[00929649]厚松散层覆盖区浅部煤层开采的溃水溃砂机理与防治技术

华北型煤田含煤地层几乎为含水的松散地层所覆盖，并与煤系露头直接接触，其浅部煤层开采首当其冲考虑的是溃水溃砂威胁。淮北煤田厚松散层覆盖区浅部煤层开采普遍出现“厚松散层”、“薄覆岩”、“近距离煤层复采”、“弱含水层的直接充水”，“强含水层溃水溃砂威胁”、“综合机械化放顶煤开采”等6个方面的复杂地质与开采条件。同时出现以上条件实属罕见，同时要解决这些技术问题，在国内外的开采史上是不多见的，传统的规范、规程难以适用。然而，淮北煤田频繁而惨重的的松散层水(砂)害事故以及严重匮乏的煤炭资源，这些难题必须攻克。研究涉及到工程地质学、水文地质学、流体力学、岩土力学、开采沉陷学、采矿工程学等多学科的交叉。在两淮选取典型煤矿作为研究示范，从地质与采矿条件入手，以现场调研、室内测试、模型试验、数值分析、理论分析为主要手段，研究采动影响下上覆岩土层含隔水性、变形破坏以及孔隙水压力分布规律等，揭示溃水溃砂机理，并结合现场实际，提出防水防砂关键技术并验证关键技术的可行性。项目通过对厚松散层沉积特征与模式研究，对“四含”的富水性进行了分区，并系统研究了“四含”等主要充水含水层水文地球化学特征，建立了常规水化学与同位素水源判别模式；在研究基岩及其风化带岩性组成、矿物特征以及物理力学性质的基础上，通过相似材料模拟及数值模拟，得出了厚松散层覆盖区浅部煤层开采条件下，覆岩移动变形及其破坏规律，提出了合理确定覆岩“两带”高度的方法；运用FLAC3D进行了流固耦合三维数值模拟，揭示了开采过程中岩土体渗流场及应力场的时空演变规律、覆岩变形破坏机制、涌水(砂)通道发育特征及溃水溃砂机理，建立了溃水溃砂预测的工程地质模式；提出了浅部煤层开采溃水溃砂防治的关键技术，包括采动灾害等级划分、防水(砂)安全煤岩柱留设、“四含”水疏放、工作面两端覆岩剪切破坏控制等。研究期间已安全采出浅部煤炭资源近1000万吨，取得了显著的经济和社会效益。如淮北矿业集团芦岭煤矿810采区8煤与9煤工作面在疏放“四含”弱含水层，几乎不留防水防砂煤柱条件下，实现了多个工作面安全回采；皖北煤电集团百善煤矿进行了疏放中等含水层下留设防砂煤柱开采的试验，实现了多个工作面安全回采；皖北煤电集团祁东煤矿在中等富水的“四含”下实现了7130、6130工作面的安全回采。