干扰状态下复合含

1、干扰状态下复合含水层防治(fngzh)技术汇报(hubo)人：施龙青肥城矿业集团有限责任公司山东科技大学肥城白庄煤矿有限公司共七十一页汇报提纲课题立项背景课题主要(zhyo)研究内容课题主要研究成果课题创新点共七十一页一、课题立项(l xin)背景白庄煤矿已进入深部开采，有储量67%受到徐灰和奥灰岩溶裂隙水威胁。如何实现承压水上煤炭的安全开采，是白庄煤矿目前面临的主要(zhyo)课题。共七十一页采用注浆改造底板，即改造五灰含水层的结构是肥城矿区各井田在开采浅部煤层的通常做法，然而进入深部开采，由于奥灰和五灰水力联系密切，相互干扰(gnro)性强，导致注浆效果变差。因此研究干扰(gnro)状态下

2、复合含水层防治技术迫在眉急。 共七十一页 课题(kt)研究目的： 在分析白庄井田水文地质特征基础上，对影响底板突水的最关键因素进行深入研究，改进注浆改造技术，确保深部煤炭资源的安全开采。共七十一页二、主要研究(ynji)内容（1）矿井水文地质特征 ；（2）基于分形(fn xn)理论的断层对底板突水影响研究 ；（3）采场底板破坏深度研究 ；（4）注浆改造技术。共七十一页三、课题(kt)主要研究成果1、在阐述白庄井田地质特征的基础上，重点研究(ynji)的白庄井田水文地质特征，揭示了井田内水文地质条件复杂的原因。 白庄井田水文地质特征体现以下几个方面： 共七十一页（1）边界断层造就了矿井半封闭型水

3、文地质特征 白庄井田(jn tin)四周以断层为界，形成相对独立半封闭水文地质单元。东、西、北为阻水断层为边界，南门则是进水边界。这种特征造成越往深部，五灰和奥灰富水性越强，水力联系越密切。 共七十一页井田西部F7断层(duncng)剖面示意图 井田北部F1-1断层(duncng)剖面示意图 共七十一页井田(jn tin)东南部BF5断层 共七十一页（2）含水层富水差异性造成上、下组煤层不同水文地质类型 白庄井田上组煤开采水文地质条件为简单型，而下组开采则是复杂型。奥灰地表出露广泛，直接接受大气降水的补给，动水量十分(shfn)丰富，是威胁下组煤开采的主要水源层。 共七十一页地层单位含 水 层

4、主 要 岩 性系组段层序厚度(m)含水性奥陶系峰峰组上段（9）8154.68强主要为石灰岩，上部有泥灰岩(为泥晶-粉晶、细晶-中晶等结构的石灰岩，上部夹硅质、泥质粘土岩)。下段（8）749.26很弱上部为石灰岩，下部为泥岩(上部为石灰岩及灰质白云岩，下部为硅质、泥质白云岩夹白云质泥岩)。上马家沟组上段（7）6101.76次强上部为泥灰岩，中下部为致密石灰岩(上部为白云岩，中下部为中晶、砂晶、泥晶石灰岩)。下段（6）554.33强主要为致密灰岩组成，其顶部、底部均夹有泥灰岩，中部夹一层花斑灰岩(主要为微晶、泥晶石灰岩，顶部白云岩，底部灰云岩)。下马家沟组上段（5）4134.83次强主要为花斑灰岩

5、，底局部夹角砾(灰云岩、含硅质灰云岩和泥晶石灰岩组成)。中段（4）3186.34弱厚层状花斑石灰岩(白云岩、灰云岩、含硅质灰云岩和含硅质灰岩组成)。下段（3）255.87强由角砾状石灰岩、致密石灰岩夹泥岩、灰岩组成(硅质、泥质角砾岩及含硅质灰云岩)。亮甲山冶里组上段（2）185.95弱由石灰岩夹竹叶状灰岩、白云质灰岩组成(硅质、泥质白云岩夹砂粒白云岩，上部有两层硅质含泥质灰岩)。肥城煤田(mitin)奥陶系石灰岩含水性分段表 共七十一页（3）底板损伤造成隔水层隔水能力下降。肥城煤田断裂构造发育，特别层间滑动构造普遍发育，造成隔水层遭受程度不同的损伤破坏，极大(j d)地降低了煤层底板的隔水能力

