本书皖北恒源煤矿为研究对象，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，以钻探和物探工程为主要手段，系统地开展了煤层底板注浆加固与含水层改造效果研究，并应用于煤矿生产实际。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2 国内外研究进展 2
1.2.1 岩体改造研究进展 2
1.2.2 底板采动效应机理研究进展 2
1.2.3 底板采动效应研究方法进展 5
1.3 主要研究内容和技术方法 6
第2章 恒源煤矿矿井工程地质背景 9
2.1 矿井概况 9
2.2 矿井地质特征 10
2.2.1 地层 10
2.2.2 构造 16
2.3 矿井水文地质特征 24
2.3.1 区域水文地质概况 24
2.3.2 矿井水文地质特征 28
第3章 恒源矿井6煤层底板突水危险性预评价 46
3.1 底板突水危险性评价方法现状 46
3.2 五图-双系数法基本原理 47
3.2.1 “五图”的概念和意义 47
3.2.2 “双系数”的概念和意义 48
3.2.3 “三级判别”的概念和意义 48
3.3 恒源矿井6煤层底板突水危险性预评价 48
3.3.1 评价标准 48
3.3.2 参数确定 49
3.3.3 评价结果 55
第4章 煤层底板加固与灰岩含水层改造注浆工程 57
4.1 地面注浆站概况 57
4.1.1 地面注浆站应用概况 57
4.1.2 恒源煤矿建立地面注浆站的必要性 58
4.2 底板加固与含水层改造注浆系统构成 59
4.3 工作面注浆改造工程实施过程 62
4.3.1 工作面注浆工程设计 62
4.3.2 钻注施工工艺流程与技术要求 63
4.3.3 注浆效果检查与评价 65
4.4 试验工作面底板注浆改造工程实施概况 65
4.4.1 Ⅱ615工作面底板注浆改造工程实施概况 65
4.4.2 Ⅱ6117工作面底板注浆实施概况 68
4.4.3 Ⅱ6112工作面底板注浆实施概况 73
第5章 注浆前后煤层底板工程地质与水文地质特征研究 78
5.1 注浆前后煤层底板工程地质特征差异性研究 78
5.1.1 工程概况 78
5.1.2 注浆前后底板岩石物理力学性质试验研究 80
5.1.3 岩石质量指标评价 87
5.1.4 注浆前后底板岩块波速测试与对比 88
5.1.5 注浆前后底板岩层钻孔波速原位测试与对比 93
5.1.6 注浆前后底板岩体结构分析 102
5.1.7 注浆前后底板岩体强度特征 106
5.2 注浆前后煤层底板含水层富水性钻探探查与评价 110
5.2.1 Ⅱ615工作面注浆前后底板含水层富水性钻探探查与评价 110
5.2.2 Ⅱ6117工作面注浆前后底板含水层富水性钻探探查与评价 113
5.2.3 Ⅱ6112工作面注浆前后底板含水层富水性钻探探查与评价 117
5.3 注浆前后底板含水层富水性物探探查与评价 121
5.3.1 探测方法原理 121
5.3.2 Ⅱ615工作面底板注浆前后物探探测结果对比分析 123
5.3.3 Ⅱ6117工作面底板注浆前后物探探测结果对比分析 132
5.3.4 Ⅱ6112工作面底板注浆前后物探探测结果对比分析 137
5.4 本章小结 140
第6章 煤层底板采动效应原位测试研究 142
6.1 底板采动效应原位测试研究概况 142
6.2 非注浆工作面底板采动效应原位测试研究 143
6.2.1 震波CT探测原理 143
6.2.2 探测工程布置与探测数据采集 144
6.2.3 探测数据处理与结果分析 146
6.3 注浆工作面底板采动效应原位测试研究 153
6.3.1 孔巷间电阻率CT法测试原理及设备 153
6.3.2 Ⅱ615工作面底板采动效应孔巷间电阻率CT法监测与分析 156
6.3.3 Ⅱ6112工作面底板采动效应孔巷间电阻率CT法监测与分析 167
6.4 注浆前后工作面底板采动效应探测结果评价 177
6.4.1 注浆与非注浆工作面底板采动变形破坏深度 177
6.4.2 注浆与未注浆工作面底板采动变形破坏深度差异性分析与注浆效果评价 177
第7章 煤层底板注浆改造效果数值模拟研究 180
7.1 计算程序简介 180
7.2 注浆前后煤层底板采动效应数值模拟 180
7.2.1 计算模型构建 180
7.2.2 计算参数选取 183
7.2.3 计算方案与模拟计算过程 184
7.2.4 模拟结果分析 184
