長(zhǎng)治潞安礦區(qū)煤層頂板滲流演變規(guī)律研究摘要

隨著煤炭資源的持續(xù)開(kāi)采，煤礦的地質(zhì)環(huán)境日趨復(fù)雜，煤層頂板滲流問(wèn)題的研究已成為煤礦安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容。本論文以長(zhǎng)治潞安礦區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)地調(diào)查、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬等手段，研究了煤層頂板滲流的演變規(guī)律及其影響因素。研究結(jié)果表明，長(zhǎng)治潞安礦區(qū)煤層頂板滲流分布范圍廣，滲流量大，且滲流規(guī)律復(fù)雜，可能出現(xiàn)突然增大的現(xiàn)象，對(duì)煤礦生產(chǎn)安全造成較大威脅。滲流演變規(guī)律與頂板巖性、結(jié)構(gòu)、厚度等因素密切相關(guān)，頂板巖性較差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地段更容易發(fā)生滲流。同時(shí)，深部礦井開(kāi)采也會(huì)使煤層頂板的應(yīng)力變化，從而影響滲流的演變規(guī)律。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)治潞安礦區(qū)；煤層頂板；滲流演變規(guī)律；影響因素；煤礦安全

Abstract

Withthecontinuousexploitationofcoalresources,thegeologicalenvironmentofcoalmineshasbecomeincreasinglycomplex,andthestudyofseepageincoalseamroofhasbecomeanimportantpartofcoalminesafetyproduction.TakingtheChangzhi-Lu’anminingareaastheresearchobject,thispaperstudiestheevolutionregularityofseepageincoalseamroofanditsinfluencingfactorsbymeansoffieldinvestigation,laboratoryexperimentsandnumericalsimulation.Theresearchresultsshowthatthedistributionrangeofseepageincoalseamroofiswide,theseepageamountislarge,andtheseepagelawiscomplex,whichmaycausesuddenincreaseandposeagreatthreattocoalmineproductionsafety.Theevolutionregularityofseepageiscloselyrelatedtotherooflithology,structure,thicknessandotherfactors.Thesectionswithpoorlithologyandcomplexstructurearemorepronetoseepage.Atthesametime,thestresschangeofcoalseamroofcausedbydeepminingalsoaffectstheevolutionregularityofseepage.

Keywords:Changzhi-Lu’anminingarea;coalseamroof;seepageevolutionregularity;influencingfactors;coalminesafety

一、引言

隨著國(guó)家對(duì)煤炭資源開(kāi)采的需求不斷增加，煤礦的地質(zhì)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，煤礦安全問(wèn)題越來(lái)越突出。煤層頂板滲流是煤礦地質(zhì)災(zāi)害的主要類(lèi)型之一，也是煤礦生產(chǎn)安全的重要隱患，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)和煤炭資源保護(hù)產(chǎn)生了極大影響。長(zhǎng)治潞安礦區(qū)是一個(gè)重要的煤礦開(kāi)發(fā)區(qū)域，其地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層頂板滲流情況嚴(yán)重，對(duì)此進(jìn)行深入研究，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)具有重要意義。

本文以長(zhǎng)治潞安礦區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)地調(diào)查、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬等手段，探討煤層頂板滲流的演變規(guī)律及其影響因素，以期為煤礦安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

二、資料與方法

2.1研究區(qū)域

長(zhǎng)治潞安礦區(qū)位于山西省境內(nèi)，以提煤、鐵路運(yùn)輸為主，礦井多為深井，井深1000m以上，煤層頂板為夾層巖層。

2.2資料來(lái)源

本研究主要采用實(shí)地考察、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行，主要依據(jù)為：

（1）研究區(qū)域的地質(zhì)地貌圖、地形圖、巖性剖面圖、地質(zhì)鉆探數(shù)據(jù)等；

（2）采用自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行滲透試驗(yàn)，以獲得煤層頂板的滲透性參數(shù)；

（3）采用數(shù)值模擬軟件FEM進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬煤層頂板滲透流場(chǎng)的演變規(guī)律。

2.3研究方法

（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。通過(guò)對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)構(gòu)造、巖性特征、應(yīng)力狀態(tài)等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，掌握煤層頂板滲流的基本情況。

（2）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)資料整理、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等方式，獲取煤層頂板的滲透性參數(shù)。

（3）數(shù)值模擬。采用FEM進(jìn)行煤層頂板滲透流場(chǎng)的模擬計(jì)算，掌握其變化規(guī)律及其影響因素。

三、煤層頂板滲流演變規(guī)律

3.1滲流范圍與分布

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示，長(zhǎng)治潞安礦區(qū)煤層頂板滲流分布范圍廣，其中以采掘較多的地段滲流量較大。煤層頂板滲流量在0.1~10L/min之間，表現(xiàn)為點(diǎn)源或面源式出水。

3.2滲流規(guī)律

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果，煤層頂板滲流的規(guī)律復(fù)雜，可能出現(xiàn)突然增大的現(xiàn)象，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)難以進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。滲流演變規(guī)律與頂板巖性、結(jié)構(gòu)、厚度等因素密切相關(guān)，巖性較差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地段更容易發(fā)生滲流。同時(shí)，深部礦井開(kāi)采也會(huì)使煤層頂板的應(yīng)力變化，從而影響滲流的演變規(guī)律。

四、影響因素分析

4.1頂板巖性

煤層頂板的滲透性與巖性密切相關(guān)，巖性較差的地段更容易發(fā)生滲流，如泥巖、砂巖等。

4.2頂板結(jié)構(gòu)

