特厚煤层开采覆岩离层水害发育规律研究

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煤炭是我国的第一大能源,是国家能源安全战略的基石和保障,为我国国民经济的持续发展提供不竭动力。随着我国浅层煤炭资源开采进入末期,煤炭开采转向纵深部,地质构造越来越复杂,矿井水害特别是离层水害严重影响着开采安全,而特厚煤层在构造影响下的开采研究难度较大,相关研究成果较少。本文选取抚顺矿区老虎台煤矿中部区域为研究对象,该区具有平均厚度为96m的特厚煤层,处于褶皱一翼的煤层倾角近20°,断层较为发育,工作面位置靠近大型断层,断层上方含水层发育,且矿井水害时有发生的特点。利用相似材料模拟实验、数值模拟、理论分析手段,从覆岩破坏形态、导水裂隙带发育规律、离层发育规律等方面,对特定构造条件下特厚煤层开采覆岩离层水害发育进行研究,具有一定的理论意义和实用参考价值,主要取得了如下结论。(1)研究区覆岩破坏特征明显,主要以剪、拉剪破坏方式为主,断裂和岩层界线基本呈60°左右斜交,将所选研究剖面破坏形态分为张裂区、过渡区(屋脊状支撑覆岩易发区)、压缩区,其中屋脊状支撑覆岩易发生在压缩区前部,主要受倾斜覆岩垮落影响,形成以后继续开挖容易造成覆岩二次垮落,三大区域的特征明显。(2)随着开采进行,导水裂隙带高度不断变大。因煤层厚度较大且存在断层,导水裂隙带最大发育高度为395m,实验记录和理论分析基本一致。(3)特厚煤层开采时断层受扰动明显,向斜一翼开采时,覆岩右滑现象明显,屋脊状支撑压迫断层中部区域,断层活动基本呈现“稳态-动态-稳态”发育规律;断层受压缩区影响,上部裂隙活化程度大于下部。F1断层上盘最大下沉1.2m,水平移动最大值1.6m。因水平移动比下沉量值大,为上盘含水层中的地下水向下涌入工作面提供了空间和通道,与实际生产涌水状态吻合。(4)研究区特厚煤层近断层开采,离层导通含水层和断层是造成突水的主要原因。离层发育大致沿顶板法线偏向斜轴部向上发育,轴部位置岩层垮落迅速,离层产生较少且持续时间较短。断层受到扰动前,离层发育规律明显。断层受到扰动以后,产生离层数量减少,规律性变差,但是新产生的离层联通断层,导通含水层易形成顶板水害,文中将离层分为分为干离层和充水离层。
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