承压含水层上采煤突水危险性评估研究.pdf

第3 7 卷第3 期 2 0 0 8 年5 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 7N O ．3 M a y2 0 0 8 承压含水层上采煤突水危险性评估研究 尹尚先1 ，虎维岳2 ，刘其声2 ，李抗抗2 1 ．华北科技学院安全工程中心，北京1 0 1 6 0 1 ； 2 ．煤炭科学研究总院西安研究院，陕西西安7 1 0 0 5 4 摘要为了评价岩层阻水性能、确定导升带高度，准确评估不同地质和采掘务件下承压含水层突 水危险性，实施了井下钻孔水压致裂综合测量，并采用数值模拟方法评估了带压开采突水危险 性．实际观测表明，泥岩、粉砂岩、中砂岩、灰岩阻水性能由大到小，导升高度则由小变大；模拟结 果显示，当隔水层厚度较大且没有垂向导水构造时，正常地层不会发生奥灰突水；当存在陷落柱 时，随着采面推进向陷落柱接近，采矿扰动导致柱体内应力集中及集中范围不断加大，柱体内岩 层裂隙活化不断加强，当采动应力集中带与柱体内应力集中带之间煤岩柱不足以抵抗地下水压 力时，即发生突水． 关键词带压开采；突水评估；水力压裂；数值模拟 中图分类号P6 4 2 ．2 5 ；T U4 5文献标识码A文章编号1 0 0 0 - 1 9 6 4 2 0 0 8 0 3 - 0 3 1 1 0 5 R i s kA s s e s s m e n tf o rW a t e rI n r u s hf r o m C o n f i n e dA q u i f e r sL o c a t e dU n d e rC o a lS e a m s Y I NS h a n g - x i a n l ，H UW e i - y u e 2 ， L I UQ i s h e n 9 2 ，L IK a n g k a n 9 2 1 ．S a f e t yE n g i n e e r i n gC e n t e r ，N o r t hC h i n aI n s t i t u t eo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，B e i j i n g1 0 16 0 1 ，C h i n a ； 2 ．X i ’a nB r a n c h 。C e n t r a lC h i n aR e s e a r c hI n s t i t u t eo fC o a lM i n i n g ，X i ’a n ，S h a a n x i7 1 0 0 5 4 ，C h i n a A b s t r a c t N u m e r i c a ls i m u l a t i o n sa n di n s i t us u r v e y so fh y d r a u l i cf r a c t u r eh a v eb e e nu s e dt o s t u d yt h ew a t e rr e s i s t a n c eo far o c km a s s ，t h ep o s s i b i l i t yf o rw a t e ri n r u s ha n dt h e i n t r u s i o n h e i g h tu n d e rd i f f e r e n tg e o l o g i c a la n dm i n i n gc o n d i t i o n s ．T h es u r v e y ss h o wt h a tt h ew a t e rr e s i s t a n c er a n g e sf r o ml a r g et os m a l li nt h eo r d e r m u d r o c k f i n es a n d s t o n e m i d d l es a n d s t o n e l i m e s t o n e ．T h ei n t r u s i o nh e i g h t s ，h o w e v e r ，a r ei nt h ereverseo r d e r m u d - r o c k S n ，最大水平主应力方向北东至北东东．[ 7 ] 3 数值模拟表明，采动形成破坏带约2 61 1 1 ， 没有垂向导水构造时，正常地层不会发生奥灰突 水；突水系数评估也佐证了这一结论． 4 数值模拟显示，在存在陷落柱时，随着采面 推进向陷落柱接近，采矿扰动导致柱体内应力集中 ，， 及集中范围不断加大，柱体内岩层裂隙活化不断加 。。 强，当采动应力集中带与柱体内应力集中带之问煤 岩柱不足以抵抗地下水压力时，即发生突水． r q l 参考文献 [ 1 ] 李方全，孙世宗．华北及郯庐断裂地应力测量[ J ] ． 岩石力学与工程学报，1 9 8 2 ，1 1 7 3 8 6 ． L IF a n g - q u a n 。S U NS h i z o n g ．I n - s i t us t r e s sm e a s u r e m e n ti nn o r t hC h i n aa n dT a n l uf a u l ta r e a [ J ] ．C h i - n e s eJ o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n g ， 1 9 8 2 ，1 1 7 3 8 6 ． 刘允芳．水压致裂三维应力测量[ J ] ．岩石力学与工 程学报，1 9 9 1 ，1 0 3 2 4 6 2 5 6 ． L I UY u n - f a n g ．