高承压岩溶水体上煤层开采底板水害防控技术及其应用(精)

针对皖北矿区下组煤开采底板高承压岩溶水害防治问题，本项目以岩体工程地质力学和岩体水力学理论为指导，采用理论分析、实验室试验、数值模拟、现场测试等研究方法，系统地开展了研究区山西组煤层底板岩体结构特征、太灰含水层介质空间结构特征、注浆参数与工艺优化、底板采动效应、注浆效果检验与评价方法、底板水害监测预警技术和高承压水体上煤层控水开采技术等研究，揭示了底板采动效应的岩体结构控制机理，系统研究并构建了底板高承压岩溶水体上煤层开采带压控水理论、方法与技术体系，并应用于煤矿生产实际，取得了显著的经济效益和社会效益。

吴基文，1961年11月生，安徽舒城人，博士，教授，博士生导师，安徽省学术和技术带头人，安徽理工大学地质工程学科(安徽省重点学科)带头人。现任中国煤炭学会矿井地质专业委员会委员、秘书长，安徽省地质学会、安徽省岩石力学与工程学会、安徽省煤炭学会理事，国际工程地质和环境协会(IAEG)会员。主要从事工程地质与煤矿地质灾害防治等方面的教学与科研工作。主持完成国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、煤炭部优秀青年基金等纵向课题20余项，企事业合作项目60余项，获省部级科技进步奖二等奖4项、三等奖5项，发表学术论文70余篇，出版专著6部，指导硕士、博士研究生40余名。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究内容与方法 6
1.3.1 主要研究内容 6
1.3.2 主要研究方法与技术路线 6
1.4 研究工作过程 8
第2章 恒源煤矿矿井地质与水文地质基本特征 9
2.1 矿井基本概况 9
2.2 矿井地质特征 10
2.2.1 矿井地层特征 10
2.2.2 矿井主采煤层特征 12
2.2.3 矿井构造特征 14
2.3 水文地质特征 20
2.3.1 区域水文地质概况 20
2.3.2 矿井水文地质特征 21
第3章 矿井水文地质条件补充勘探 36
3.1 矿井补充勘探的必要性 36
3.1.1 矿区煤炭资源勘探特点 36
3.1.2 矿区煤炭资源勘探存在的主要问题与探采对比分析 36
3.1.3 矿井补充勘探方法 38
3.1.4 矿井水文地质补充勘探的必要性 40
3.2 深部水文地质地震勘探 40
3.2.1 深部水文地质三维地震勘探 40
3.2.2 三维地震勘探资料精细解释 41
3.3 地面瞬变电磁法勘探 50
3.3.1 电法勘探原理及测区电性特征 50
3.3.2 工程概况 50
3.3.3 资料处理 51
3.3.4Ⅱ62采区瞬变电磁勘探成果 52
3.3.5Ⅱ63采区瞬变电磁勘探成果 64
3.4 水文地质钻探 75
3.5 水文地质试验 76
3.5.1 放水试验目的和任务 76
3.5.2 放水试验工程布置与实施 77
3.5.3 放水试验观测资料整理分析与成果评价 79
3.5.4 水化学监测与分析 92
3.5.5 太灰含水层可疏放性评价 98
3.5.6 资料分析与求参结果讨论 99
第4章 恒源矿井山西组煤层底板岩层工程地质特征 101
4.1 山西组6煤层底板岩性特征 101
4.1.16 煤层底板岩层岩石组成 101
4.1.26 煤层底板岩层组合特征 101
4.1.36 煤层底板岩层厚度分布特征 103
4.1.46 煤层底板岩性类型 105
4.26 煤层底板岩石力学特性 107
4.2.16 煤层底板岩石力学性质测试与评价 107
4.2.2 底板岩石水理性质特征 110
4.2.3 底板岩石三轴渗透试验 111
4.36 煤层底板结构类型 115
4.4 工作面底板岩体结构的声波探测 121
4.4.1 波速测试方法及结果 121
4.4.2 测试结果分析 122
4.4.3 底板岩体结构分析 124
4.5 工作面底板岩体阻水质量分级评价 125
4.5.1 煤层底板岩体分级因素及其确定 126
