下沟煤矿井田北部的4#煤层面临泾河和白垩系承压含水层双重水体的威胁,针对下沟 矿4#煤层首采工作面ZF2801采用综合机械化放顶煤开采的特点,研宄复合水体下综放开 采的可行性,为泾河下开采区其他工作面的安全开釆提供依据,对条件类似矿井的开采 具有借鉴意义。 通过水文孔提供的地质资料,对覆岩防隔水性进行分析,确定出具有良好隔水性能的 岩层及其位置。利用力学模型得出的ZF2801工作面导水裂隙带发育高度为144.06m;利 用统计分析,拟合出多因素影响下的导水裂隙带发育高度公式,得出导水裂隙带发育高度 为122.96m。采用数值模拟方法得出的导水裂隙带发育高度为146m。根据“有效隔水厚 度法”,安全保护煤柱中最大有效隔水层厚度大于等于12m时,可实现水体下安全开采。 工作面与含水层之间的最小距离192.5m,最大可能导水裂隙带高度为146m,得出安全 保护层厚度为46.5m,且安全保护层全为隔水性良好的砂质泥岩,即安全保护层全为有效 隔水层,因此复合水体下综放开采是安全可行的。 通过分析比较发现,采用力学模型、统计分析、数值模拟法得到的结果与现场实测的 导水裂隙带高度的转化高度基木吻合。对复合水体下的ZF2801工作面进行试采,实现了 安全开采。 关键词:综放开采;复合水体;导水裂隙带;可行性;钻孔观测 -1-Abstract 4#coalseamfacedJingheriverandconfinedaquiferofcretaceousthreat,whichlieinthe northenofXiagouminefield.ForthefirstcoalfaceZF2801of4#coalseaminXiagoucoal mineusingfullymechanizedcavingmining,studiedonthefeasibilityoffollymechanized cavingminingundercomplexcontainingwaterbody,providedbasisforsafeminingofother workingfaceinminingareaundertheJingheriver,andwasofgreatsignificanceformineswith thesameminingconditions. Basedonthegeologicaldataprovidedbythehydrologicalhole,analyzedonthewater resistingpropertyofoverlyingstrata,determinedthelocationofthestratawithgoodwater separationperformance.Themechanicalmodelgotthewaterflowingfracturedzoneheightof ZF2801workingfacewas144.06m;Theformulaofthewaterflowingfracturedzoneheight undertheinfluenceofmanyfactorswasderivedusingstatisticalanalysis,itwasconcludedthat thewaterflowingzoneheightwas122.96m.Thenumericalsimulationmethodgotthewater ilowingfracturedzoneheightwas146m.Accordingtotheeffectivewaterbarrierthickness method,thesafetyminingunderthewaterbodycanberealizedwhenthemaximumeffective thicknessoftheaquifugewasgreaterthanorequalto12minthesafetyprotectioncoalpillar, theminimumdistancebetweentheworkingsurfaceandtheaquiferwas192.5mthemaximum possibleheightofwaterflowingfracturedzonewas146m,concludedthatthethicknessofthe safetyprotectionlayerwas46.5mandthesafetyprotectivelayerisasandymudstonewithgood impennealitythatthesafetyprotectionlayerwastheeffectiveaquifuge.Therefore,itwassafe andfeasibletofullymechanizedcavingminingundercomplexcontainingwaterbody. Throughtheanalysisofthecomparison,itwasfoundthatusingmechanicalmodel, statisticalanalysisandnumericalsimulationmethodtogettheresultswiththefield measurementsofwaterflowingfracturedzoneheighttransfomiationwerebasicallythesame height.TheZF2801workingfacecarriedoutminingundercomplexcontainingwaterbody,and realizedsafemining. KeyWords:Fullymechanizedcavingmining;Complexcontainingwaterbody;Water flowingfracturedzone;Feasibility;Boreholeobservation -II-目录 ^I AbstractII 1躲1 1.1研宄背景及意义 1 1.2国内外研宂现状 2 1.2.1国外研宄现状 2 1.2.2国内研宂现状 4 1.3主要研宄内容及技术路线 7 1.3.1主要研宄内容 7 1.3.2技术路线 8 2矿井概况及水文地质分析 9 2.1矿井概况 9 2.1.1井田地层及构造 9 2.1.27K文地质 12 2.1.3矿井开拓及采准巷道系统 13 2.1.4ZF2801工作面 14 2.2含水层特性、水力联系与矿井充水因素分析 16 2.3覆岩岩性及结构特征的隔水性分析 16 2.4本章小结 18 3导水裂隙带发育高度的理论分析 20 3.1放顶煤开采覆岩破坏机理及特征 20 3.1.1煤层开采覆岩破坏特征 20 3.1.2综放开采覆岩破坏机理 21 3.1.3综放开采覆岩破坏发育高度变化规律 22 3.2力学模型分析 23 3.3统计分析 28 3.4本章小结 33 -in-4导水裂隙带发育高度的数值模拟分析 34 4.1数值模型的建立 34 4.2数值模拟结果分析 35 4.2.1围岩应力分布特征 36 4.2.2导水裂隙带分布特征 41 4.3本章小结 45 5开采可行性判定及导水裂隙带高度现场观测 46 5.1开采可行性分析 46 5.2导水裂隙带高度的现场观测分析 47 5.3本章小结 52 6结论与展望53 6.1结论53 6.2展望53