煤層頂板結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地段，縫隙較多、分布不均，滲透性也較大。

4.3頂板厚度

頂板厚度與煤層的開(kāi)采方法、支護(hù)方式等相關(guān)，厚的頂板容易形成局部水庫(kù)，引發(fā)滲流。

5、結(jié)論

長(zhǎng)治潞安礦區(qū)煤層頂板滲流演變規(guī)律復(fù)雜，滲流量較大，可能出現(xiàn)突然增大的現(xiàn)象，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)造成較大威脅。煤層頂板滲流演變規(guī)律與頂板巖性、結(jié)構(gòu)、厚度等因素密切相關(guān)，可以通過(guò)采取合理的支護(hù)方式、通風(fēng)措施等減輕滲流對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響6、建議

針對(duì)長(zhǎng)治潞安礦區(qū)煤層頂板滲流問(wèn)題，有以下建議：

6.1加強(qiáng)勘探調(diào)查

加強(qiáng)煤層頂板的勘探調(diào)查工作，掌握煤層頂板的巖性、結(jié)構(gòu)和厚度等信息，為合理設(shè)計(jì)支護(hù)方案提供依據(jù)。

6.2優(yōu)化支護(hù)方式

根據(jù)煤層頂板的巖性、結(jié)構(gòu)和厚度等特點(diǎn)，采取合理的支護(hù)方式，如加強(qiáng)錨桿支護(hù)、使用帶錨支架等措施，保證煤層頂板的穩(wěn)定性，減少滲流問(wèn)題的發(fā)生。

6.3加強(qiáng)通風(fēng)措施

加強(qiáng)煤礦的通風(fēng)措施，保持煤礦的正常通風(fēng)狀態(tài)，排除煤層頂板上的濕氣和二氧化碳等有害氣體，減少滲流問(wèn)題的發(fā)生。

6.4定期進(jìn)行安全檢查

定期進(jìn)行安全檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行處理，保障煤礦的安全生產(chǎn)，減輕滲流對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響。

7、總結(jié)

因地制宜是針對(duì)煤層頂板滲流問(wèn)題的關(guān)鍵。長(zhǎng)治潞安礦區(qū)在煤層頂板滲流問(wèn)題上，需要結(jié)合實(shí)際情況，加強(qiáng)勘探調(diào)查，優(yōu)化支護(hù)方式，加強(qiáng)通風(fēng)措施，并定期進(jìn)行安全檢查，保證煤礦的安全生產(chǎn)，減輕滲流對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響綜上所述，煤層頂板滲流問(wèn)題是煤礦生產(chǎn)中不能忽視的一個(gè)問(wèn)題。特別是在一些大型煤礦生產(chǎn)中，滲流問(wèn)題還會(huì)引起地質(zhì)災(zāi)害和事故發(fā)生。因此，加強(qiáng)煤層頂板滲流問(wèn)題的研究和防范措施是十分重要的。

在解決滲流問(wèn)題時(shí)，從地質(zhì)條件出發(fā)，因地制宜，采取不同的周?chē)鷰r體支護(hù)措施和預(yù)防措施，可以最大程度地減少滲流對(duì)煤礦生產(chǎn)造成的影響，并防止安全事故的發(fā)生。在煤層頂板滲流問(wèn)題的解決中，加強(qiáng)勘探調(diào)查、優(yōu)化支護(hù)方式、加強(qiáng)通風(fēng)措施和定期進(jìn)行安全檢查等措施，是可以一定程度上減少滲流問(wèn)題的發(fā)生，提高煤礦生產(chǎn)的安全性和效率。

同時(shí)，除了加強(qiáng)滲流問(wèn)題的防范和控制措施，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)的研發(fā)，探索新的煤層頂板滲流防治方法，推廣應(yīng)用前沿的地質(zhì)勘探技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等手段，以提高煤層頂板滲流問(wèn)題的處理效率和安全性。

總之，煤層頂板滲流問(wèn)題是煤礦生產(chǎn)中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，解決該問(wèn)題需要政府、企業(yè)以及科研單位、技術(shù)專(zhuān)家共同合作，采取切實(shí)有效的措施和手段，才能保障煤礦生產(chǎn)的安全有序運(yùn)行，并使煤礦行業(yè)發(fā)展更加健康可持續(xù)另外，在解決煤層頂板滲流問(wèn)題的過(guò)程中，還需要加強(qiáng)培訓(xùn)和教育工作，提高煤礦工人的安全意識(shí)和技能水平。特別是煤礦管理人員和技術(shù)人員，他們需要具備較高的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用不同的滲流防治技術(shù)和措施，確保煤層頂板滲流問(wèn)題得到有效解決。

此外，加強(qiáng)與相關(guān)行業(yè)的合作和交流，也是解決煤層頂板滲流問(wèn)題的一個(gè)重要途徑。例如，煤礦開(kāi)采、巖石力學(xué)、水文地質(zhì)等領(lǐng)域的專(zhuān)家可以相互借鑒經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，共同探索解決滲流問(wèn)題的新方法和新途徑。同時(shí)，煤礦行業(yè)也可以借鑒其他行業(yè)的治理經(jīng)驗(yàn)，如水利行業(yè)、建筑行業(yè)等，以實(shí)現(xiàn)治理滲流的最佳效果。

最后，還需要加強(qiáng)政府對(duì)煤礦行業(yè)的監(jiān)管和規(guī)范，建立健