[00826259]松散承压含水层下采煤压架突水灾害防治技术研究

中国华东、华北等矿区许多煤矿的第四系厚表土层底部存在着一层以非胶结沙土、砂砾为骨架组成的松散承压含水层，它直接赋存在煤系基岩顶部。近年来，中国已经发生多起在该松散承压含水层下采煤引起的压架突水灾害，造成了巨大的经济损失，严重威胁煤矿安全生产。如，祁东煤矿自2002年投产以来，先后在3222、7114、7121等8个综采工作面发生了17次压架突水事故，严重影响了矿井的安全高效开采。多起采场压架突水事故的发生，说明松散承压含水层下采煤覆岩破坏规律有其特殊性，而传统理论难以合理解释该类压架突水事故的发生机理。为了找出导致松散承压含水层下采煤压架突水灾害的原因，提出相应的防治对策。皖北煤电集团公司与中国矿业大学合作开展了“松散承压含水层下采煤压架突水灾害防治技术研究”的课题研究。该项研究还得到了国家重点基础研究发展计划(973计划)课题“采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件”(课题编号2007CB209403)及国家自然科学基金项目“松散承压含水层下采煤关键层复合破断致灾机制研究”(课题编号50974116)的资助。研究发现了松散承压含水层下采煤覆岩破坏规律和压架突水的机理。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上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。由于松散承压含水层的载荷传递作用，在承压含水层下采煤时，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较大范围岩层的整体破断，使得覆岩砌体梁结构因承担载荷过大而发生滑落失稳，同时使得顶板导水裂隙带高度发育至基岩顶部而沟通松散含水层，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》方法确定的导水裂隙带高度值。这是引发松散承压含水层下采煤发生压架突水灾害的根本原因。研究揭示了松散承压含水层下采煤压架突水灾害的发生条件和影响因素，提出了压架突水危险区域的预测方法。掌握了松散承压含水层下采煤水位随采动变化的特征，据此提出了利用松散含水层长观孔水位变化进行压架突水灾害预警的方法。提出了松散承压含水层下采煤压架突水危险性评价方法和防治对策，指导了祁东煤矿松散承压含水层下采煤压架突水灾害防治实践，有效避免了压架突水灾害的发生，实现了祁东煤矿7114、7121等工作面压架突水后的复面安全生产，取得了显著的经济与社会效益。该课题取得的研究成果对祁东煤矿和类似矿井松散承压含水层下采煤压架突水灾害的防治具有重要的指导意义，同时也填补了中国煤矿采场矿压和顶板突水防治理论的一项空白，是对松散承压含水层下采煤设计方法的重要补充。