6、。 共七十一页岩石名称单向抗压强度（MPa）单向抗拉强度（MPa）单向抗剪强度（MPa）煤1顶板粉砂岩72.533.455.31煤3顶板粉砂岩55.362.774.26煤3顶板中砂岩176.978.6113.61煤3底板粘土岩29.971.462.31煤7顶板粉砂岩15.650.781.20煤7底板粉砂岩24.861.211.91煤8顶板石灰岩164.248.2112.63煤8底板粘土岩40.161.983.12煤8底板细砂岩117.935.909.07煤9顶板粉砂岩28.681.432.21煤9顶板泥灰岩250.9612.5519.30煤102顶板粉砂岩30.961.552.38煤102底板

7、粘土岩26.531.332.04煤11底板泥质岩52.952.654.07徐家庄石灰岩39.266.961.71各煤层顶底板岩石(ynsh)力学强度表 共七十一页煤层7煤8煤9煤102煤与四灰层间距(m)28.735.4/30.7/与五灰层间距(m)58.771.5/69.528.938.9/35.021.528.7/25.016.721.4/18.5白庄井田(jn tin)下组煤各煤层隔水层厚度统计表 共七十一页（4）断裂导致含水层相互干扰形成(xngchng)复合含水层 白庄井田内导水断层较发育，导致五灰和奥灰形成相互干扰复合含水层，密切了两者水力联系。共七十一页 导水断层主要包括：F21

8、断层 、F3-3断层 、F3-1断层 、BF25断层 、BF62断层 、F3断层 、F03断层 、F27断层 、F15断层 、F12断层 、F22断层 、 BF40 、F24-1断层、BF102断层 。 出水(ch shu)水质资料分析表明两含水层在水质和水动态变化上基本一致，可视为复合含水层。共七十一页（5）井田及周边老窖水对矿井安全开采(kici)威胁小 白庄煤矿周边及其井田内有较多的采空区和小煤窑，但是它们并没有对矿井的安全生产构成明显的威胁。 共七十一页序号积水地点积水情况积水来源威胁程度评价采取措施13106工作面积水上限： -268.2m，积水下限： -270.7m积水面积： 10

9、122.6m2，积水量：3037m3顶板砂岩水、生产用水较小1、制定老空水管理台帐2、加强水情观测23108工作面积水上限： -273.0m，积水下限：-281.3m积水面积：6755m2，积水量：2027m3顶板砂岩水、生产用水较小1、制定老空水管理台帐2、加强水情观测38400深部采区积水上限： -246.7m，积水下限： -303.8m积水面积：78149.0m2，积水量：36840.0m3底板渗水生产用水较小1、制定老空水管理台帐2、-430m掘进时，提前施工超前探钻孔48402面积水上限： -174.4m，积水下限： -180.0m积水面积：14255.8m2，积水量：7698.1m

10、3底板渗水生产用水较小1、制定老空水管理台帐2、加强水情观测矿井(kungjng)老空积水情况表共七十一页矿井名称积水区面积(m2)积水量(m3)积水区上下限标高(m)对白庄井田威胁程度评价采取措施华玫公司2.91051.8105-158.2-138.0老空水沿四灰、7煤顶板砂岩裂隙涌入白庄井田，过水通道为整个白平边界段，给白庄煤矿排水带来沉重负担。实施边界帷幕截流工程，封堵过水通道新查庄煤矿边界附近无积水鑫国公司边界附近无积水隆源煤矿边界附近无积水新陶阳煤矿边界附近无积水相邻矿井(kungjng)老空积水统计表 共七十一页（5）复合型五灰、奥灰水是底板突水主要水源 大量的突水资料表明，尽管白

11、庄井田充水水源较多，但是真正对矿井产生威胁的主要是五灰、奥灰复合水力(shul)系统。 共七十一页序号突水地点突水时间掘进或回采水源水量(m3/h)顶板或底板突水出水点与含水层距离(m)突水点标高(m)备注最大稳定1风井1972.1.25建井3I层煤顶板砂岩34280顶板-52.52西大巷F24断层处1978.5.12掘进断层带305顶板-140.033400集中皮带下山1980.4.22掘进3I层煤顶板砂岩7820顶板-65.047400轨道下山1987.12.17掘进四灰180100底板10-178.057400集中轨道下山1990.8.17掘进四灰3520底板1.5-165.063309

