厚层坚硬顶板离层发育特征与水害成因机理

针对部分区域矿井离层水害严重的问题,结合淮北杨庄矿水文工程地质条件和开采条件,采用离散元数值模拟方法,研究厚层坚硬覆岩下离层发育特征及其动力突水机理。结果表明:离层在发育过程中受岩浆岩的支撑作用和应力重分布的影响呈现移动拱形特征;火成岩的冲击性破断和充足的离层水源是发生突水事故的关键因素。该研究为同类地质条件矿井的离层水害防治提供了有益参考。     

离层水突水模式与离层破断距

近几年,离层积水引发的突水事故较多,离层水害的发生往往难以预判,因此需要针对离层突水开展深入的研究,提出离层突水主要有3种模式,离层动水压突水、静水压突水以及重复扰动突水,并针对离层动水压突水,研究了离层的破断距,得出了其计算公式.利用模拟实验研究和实测资料,对离层发育规律和离层破断距进行了研究,并指出离层水害防治,重点在于预计离层发育位置,在正确预计离层发育位置基础上,可超前施工疏导钻孔,防止离层水害.     

李家楼煤矿离层水害的成因与防治

在东山煤矿集团李家楼煤矿1202工作面老空区短期突水的水源难以确定的情况下,水文地质条件分析否定了原有的陷落柱突水的认识,顶板导水裂隙带的计算确定了2#煤和上覆7.5 m的03#煤开采造成的顶板的复合破裂形成的导水裂隙带高度小于煤层顶板隔水层的厚度,隔水层与上覆厚层砂岩含水层组合具备了离层空间的形成条件,离层空间的底板的隔水层的完整性没有遭到破坏,大气降水给离层空间的充水具备了存储条件。离层带底板的突然破坏是造成突水的根本原因。离散元数值模拟再现了次生离层空间的形成过程,证实了水文地质条件分析的正确性,为以后的防治水工程指明了方向。     

FLAC3D模拟采动岩体渗流规律

为从根本上研究煤层开采工程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律,首次运用FLAC3D数值软件的应力-渗流耦合系统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别,得出了一些对防治采场顶板突水有益的结论,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据.数值模拟结果表明采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,且当主关键层破断时,采场最易发生顶板突水事故.在此基础上,将采场的渗流动态变化特征与采动岩体的破断、运动规律结合分析,给出了采场顶板破断及破断岩块再组合压实过程中渗流裂隙的扩展、闭合普遍演化过程.如果水源有限且现有设备能及时排除水患,当煤层采完后,采动岩体能重新压实闭合失去导水性能,地下水位能逐步恢复,即保护第四系及地表水的采煤技术可以实现.同时证明FLAC3D的应力-渗流耦合系统能预测并预算采动岩体裂隙产生、发展、闭合及相关危害性的可靠的数值定量分析软件,可作为一个新方法在顶板突水防治和保水采煤技术中应用.图5,表1,参11.     

综放开采条件下煤层顶板涌(突)水危险性评价

为评价综放开采条件下煤层顶板涌(突)水危险性,以焦坪矿区某井田为例,通过水质分析和导水裂隙带发育高度分析相结合的方法,对矿井顶板涌(突)水水源进行了判定,同时在基于GI-变异系数法的含水层富水性分析,基于砂泥岩分布图的离层发育危险性分析和基于裂采比的冒裂安全性分析的基础上,通过叠加分析对顶板涌(突)水危险性进行了评价。结果表明:矿井顶板涌(突)水水源为白垩系下统洛河组下段砂岩裂隙潜水含水层水,以及发育在宜君组粗砾岩与直罗组顶部泥岩之间离层空间内的离层水。顶板涌(突)水危险的区域主要分布在井田中部和西部,其中中部的一、二盘区由于煤层采厚较大,导水裂隙带突破洛河组底界的范围较广,顶板涌(突)水危险性最大,且存在局部离层强突水区;井田西部三、四盘区主要为顶板涌(突)水中等危险区;井田东北部五盘区,大部分区域为相对安全区,局部存在含水层突水中等危险区。     

