弱胶结巨厚砂砾岩含水层离层突水机制研究
李江华
煤炭科学技术研究院有限公司,北京 100013;煤矿灾害防控全国重点实验室,北京 100013;北京市煤矿安全工程技术研究中心,北京 100013;山西省矿井地球物理勘探技术创新中心,山西晋城 048006
摘要：安新煤田主采煤层上覆巨厚弱胶结砂砾岩含水层,富水性弱,但多个工作面回采期间发生突水,查明突水机制是矿井水害防治的关键.通过水文地质特征分析,阐明了砂砾岩含水层厚度分布特征和富水性分区特征.采用岩石单轴抗压强度、三轴声发射、X衍射试验等方法,获得了顶板隔水层岩石物理力学性质.基于关键层理论分析、导水裂隙带与采动富水异常区层位关系及相似模拟试验成果,建立了 4种条件下巨厚砂砾岩含水层突水的水文地质结构模型,揭示了砂砾岩含水层不同条件下的突水机制,并明确了研究区突水点的突水机制,提出了隔水保护层失稳导致突水的工程判据.研究结果表明:研究区东部局部区域含水层富水性中等,以往多次突水均发生在弱富水区;砂砾岩含水层下顶板泥岩中黏土矿物含量达到 59.6%,亲水性强,具有良好的隔水作用;但在采动作用下顶板隔水层岩体卸压后强度降低,厚度较薄时,受上部岩层载荷和采动富水区静水压力作用易发生破坏,成为良好导水通道;砂砾岩含水层物理力学性质特殊,采动扰动后孔隙裂隙发育,形成了富水变化异常区;弱胶结砂砾岩突水的强度与下部基岩特征、导水裂隙带发育高度、隔水保护层厚度等因素相关;研究区弱胶结砂砾岩发生突水的工程判据为正常区隔水保护层厚度小于 30 m,受背斜构造影响区隔水保护层厚度小于 60 m.弱胶结巨厚砂砾岩含水层离层突水机制及工程判据对西部矿区水害防治提供了借鉴.
关键词：安新煤田矿井水害弱胶结砂砾岩采动富水区突水机制
分类号：TD74(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52104196)国家自然科学基金(51804162)煤科院科技发展基金资助项目(2023CX-I-03)
论文发表日期：2024-02-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 209-218 )
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