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高水压松散含水层下采煤关键层复合破断致灾机制研究

于保华  
【摘要】: 我国华东、华北矿区部分煤矿的第四系厚表土层的底部存在一层以非胶结沙土、砂砾为骨架组成的松散承压含水层,它直接赋存在基岩顶界面上。近年来,部分煤矿在邻近该松散承压含水层采煤时发生了多起工作面压架突水灾害,造成了重大的经济损失,严重威胁煤矿安全生产。按传统理论难以合理解释此类压架突水事故的发生机理。论文通过大量的现场实测研究和实验室模拟研究,揭示了邻近松散承压含水采煤覆岩运动规律和工作面压架突水的机理。 研究发现:由于松散承压含水层的流动性和承压水流动补给作用,煤层开挖过程中作用于基岩顶界面的上覆载荷不像通常条件下随煤层开挖显著降低而是基本保持恒定,松散承压含水层起到了载荷传递的作用。邻近松散承压含水层开采时,由于松散承压含水层的载荷传递作用,导致一定覆岩条件下关键层易产生复合破断,引起松散承压含水层下部基岩的整体破断和砌体梁结构的滑落失稳,使得顶板导水裂隙高度发育至松散含水层下,远大于按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》方法确定的值。这是引发部分矿井在邻近松散承压含水层采煤时发生异常压架突水灾害的根本原因。 基于邻近松散承压含水开采工作面压架突水机理,提出了邻近松散承压含水层采煤压架突水危险性评价方法和防治对策,并对祁东煤矿邻近松散承压含水层采煤压架突水危险区域作出了预测,避免了类似灾害的再次发生,彻底扭转了祁东煤矿邻近松散承压含水层采煤不断发生压架突水灾害的被动局面,保证了祁东煤矿7_114工作面压架突水后的复面安全生产,取得了显著的经济效益。


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