水层；覆岩破坏 一、工程概况 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 赵固二矿 11151 工作面位于一盘 区东部，水平标高-525m 工作面走向长 度 760m，切眼长度 230m。主采煤层为 二 1 煤，厚度 5.936.42m，平均 6.14m，煤层倾角沿工作面方向 1-2。 基岩厚度 13.8768.41m，厚度薄，基 岩厚与煤厚之比为 2.2110.67，属典型 的薄基岩。该类型基岩由于受风化带的 影响大，可能难以形成组成结构的关键 层，具有原生节理、裂隙十分发育等特 点。 根据含、隔水层结构以及对开采 的影响，将松散层划分：埋深 215.8m 以浅的第一含水层段或上组含水层第一 含水层为第四系砂砾含水层，富水性强； 埋深 215.8419.8m 有 6 层单层粘土层 厚度大于 10m 并砂砾含水层均小于 5m 的为第一隔水层或中隔；埋深 419.8437.3m 由 2 层厚砂砾层组成的 为第二含水层或下组含水层，第二含水 层为新近系砂砾含水层富水性弱中 等；埋深 437.3518.8m 由 2 层厚层粘 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 土和 1 层中厚砂砾层组成的为第二隔水 层，为“粘 砂粘” 结构，这其中的夹 砂层为突水的关键因素。 二、覆岩破坏高度的确定 覆岩破坏高度是水体下采煤的一 项重要内容。其破坏导致的垮落带、裂 隙带是联系新近系含水层的重要通道。 对顶板跨落带和导水裂缝带发育高度的 预计，可以确定采煤活动导致上覆顶板 含水层发生水力联系的范围，为评价煤 层顶板突水威胁提供判断依据。 （一）经验公式法1 （二）现场钻孔注水测定 现场观测覆岩破坏高度的方法主 要有地面钻孔观测法和井下仰上孔观测 法。鉴于赵固井田具有松散层厚度大、 基岩柱薄和地面具有钻孔施工条件的特 点，决定采用地面钻孔的方法观测覆岩 破坏高度。根据已有资料和现场条件， 在 11151 工作面布置 2 个“两带” 观测钻 孔，编号 SD-01 和 SD-02，钻孔施工见 图 1，工程量见表 1，钻孔结构如下。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 当 SD-02 孔钻进至 547m 时，钻 孔出现冲洗液漏失量突然增大、不反浆， 并伴有卡钻、掉钻等现象，岩芯为较为 破碎的砂岩。提钻后在孔口用打火机试 验有向孔内吸风现象，据此判定孔深 547m 处为垮落带顶点位置。 二 1 煤层上覆基岩厚度平均不超 过 50m，按照经验公式计算和现场实测 其上覆两带高度之和达到了 58.4- 72.2m。理论上已经穿透松散层中第二 隔水层下部的厚层粘土层，贯通到第二 隔水层的夹砂含水层，此含水层不但自 身具有大量水而且还有来自第二含水层 的补给水源。一旦由采动裂隙贯通到工 作面，就可能发生突水事故。 三、粘土层阻水机理分析 （一）粘土层工程特性分析 利用覆岩破坏高度观测孔（SD- 01）取底部粘土样，进行土工试验，结 果见表 2。 由表 2 可知，土样的塑性指数基 本都大于 17，液性指数都小于 0.25，该 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 粘土的状态分类为低液限半固结状态。 具有良好的隔水性和差的流动性。对防 止上面砂、砾层含水层的溃水、溃砂十 分有利。许延春2认为当粘土有一定厚 度并为半固态和硬塑状态时，基岩面出 现台阶状错动、开裂，但可保持层位的 连续性，由于粘土是十分致密的并且有 一定的塑性，因此难以在粘土层内形成 导水裂缝。从粘土的工程特性解释了虽 然预计的导水裂隙带高度达到其上部的 含水砂层，但工作面开采过程中没有出 现松散层水的下泄。 （二）粘土层破坏变形规律 底部粘土层在采后应力、应变产 生了复杂的变化。粘土层厚度越薄，垂 直集中应力越大，采厚越大，垂直集中 应力越大。水平拉应力的变化则因条件 而异，而水平拉应变最终导致粘土层的 开裂。粘土层的拉伸破坏和裂纹主要出 现在工作面上部，随动态推进，采空区 上部底粘裂缝逐渐闭合，裂纹随开采呈 现张开闭合的动态变化特征。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 （三）裂隙粘土样的渗透性3 开采过程中，裂隙处于张开闭 合的动态变化，这里对裂隙张开时渗透 性展开试验。实验中人为切割张开 1mm 的粘土裂隙，按不同时间进行浸 泡饱和，得到不同饱和时间-渗透系数 关系曲线。如图 2 所示，裂隙粘土层在 静水作用下时间越长，其闭合效果越好。 试验条件下饱和 7 小时即可获得稳定低 渗透性。 四、结论 通过研究可知松散层底部夹砂含 水层是顶板突水溃砂的重要因素；通过 经验公式和现场钻孔实测计算“两带” 破 坏高度，得知基岩基本上处于裂隙带范 围内，不具备阻水功能；底部粘土层的 阻水机理不是单一因素