7.3 Ⅱ615工作面注浆改造底板采动效应数值模拟分析 193
7.3.1 模型的建立 193
7.3.2 模型结果分析 194
7.4 Ⅱ6117工作面底板注浆加固采动效应数值模拟分析 200
7.4.1 模型的建立 200
7.4.2 模型结果分析 201
7.5 本章小结 208
第8章 工程应用与效益分析 210
8.1 底板含水层注浆改造带压开采安全性评价 210
8.1.1 Ⅱ615工作面底板含水层注浆改造带压开采安全性评价 210
8.1.2 Ⅱ6117工作面底板含水层注浆改造带压开采安全性评价 211
8.1.3 Ⅱ6112工作面底板含水层注浆改造带压开采安全性评价 213
8.1.4 Ⅱ6119工作面底板含水层注浆改造带压开采安全性评价 214
8.1.5 Ⅱ628工作面底板含水层注浆改造带压开采安全性评价 216
8.2 效益分析 217
第9章 结论 219
9.1 主要结论 219
9.2 主要创新点 220
参考文献 222

　　《基于采动效应分析的煤层底板注浆改造效果研究》：
　　1.2 国内外研究进展
　　1.2.1 岩体改造研究进展
　　地质工程的基本理论有三个层次，即岩体结构控制、工程地质体控制和工程地质过程改造与控制。所谓岩体是指赋存于一定的地质环境中，由一些不连续结构面的切割所形成一定的岩体结构的地质体（谷德振，1985）。孙广忠（1988）指出岩体不是简单的连续介质材料，而是在岩体结构控制下具有多种力学性质和力学模型，该理论的提出推动了工程地质的发展。地质体改造技术逐渐成为地质工程的一项重要任务，岩体改造包括岩石改造、岩体结构改造和岩体所处环境改造。在岩体改造方面，注浆技术就是一种重要手段。在我国煤矿防治水中，注浆技术得到了广泛的应用，已经积累了丰富的经验（王国际，2000）。在山东的肥城矿区、河南的焦作矿区、安徽的淮北矿区等地都运用过注浆技术对煤矿进行过防治水，而且取得了较好的效果，有些方面已达到国际先进水平。如于树春（1997）、李长青（2005）、王心义（2005）等人在研究煤层底板含水层改造过程中都使用了注浆技术，取得了良好的效果。但是，他们没有对注浆后的底板在采动过程中的变形破坏特征进行研究。
　　1.2.2 底板采动效应机理研究进展
　　煤层底板的采动效应涉及底板的变形和破坏，从而影响底板阻水性能。国内外很多学者对煤层底板采动效应进行了大量研究，为底板水的防治提供了可靠的依据。
　　1.国外研究进展
　　不同国家的地质条件和煤层赋存状态有所不同，煤层底板突水问题在其他一些国家并不存在，如美国、加拿大、澳大利亚和英国等。在煤矿开采过程中受到底板突水危害的国家只有匈牙利、波兰、南斯拉夫、西班牙等。由于这些国家对煤矿开采已经超过一百多年的时间，因此在底板突水机理方面的研究处在领先的水平。大约在20世纪初，西方的专家就开始关注煤层底板隔水层的作用，通过积累并分析大量的煤层底板突水资料得出：如果煤层底板存在着隔水层，那么底板突水事故就会相应减少（山东矿业学院，1990；冶金工业部鞍山黑色冶金矿山设计院，1983），随着隔水层厚度的增加，底板突水次数和突水量会相应减少。匈牙利的学者韦格弗伦斯在1944年首次提出了一个新的概念——“底板相对隔水层”。他的观点是底板突水受到底隔厚度以及底板承压水的水压力大小的共同影响；1948年苏联专家斯列萨列夫将采空区的底板岩层看成是两端固定的梁，在梁的底部受到均匀分布的荷载，并给出了预测煤层底板突水的计算公式（杨成田，1981；魏志勇，1997）；20世纪50年代后，国外主要研究岩体结构与阻水能力的关系，以及岩体强度与抗破坏的关系；苏联专家为了研究底板岩层的变形过程，使用了相似材料立体模型；多尔恰尼诺夫（1984）等学者认为，在高应力的作用下，岩体或支承压力区呈现出渐进脆性破坏的现象，其破坏形式体现在裂隙渐渐扩展并且发生沿裂隙的剥离和掉块，从而促使底板高承压水突入矿井。20世纪60年代至70年代，底板突水机理研究在静力学理论基础上，研究者也强调了地质因素的重要性，主要是考虑隔水层岩性和强度。其代表性成果是匈牙利和南斯拉夫等学者提出的相对隔水层厚度，即以泥岩抗水压的能力作为标准隔水层厚度，将其他不同岩性的岩层换算成泥岩的厚度，并以其作为判断承压水上开采煤层底板突水与否的标准。这样换算后的等值厚度，不仅仅是厚度的概念，其中包含有强度要素。
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