文家坡矿4104综放工作面导水裂隙带发育特征研究

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导水裂隙带是矿井涌(突)水的主要导水通道之一,其发育高度对矿井防治水工作意义重大。陕西彬长矿区洛河组砂岩含水层是矿井安全回采的主要威胁之一,确定导水裂隙带高度以及判断洛河组砂岩突水危险性就显得尤为重要。本文以文家坡煤矿4104综放工作面为研究对象,采用FLAC3D有限元数值模拟和井-地联合微震监测技术对该工作面综放开采导水裂隙带发育高度进行研究,研究成果对文家坡煤矿和彬长矿区其它煤矿防治水工作具有重要参考价值。FLAC3D数值模拟结果表明:煤层开采过程中,在工作面围岩中形成应力集中区,且应力峰值随工作面回采不断增大;采空区顶板形成拉应力区,在工作面回采过程中总体呈现出增大-减小-增大的变化规律;在工作面围岩和采空区上方高位岩层中形成压剪破坏区,在采空区中、低位岩层中形成拉伸破坏区。在模拟开挖的整个过程中,导水裂隙带发育大致划分为增长-缓增-稳定三个阶段,当工作面回采260m时,导水裂隙带发育至煤层顶板以上175m高度。应用井-地联合微震监测技术对4104工作面导水裂隙带高度进行实测,根据现场监测条件设计了适合于研究区的微震监测网,并通过系统标定的方法对微震监测网进行了精度验证。通过对工作面过F21断层前后和正常开采情况下所发生微震事件的数量、能量空间分布特征分析,得出正常开采情况下385~470m标高范围内岩层破坏以冒落为主,470~600m标高范围内岩层破坏以裂隙为主;在F21正断层的影响下,冒落带高度增加了20m。不同回采进尺微震事件走向、倾向及平面密度分析结果表明,覆岩破坏受断层和采空区影响较大,断层使得顶板破裂的最大超前距增大85%,工作面东西两侧最大延伸距离分别增大31%、26%。采空区一侧覆岩破坏程度相比无采空区一侧剧烈。综合分析微震监测和数值模拟研究结果认为,在无断层影响的条件下,导水裂隙带发育至安定组地层中部,最大发育高度为171m,裂采比为24.43。在F21断层影响的情况下,导水裂隙带最大发育高度为202m,裂采比达到28.86。
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