鬆散承壓含水層下採煤關鍵層複合破斷致災機制研究

《鬆散承壓含水層下採煤關鍵層複合破斷致災機制研究》是依託中國礦業大學，由許家林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：鬆散承壓含水層下採煤關鍵層複合破斷致災機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：許家林
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

本項目針對我國華東、華北礦區部分煤礦在鬆散承壓含水層下採煤頂板突水災害問題，套用岩層控制的關鍵層理論，首次就鬆散承壓含水層載荷傳遞作用下覆岩關鍵層複合破斷機制及其對工作面頂板突水災害的影響規律開展研究，揭示鬆散承壓含水層載荷傳遞作用下覆岩關鍵層複合破斷的發生條件和影響因素，建立鬆散承壓含水層下採煤覆岩關鍵層複合破斷的理論判別方法；揭示鬆散承壓含水層載荷傳遞作用下覆岩關鍵層複合破斷時頂板導水裂隙演化規律及其對頂板突水的影響；建立鬆散承壓含水層下採煤覆岩關鍵層複合破斷引發的突水災害防治對策和相應的開採設計原則。本項目的研究將進一步完善和發展鬆散承壓含水層下採煤突水災害防治理論與技術，具有重要的理論意義與實踐價值。

結題摘要

我國華東、華北等礦區許多煤礦的厚表土層底部存在著一層以非膠結砂、礫為骨架組成的鬆散承壓含水層，它直接賦存在煤系基岩頂部，對煤礦安全開採造成嚴重威脅。近年來，我國一些礦區在鬆散承壓含水層下採煤時，出現了嚴重的壓架突水災害問題，造成了重大的經濟損失，嚴重威脅煤礦安全生產。目前鄰近鬆散承壓含水層採煤壓架突水災害問題仍然沒有得到很好的解決。此類突水事故的原因通常歸結為存在斷層、原生裂隙發育或鬆散承壓含水層底界面降低等特殊地質因素，溝通了采動頂板導水裂隙與基岩頂部的鬆散承壓含水層而引發突水災害。事實上，此類頂板突水災害與工作面壓架災害都是伴生的，即工作面突水前都會出現礦山壓力顯現異常增大甚至壓架現象，並隨工作面推進周期性的發生，說明此類壓架突水災害與采動頂板破斷運動特徵緊密相關，反映了鄰近鬆散承壓含水層採煤覆岩破壞規律的特殊性，而傳統理論難以合理解釋此類壓架突水災害的發生機理。項目經過系統深入的研究發現：由於鬆散承壓含水層的流動性和側向補給作用，煤層開挖過程中作用於基岩頂界面的上覆載荷不像通常條件下隨煤層開挖顯著降低而是基本保持恆定，鬆散承壓含水層起到了載荷傳遞的作用。鄰近鬆散承壓含水層開採時，由於鬆散承壓含水層的載荷傳遞作用，導致一定覆岩條件下鬆散承壓含水層下部基岩的整體破斷和關鍵層結構失穩，使得頂板導水裂隙帶高度發育至鬆散承壓含水層下，這是引發部分礦井在鄰近鬆散承壓含水層採煤時發生異常壓架突水災害的根本原因。基於鬆散承壓含水層下採煤壓架突水機理，研究揭示了鬆散承壓含水層特性和覆岩關鍵層結構特徵等因素對壓架突水災害的影響規律，基本掌握了鬆散承壓含水層下採煤壓架突水災害發生條件，提出了壓架突水危險區域預測方法，發明了基於含水層長觀孔水位降速的壓架突水災害預警方法，提出了鬆散承壓含水層下採煤壓架突水災害防治對策。上述研究成果填補了我國煤礦采場礦壓和頂板突水防治理論的一項空白，對我國鬆散承壓含水層下煤炭資源的安全高效開採具有重要意義，已在皖北礦區祁東煤礦得到了驗證和套用，取得了顯著的經濟效益。項目已出版著作1部，發表論文26篇，其中被Ei收錄18篇，獲得國家發明專利1項、實用新型專利1項，獲得省部級科技進步獎勵1項。