矿区深部煤层开采水文工程地质测试与条件探讨.doc

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1、矿区深部煤层开采水文工程地质测试与条件探讨摘要：基于煤炭资源需求的大幅度增大，以及开采技术的日益完善化，个别区域煤田的浅部煤炭资源数量越来越少，针对矿区深部实施有效的开采操作具有的意义和作用越来越重要。本文主要围绕矿区深部煤层开采水文工程地质测试与条件展开了探讨，希望可以为有关人员的研究提供一些参考和帮助。关键词：矿区；深部煤层；开采；水文工程；地质测试引言深部开采操作本身存在水压较高、地温较高等特点，且水文工程的条件比其他浅部具有的复杂性更高，在具体实施深部煤层进行水文工程开采操作时，煤系地层中岩层的水文工程地质条件势必会产生变化，进而必须针对开采过程中，岩层岩石强度以及水文地质特性等加以深

2、入研究，以确保开采的效率及安全性。1矿区地质条件概述研究区域主要受到新生界松散层的覆盖，具有较高的隐蔽性，基于钻孔可以得知的是，该区域的地层从老到新出现：新太古界-中原古界、新近系及第四系。其中，新太古界-中原古界的地孔揭露情况为21-2孔揭露明龙山断层上盘，厚度为160.92米，岩性特征为：片麻构造，节理存在钙质填充；新近系及第四系的地孔揭露情况为21个钻孔完整性揭露，厚度大约在83.3到276.7之间，岩性特征为：褐黄色粉细砂中夹带粗砂，部分为砂硕层。其中，二叠层从上至下可以分成山西组、孙家沟组，其中，山西组及上石盒子组是该区域的含煤地层，整合在石炭系太原组的地层之上，并将太原组一灰顶当做

3、底界。同时，山西组作为第一含煤段，通常含两层可采煤层，包括1、3煤层。2矿区深部煤层开采水文工程地质测试与条件研究顶板具有的稳定性高低主要依靠顶板岩体结构特征及构造应力场等体现，为了对煤层顶板的岩体特性實施更为有效、全方位的分析，针对煤层顶板的力学特征加以深入的探讨就显得愈发重要起来。如下实验主要以工程地质为中心，针对煤层顶板岩体的基本力学性质及水理性质等进行了研究。2.1煤层底板隔水岩层性特征煤层底板具有的隔水性能高低主要受隔水层的岩性组合影响，存在差异性的岩性组合的隔水层具有的隔水性能均存在较大的不同，通常来讲，底板中存在的泥岩较多，则其隔水性能相对较高，反之，底板中存在的泥岩较少，那么其

4、隔水性能相对较低。为了充分了解各种岩性组合的底板隔水层存在的隔水能力高低，我们将岩石性质存在差异的岩层依据相关标准分别换算成等效的泥岩厚度。其中，煤底板到太原组一灰顶部间可以当做隔水层，以粉砂岩及泥岩等为主要构成部分，个别低段中存在砂泥岩互层。基于相关钻孔资料显示，所统计到的揭露到一灰的钻孔共47个。同时，3煤底至1灰板顶板间的平均距离约为20米，通过对1灰钻孔的统计可以得知的是，其砂岩率大致在0.04到0.95之间。基于砂岩率等值线图，砂岩率最高的区域多在研究区域西部位置处。2.2煤层顶底板岩石工程地质测试2.2.1力学参数测试第一，基于已经掌握的资料，针对钻孔取样煤层顶板中存在的各岩石的样

5、本实施单轴压缩实验，岩体工程的地质特征并非单纯依靠岩体力学的性质影响，但其作为重要的影响因素之一，对促使所实施的工程地质特征研究的实效性大幅度提升具有至关重要的意义。在针对煤层顶板工程地质特征及稳定性加以研究的过程中，需重点针对实验过程中岩石样本表现出来的变形特征实施相关的研究操作，即探讨应力及应变变化的关系。经由应变、应力变化的曲线图，将岩石由于受力而变形再到破坏过程中的变形特征良好的反映出来，对其应变软化及强化的特征加以有效分析。据有关研究显示，在具体实施应力施加操作时，岩石主要需要经历的阶段包括三个，即弹性变形、塑性变形以及破坏阶段。其中，弹性变形阶段中的岩体样本由于受力产生初荷载，应变

6、和应力呈现出显著的线性关系。该阶段中，消除应力的瞬间，应变也会完全恢复。塑性变形阶段：随着应力继续提升，在其照比岩体样本本身的应力最大值大时，其变形特征主要体现为：由于应力的加大，应变增大，且其增加的幅度照比弹性阶段大，在应力消除的瞬间，恢复的仅为其中的一部分。破坏阶段。该阶段的变形特征主要表现为：在上述阶段的基础上，应力继续提升，导致岩体样本产生破裂，应变无法恢复，且会具有一部分的残余应力存在。具体实施相关操作的过程中，基于岩石的结构与成分均不同，且会受到实验误差的影响，岩石样本的应变过程的复杂性远大于理论情况。即使利用的为同一层的岩石样本，但基于其微型结构面形态及位置等均的差异性，相应的应

7、变过程中也会体现出较为显著的不同。所以，由于上述原因，其他国家中的专家、学者等多是经由对大量岩石样本实施单轴实验的方式，对岩石应力、应变的关系进行统计分析。2.2.2岩石强度分析在具体对岩石的强度实施分析操作的过程中，应重视对3种岩石的强度准则加以对比，并需要根据其岩性差异性择选出平均标准拟合差强度最小的准则。其中，直线型准则为：（1）其中， 表示为正应力。同时，倘若应用的为主应力，则应表示为：（2）其中， 分别表示为主应力的最大及最小值。由于岩石单轴压缩表现为的非线性特征，利用直线型准则无法将其精准的描述出来，所以，本文采取的为Bieniawski强度准则，优先将岩石的单轴抗压强度计算出来，

8、再应用拟合计算法对公式中的各种参数加以确定，有助于提升拟合精度，减少误差出现的几率。2.2.3深部岩体岩层阻水性能分析出于地质条件的复杂性较高，深部岩层较浅部位的岩层表现出的特征均具有较大的差异性，基于深部条件的层面加以分析，可将起特征表现概述为如下几个方面：第一，岩溶水水压提升。深部存在的应力较高，使得岩层的微型构造发育及断层活化的效率提升，底板承压水导升带由于水压的提升出现向上导升的情况，相应的作用范围也不断不扩大，导致煤层底板中具备较高隔水能力的岩层厚度减小，致使突水事故出现的几率大幅度提升。第二，深部岩体的岩性致密性更高。深部岩体的沉积时间相对较长，埋藏的深度也相对较深，基于地质作用以及多种其他因素的影响，岩性更为均匀和致密。结语综上所述，第一，倘若推进的距离相同，深部较浅部位的底板破坏深度上限会出现一定程度的提升，具体是基于推进距离的增大而提升，最后不断趋于稳定化；第二，可对岩石样本的渗透率产生影响的因素包括岩石内部孔隙及列席的连通及发育等；第三，基于高地应力的影响，峰值会随着岩体中心主应力的加大而减小。参考文献1靳德武，刘英锋，刘再斌，程建远.煤矿重大突水灾害防治技术研究新进展J.煤炭 科学技术，2013（01）5