3 Di n - s i t us t r e s sm e a s u r e m e n tb yh y d r a u l i cf r a c t u r i n gt e c h n i q u e [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo f R o c kM e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n g ，1 9 9 1 ，1 0 3 2 4 6 2 5 6 ． H A Y A S H IK ，S A T 0A ，I T oT ．I n - s i t us t r e s s m e a s u r e m e n t sb yh y d r a u l i cf r a c t u r i n gf o rar o c k m a s sw i t hm a n yp l a n e so fw e a k n e s s [ J ] ．I n t e r n a - t i o n a lJ o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c sa n dM i n i n gS c i - e n c e s ，1 9 9 7 ，3 4 1 4 5 4 8 ． 王经明．承压水沿煤层底板递进导升突水机理的模 拟与观测[ J ] ．岩土工程学报，1 9 9 9 ，2 1 5 5 4 6 5 4 9 ． W A N GJ i n g - m i n g ．I n - s i t um e a s u r e m e n ta n dp h y s i c a l a n a l o g u eo nw a t e ri n r u s hf r o mc o a lf l o o ri n d u c e db y p r o g r e s s i v ei n t r u s i o no fa r t e s i a nw a t e ri n t op r o t e c t i v e a q u i c l u d e [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fG e o t e c h n i c a lE n g i - n e e r i n g ，1 9 9 9 ，2 1 5 5 4 6 5 4 9 ． 李家祥．原岩应力与煤层底板隔水层阻水能力的关 系[ J ] ．煤田地质与勘探，2 0 0 0 ，2 8 4 4 7 - 4 9 ． I 。1J i a - x i a n g ．T h er e l a t i o n s h i po fi n - s i t ur o c ks t r e s s a n dw a t e rr e s i s t i n ga b i l i t yf o rf l o o ra q u i f u g e [ J ] ．C o a l G e o l o g ya n dE x p l o r a t i o n ，2 0 0 0 ，2 8 4 4 7 4 9 ． W UQ ，W A N GM ，W UX ．I n v e s t i g a t i o n so f g r o u n d w a t e rb u r s t i n gi n t oc o a lm i n es e a mf l o o r s f r o mf a u l tz o n e s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fR o c k M e c h a n i c sa n dM i n gS c i e n c e s ，2 0 0 4 ，4 1 4 5 5 7 5 7 1 ． 施龙青，韩进．开采煤层底板“四带”划分理论与 实践[ J ] ．中国矿业大学学报，2 0 0 5 ，3 4 1 1 6 2 3 ． S H IL o n g - q i n g ，H A NJ i n ，T h e o r ya n dp r a c t i c eo fd i v i d i n gc o a lm i n i n ga r e af l o o ri n t of o u r - z o n e [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ． 2 0 0 5 ，3 4 1 1 6 - 2 3 ． Z H A N GJ ．I n v e s t i g a t i o n so fw a t e ri n r u s h e sf r o m a q u i f e r su n d e rc o a ls e a m s [ J ] ．I n tJR o c kM e c hM i n S e i ，2 0 0 5 ，4 2 3 3 5 0 3 6 0 ． Y I NSX ，W A N GSX ，W UQ ．C h a r a c t e r i s t i c so f K a r s t i cc o l l a p s ec o l u m n si nn o r t hc o a l f i e l d so fc h i n a a n dm e c h a n i s mo fw a t e ri n r u s hf r o mc o a ls e a mf l o o r [ C ] ／／S U G A W A R AK ，O B A R AY ，S A T OA ． R o c kS t r e s s ．R o t t e r d a m AAB a l k e m a ，2 0 0 3 5 1 7 - 5 2 2 ． 责任编辑王继红 万方数据