上覆巨厚火成岩顶板条件下工作面安全开采实践

一、概况 海孜煤矿中、西部沿5煤层侵入的岩浆岩是影响矿井安全生产最主要的地质因素。开采过程中，该火成岩的离层、弯曲以及破断活动是造成开采过程中矿压、瓦斯、矿震动力灾害、突水、地表下沉塌陷重要因素。     

亭南煤矿综放开采矿山压力数值模拟

为了分析综放工作面顶板断裂、垮落形式,以及工作面支承压力分布及影响区域范围,对亭南煤矿101综放面,分别应用UDEC与FLAC3D软件进行了数值模拟对比分析.结果表明随工作面的推进,直接项出现离层、破断,并在采空区前后煤壁上方基岩出现拉裂缝.当工作面推进到60m左右,老顶出现初次破断,形成初次来压,之后工作面每推进30 m,老项出现周期来压.模拟结果再现了顶板冒落、离层、破断,综放面初次、周期来压及围岩应力集中、重新分布等现象,这些结果与现场矿山压力观测结果基本吻合,为矿压观测提供了直观、准确的数值分析方法.     

王楼煤矿离层形成机理研究

王楼煤矿3上煤层开采过程中有多个工作面曾发生离层突水,为确保矿井安全高效生产,减少离层水害对矿井的影响。在分析矿井地质条件的基础上,运用关键层理论分析方法,对3上煤层采动后造成的覆岩移动破坏规律进行研究。得出王楼煤矿产生的可积水离层空间位于岩浆岩下部与侏罗系底部。     

大采高综采端头悬顶水力切顶控制机理

为解决大采高综采端头顶板难垮问题,以陕北侏罗纪典型煤层条件为背景,结合理论分析、数值模拟与现场试验,对顶板破坏时的人工干预破断裂隙演化与其采动应力耦合作用规律进行研究。通过对顶板割缝损伤弱化模型的研究,揭示水压裂隙控制顶板的破断规律,给出定向割缝的控制参数;基于此,构建定向裂隙与采动应力耦合模型,分析水压切割定向裂隙控制顶板破断的裂隙演化规律,提出水压致裂切割定向裂隙控制端头顶板破断的技术方案与工艺方法。结果表明:顶板水压致裂后,顶板破坏类型由拉伸破坏转变为拉剪复合破坏,定向裂隙尖端形成了翼型裂纹与反翼型裂纹,顶板破断角由45°变成56°,煤壁塑性区、片帮深度均减小;现场试验后,初次来压步距为32 m,周期来压步距为12. 2 m.     

锚杆支护巷道顶板离层监测系统软件的开发

为了简化回采工作面两巷顶板离层动态监测计算,结合研究课题开发了一种用于顶板离层监测数据处理的系统软件,软件可以通过交互式界面将矿井与工作面基本信息、质量指标及日常观测数据录入,经系统软件计算并分析后,可将观测结果以日报表、综合报表和模拟图形形式显示并打印出来,通过报表和模拟图形的输出,可非常迅速地发现顶板离层安全隐患点的位置和相应的离层量,并为有效提出处理措施提供科学依据.     

基于组合赋权法的煤层顶板突水危险性评价

传统的富水性评价中往往采用单一的赋权方法,为准确评价煤层顶板直接充水含水层的突水危险性,提出了一种组合赋权法.首先,在充分分析矿井水文地质资料的基础上,选取岩芯采取率、渗透系数、含水层厚度、脆塑性岩厚度比、砂泥岩互层特征作为富水性评价指标,通过拉格朗日乘子法将层次分析法与熵权法得到的各评价指标权重进行优化组合,得到其组...     

常村煤矿N2-7陷落柱及其水源分析

常村煤矿N2-7皮顺巷掘进过程中发生涌水,经探测证实是陷落柱涌水。通过对陷落柱涌水的涌水量类比,利用水质及同位素判别,结合矿区地质、水文地质等多种因素综合分析,判定了常村煤矿N2-7陷落柱的涌水水源不是奥灰层含水,而是上部砂岩水,从而为矿井的防水、堵水的设计与施工打下了基础。     