12、面1985.5.4回采3I煤顶板砂岩90顶板-205.878402面1993.8.20回采五灰198底板34.7-169.588401上出口1996.9.16掘进四灰350270顶板-170.0平阴矿出水98401上出口1997.1.24掘进四灰850120顶板-170.0平阴矿出水108603面1998.12.8回采五灰8080底板35.72-169.5各含水层突水资料(zlio)统计表 共七十一页118603面1999.3.17回采五灰6060底板36.4-166.0128404面1993.9回采五灰60底板35.1-175.61310404面2003.10.5回采五灰142底板21.0-

13、190.5149601面2004.12.8回采五灰、奥灰505底板29.4-179.5-179.0奥灰出水159603面2004.7.26回采五灰、奥灰187底板23.6-178.0奥灰出水169401里面2005.9.14回采奥灰743743底板23.2179401中面2006.1.19回采五灰164164底板23.9-184.01810603面2007.6.10回采奥灰5850底板30-180.11910405面2008.1.14回采五灰4930底板50-258.02010409面2008.10.29回采五灰3232底板60-275.02110601面2008.11.27回采五灰5945底

14、板40-200.0共七十一页 月 年 1 2 3456789101112最小涌水量最大涌水量年平均备注m3/hm3/hm3/h2005427421.8453.2450.7453.5458.7463.6462.2467.4430.3442.6435.2421.8467.4447.1 2006431435.1438457.6454.5461.1821.21220.51395.91412.11145861.1430.91412.1794.4 2007922878.9888.3862.8850.9866.5840.4840.8813.2839843.8804.4804.4922.0854.3 2008

15、715721666634584534513635780.1747740.3761.6513.0780.0669.3 2009585627585.7530485557602587596584.7541.2536.2485.0627.0568.1 白 庄 井 田 20052009 年 涌 水 量 统 计 表 共七十一页2、基于分形理论，采用(ciyng)断层影响因子法及分数维法，对断裂分形特征进行了定量研究，对断裂构造控制或影响底板突水的程度进行了定量化划分，揭示了断裂构造对奥灰岩溶裂隙横向、纵向分布的控制作用。共七十一页断层影响(yngxing)因子的表达式 共七十一页井田7煤层断层影响(yng

16、xing)因子 共七十一页井田(jn tin)8煤层断层影响因子 共七十一页7煤断层(duncng)分维等值线图共七十一页8煤断层(duncng)分维 共七十一页白庄煤矿奥灰岩溶(ynrng)裂隙带 共七十一页7105里工作面底板地层(dcng)电阻率三维数据体68米深度水平切片（五灰顶） 共七十一页7105里工作面底板地层电阻率三维数据体71米深度(shnd)水平切片（五灰中间）共七十一页7105里工作面底板地层(dcng)电阻率三维数据体75米深度水平切片（五灰底） 共七十一页7105里工作面底板地层电阻率三维数据体85米深度(shnd)水平切片（奥灰顶） 共七十一页7105里工作面底板地

17、层电阻率三维数据(shj)体95米深度水平切片（进奥灰10米）共七十一页7105里工作面底板地层电阻率三维数据(shj)体105米深度水平切片（进奥灰20米） 共七十一页7105里工作面底板地层(dcng)电阻率三维数据体115米深度水平切片（进奥灰30米 共七十一页7105里工作面底板地层(dcng)电阻率三维数据体125米深度水平切片（进奥灰40米 共七十一页3、采用理论研究、数值模拟及现场实测相结合的方法，对白庄井田下组煤开采造成的底板破坏(phui)深度进行了深入研究，阐明了在断裂构造发育区域，矿山压力对底板造成的实际破坏(phui)深度远远大于“规程”公式获得的理论计算值，揭示了损伤

18、底板破坏(phui)深度计算公式的合理性及“下四带”理论的科学性。 共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页4、根据研究成果，改进了注浆改造底板，配制成本低、效果好的FCLC浆液与灌注工艺，开发了自动跟踪控制注浆监测技术，提出了最佳的注浆孔的布设(b sh)及结构，形成了注浆效果检查与评价体系。 共七十一页薄层(bo cn)灰岩注浆改造剖面示意图 共七十一页浆液(jingy)柱状扩散图 共七十一页 FCLC浆液(jingy)注浆图 共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页共七十一页四、课题(kt)创新点（1）利用断层(duncng)影响因子法和断层(duncng)分维法，对井田下组煤在干扰状态复合含水层水文地质条件下底板突水危险性进行了定量分区划分，实现了断裂构造对底板突水危险评价从定性到定量的探索。共七十一页（2）应用分形理论首次对井田内