4.5.2 煤层底板岩体分级在突水评价上的应用 128
第5章 太原组上段灰岩岩溶发育特征及其介质空间结构类型 132
5.1 淮北矿区太原组灰岩岩性特征 132
5.1.1 太原组灰岩岩石学特征 132
5.1.2 太原组灰岩沉积环境 135
5.2 太原组上段灰岩厚度分布特征 136
5.3 太原组上段灰岩岩溶裂隙发育特征 138
5.4 基于底板改造成孔与注浆信息的太原组灰岩岩溶含水层结构评价 140
5.4.1 太原组灰岩上段各层灰岩出水特征 140
5.4.2 太原组灰岩上段各层灰岩出水量与注浆量的相关性 143
5.4.3 太原组灰岩上段同层灰岩出水孔单孔平均出水量与注浆量随深度变化特征 144
5.4.4 注浆钻窝出水量与注浆量分布特征 145
5.4.5 太灰岩溶含水介质空间结构类型 148
第6章 底板高承压岩溶水体上煤层开采疏水降压控水技术 153
6.1 带压开采评价 153
6.2 疏水降压控水技术适用条件 158
6.2.1 疏水降压控水技术含义 158
6.2.2 疏水降压控水技术的水文工程地质条件分析 161
6.3 疏水降压方案设计要点 161
6.4 疏水降压控水技术实施过程与效果评价——以恒源煤矿Ⅱ614工作面疏水降压控水技术为例 162
6.4.1 疏放水方案设计与实施 162
6.4.2 疏水降压实施效果分析 167
6.4.3 底板局部异常区（或断层带）注浆加固 170
6.4.4 工作面回采情况与结果讨论 173
第7章 底板注浆加固与含水层改造控水技术 177
7.1 概述 177
7.2 底板注浆改造控水技术的水文工程地质条件分析 178
7.3 底板注浆改造控水技术方案实施过程 178
7.3.1 地面注浆站的建立 178
7.3.2 底板注浆加固与含水层改造技术实施方案及过程控制 180
7.4 底板注浆加固与含水层改造控水技术示范工程及效果评价——以恒源煤矿Ⅱ6111工作面底板注浆加固与含水层改造工程为例 191
7.4.1 工作面基本条件 191
7.4.2 工作面主要水害威胁程度分析 194
7.4.3 工作面防治水技术路线 195
7.4.4 工作面防治水工程设计 195
7.4.5 工作面水文地质条件探查 196
7.4.6 工作面底板注浆工程 203
7.4.7 工作面底板注浆效果评价 205
7.4.8 工作面安全性评价 208
7.4.9 工作面回采情况与效益分析 209
第8章 地面定向顺层钻孔底板灰岩含水层区域超前注浆改造控水技术 210
8.1 底板岩溶含水层地面定向顺层钻孔注浆应用概况 210
8.2 地面定向顺层钻孔底板灰岩含水层区域超前注浆改造过程控制关键技术 212
8.2.1 顺层钻进注浆加固目的层选择原则 213
8.2.2 钻孔布设方位和间距设计依据 213
8.2.3 钻孔结构设计 218
8.2.4 注浆动态压力与注浆材料耦合技术 220
8.2.5 注浆控制工艺 223
8.2.6 钻探关键技术 224
8.2.7 注浆关键技术 226
8.2.8 治理效果综合评价与检验方法 226
8.3 地面定向顺层钻进底板灰岩含水层超前注浆改造控水技术示范工程与效果分析——以恒源煤矿Ⅱ633工作面里段注浆改造工程为例 227
8.3.1 治理区域概况 227
8.3.2 工程设计 228
8.3.3 工程施工概况 234
8.3.4 效果检验与分析 240
8.3.5Ⅱ633工作面里段回采安全性评价与效益分析 251
第9章 底板水害监测预警技术及工程应用 255
9.1 矿井水害监测预警技术研究概况 255
9.2 水文地质动态监测系统 257
9.3 底板水害监测预警技术 257
9.3.1 煤层底板水害预警系统的构成 258
9.3.2 水害预警的基本原理 260
9.3.3 临突预报判据及突水预警准则 261
9.3.4 恒源煤矿Ⅱ621工作面水害预警工程 262
9.3.5 恒源煤矿Ⅱ617综采工作面底板水害预警工程 265
参考文献 270