矿井突水地质构造富水性的探查技术

岩溶陷落柱、断裂、老窑采空区是引起矿井突水的主要地质构造。在对比研究了各种物探方法应用条件的基础上,采用三维地震查明地质构造的类型、大小及分布范围,利用瞬变电磁法和SYT电磁测深技术探查构造的富水性。研究表明,地层的富水性与其视电阻率大小具有一定的相关性,富水的地层视电阻率值较低,反之视电阻率较高。根据横向和纵向电阻率等值线图分析地质构造的富水性,为矿井突水危险评价提供地质依据。淮南矿区突水地质构造探测结果显示:在探测区内发育两个陷落柱,西北部的陷落柱无水,东部陷落柱富水程度高。实际巷道揭露资料与探测结果基本吻合,该物探方法组合不失为探查地质构造富水性的一种有效手段。     

薄基岩浅埋煤层保水开采技术研究

薄基岩浅埋煤层开采过程中顶板基岩易全厚切落,破断直接波及地表,存在顶板突水的安全隐患.在分析顶板导水通道特征基础上,针对浅埋煤层采用传统技术实现保水开采的难点,从开采方法本身采取措施,提出了一套较为系统的薄基岩浅埋煤层保水开采新技术.此项技术的关键有三:一是长壁工作面快速推进;二是支架合理支护阻力的计算确定;三是局部降低采高或局部充填.补连塔煤矿32201工作面的三维固-液耦合数值模拟计算和现场实践结果证明,该套技术的应用是成功而有效的,可在薄基岩浅埋煤层保水防溃开采中推广应用.图4,表1,参12.     

矿井突（涌）水预测及预警研究

为了阐明不同地质条件下煤层底板突水机理,划分了三种突水模式：正常岩层底板突水模式、断层裂隙带突水模式、陷落柱突水模式,尽管模式不同,但都能统一归结为厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水两种最基本的突水机理。在宏观预测的基础上,形成了构造及其导水性的预测探查规范程序。在流一固耦合实验研究的基础上,建立了广义三重介质流一固耦合模型,为突（涌）水量预测奠定了基础。把煤矿突水的主控要素转化为灾害发生的监测预警指标体系,应用突水预兆信息原位拾取、适时检测、远程监控和智能判别技术,建立矿井水灾预警的硬件系统和识别系统。     

团柏煤矿底板奥灰水赋存特征研究

团柏煤矿受到顶板K2含水层和底板O2奥灰岩溶水的影响,对矿井安全生产具有一定的威胁。论文分析了底板奥灰水赋存规律,建立了底板含水层突水涌水量预测模型,并利用该模型对团柏煤矿底板奥灰水突水量进行了预测。研究结果对矿井开采设计与矿井防治水工作具有重要的指导意义。     

梧桐庄矿导水陷落柱的水源辨识研究

岩溶陷落柱作为煤田一种特殊的地质体,不仅影响了煤炭开采过程中巷道布置、巷道稳定性、煤炭开采数量,而且可能引发工作面突水,对井下矿工的生命安全带来严重威胁。本文以梧桐庄煤矿为例,结合矿井水文地质条件及突水水源的水化学特征,建立聚类分析模型、模糊判别模型,对突水水源进行判别,结果显示,成功的预测出陷落柱的存在,并且水质和水温已经成为梧桐庄矿导水陷落柱的辨识依据。这种方法在其它水文地质条件相似的煤矿都起到了很好的借鉴作用。     

基于GIS信息系统及人工神经网络的砂岩富水性预测研究——以赵庄矿3号煤层顶板砂岩为例

在分析赵庄矿自然地理、区域构造、区域水文地质条件、矿井突水灾害的基础上,根据研究区的断裂构造、隔水层厚度、奥灰水压以及奥灰顶部富水性在空间区域上的变化特征,研发了基于GIS组件的顶板砂岩水预测信息系统,该系统主要实现了评价指标的自动统计、图形的管理等功能,具有强大的空间分析功能,同时应用非线性的人工神经网络(ANN)技术确定了各主控因素的权重系数,在此基础上建立了煤层顶板砂岩富水分区评价模型,大大提高了预测指标统计的速度和精度。并应用该系统对3号煤层顶板砂岩富水性进行了评价,为井田3号煤层顶板突水危险性评价与预测和井下水害防治提供理论依据。