断层影响下底板突水危险性预测

采动底板断层突水危险性预测与评价是煤矿底板突水灾害防治的基础和依据。针对断层诱发底板突水问题,基于岩体极限平衡理论,综合考虑断层本身性质和矿山压力中应力降低区的作用,得出底板隔水层的极限水压解析式,提出突水力学判据。结合工程背景,基于多物理场软件COMSOL Multiphysics建立数值模型,计算了隔水层中承受的实际水压。基于突水力学判据,该矿底板隔水层所承受的极限水压大于隔水层中承受的实际水压,底板隔水层完整,不发生突水。结果表明:底板断层突水危险性预测结果与实际开采过程中结果相吻合。     

晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。     

开滦范各庄井田12煤层底板突水危险性的地质评价

根据隔水层的岩性和结构特征,提出了评价隔水层隔水性能的岩性-结构评价方法;并在突水系数中考虑隔水层的岩性-结构特征,提出了煤层底板突水危险性评价分类.针对开滦范各庄井田12煤层底板突水地质条件实际,系统分析了12煤层底板砂岩裂隙含水层厚度及其特征、隔水层的岩性及其分布和断裂构造条件,对开滦范各庄井田12煤层底板突水危险性进行了评价.研究表明,煤层底板隔水性能取决于隔水层岩性和断裂构造,随着底板泥岩百分比含量和厚度的增加,隔水层抵抗水压的能力增强,隔水性能变好;随着断裂发育程度的增加,底板隔水层由完整结构、块裂结构到碎裂结构和松散结构,底板隔水性能降低,且完整底板泥岩层的抗水能力明显大于含裂隙的底板泥岩层.开滦范各庄井田12煤层底板发生突水的水源以12～14煤层间砂岩裂隙承压含水层为主,其砂岩裂隙含水层的厚度由井田的浅部向深部增厚;含水层水压随其埋藏深度的增加而增高,呈线性关系,且富水性增强;12煤层底板隔水性能随着煤层埋藏深度的增加而减弱,且突水危险性增强.     

庞庞塔煤矿9~#煤层带压开采安全性及治理措施

庞庞塔煤矿9~#煤层工作面为带压开采,以9-101首采工作面为背景,采用极限水压理论及突水系数法探究底板突水的危险性,模拟分析了工作面回采期间底板塑性破坏的深度及底板隔水层注浆加固效果。结果表明,正常条件下底板塑性破坏深度为27 m,底板存在较大的突水危险,注浆后底板破坏深度减小为10 m,奥灰含水层突水的危险性解除。可见,通过底板注浆改造,能够保障庞庞塔矿9-101工作面的安全回采。     

大采深矿井开采底板突水防治对策探讨

针对X矿开采深部4#煤层底板突水问题,分析了该矿地质、水文地质条件,分别对工作面掘进和回采进行了危险性评价,并提出了利用奥灰局部疏水降压、增强煤层底板隔水层阻水能力、降低煤层底板破坏深度、构建开采期间底板突水预警系统来降低煤层底板突水风险的综合措施。     

大采深矿井断层防隔水煤(岩)柱留设的探讨

峰峰矿区断裂构造发育,在深部开采的一些矿井,由于水压高,在高压水头和矿山压力联合作用下,断层上盘开采或掘进时,可能发生突水事故,须留设防隔水煤(岩)柱,但由于水压高,留设的防隔水煤(岩)柱尺寸较大,影响正常生产,也不利于断层的导(含)水性、断层带胶结程度及断层带附近煤岩层完整性精准探查。因此,在保证巷道掘进安全的前提下,重新探讨矿井深部断层防隔水煤(岩)柱的留设,通过分析计算巷道掘进期间底板安全隔水层厚度、超前距表格及公式等,决定Ts暂取0.10 MPa/m进行计算留设,既能满足巷道掘进期间底板安全隔水层厚度及超前距,又能为断层的导(含)水性、断层带胶结程度及断层带附近煤岩层完整性进行探查与治理创造条件。     

阳煤二矿15#煤层带压开采安全性评价

阳煤二矿15#煤层存在带压开采的问题,为确定其带压开采的安全性和可行性,采用水文钻孔勘查、理论分析计算等方法研究表明,奥陶系灰岩含水层水头压力为1.6MPa,15#煤层和奥灰水间隔水层厚度为35.0m,隔水性能良好,工作面回采期间底板塑性破坏深度为11.6m,突水系数为0.085MPa/m,突水系数小于0.1MPa/m,极限水压为5.6MPa,远大于实际水压,在完整底板条件下工作面能够安全的进行回采。     

大采长高导深工作面回采巷道突水机理及防治技术

通过分析K2101工作面回采巷道内的水质和二2煤底板地质构造,得出了突水水源以及回采巷道底板扰动破坏机理。以"先探后掘、循环推进"的原则,在回采巷道掘进期间对浅部砂岩裂隙进行封堵,阻断与深部灰岩水的联系,防止裂隙导通发生突水。按照"二维立体布孔"原则,在工作面底板改造钻孔设计上对工艺进行优化,减少回采期间由于底板扰动浅部砂岩裂隙出水,同时阻断砂岩裂隙与深部灰岩间的水力联系。     

基于微观裂隙扩张的采场底板突水机理研究

基于矿山压力和岩层控制理论,分析了工作面附近支承压力及底板水压的空间分布特征,确定了两者对底板的力学作用机制。通过建立裂隙力学模型,从微观角度研究了支承压力和水压对裂隙的作用效果;以薄板理论为依据,从宏观角度研究了含水层水压对底板有效隔水层的作用机理,并给出底板突水极限水压值的计算公式。结果表明:支承压力的增大会导致裂隙渗透系数的减小;水压的增大会导致岩体强度的降低和裂隙劈裂长度的增加。采场底板突水的实质是采动引起的矿山压力和承压水水压共同作用下微观裂隙的扩张和底板有效隔水层的断裂。     

断层影响下底板隔水层的破坏机理研究

为了研究断层对底板隔水层稳定性的影响,根据岩石剪切破坏的极限平衡条件推导出隔水层破坏的临界水压力公式,并提出突水判据.基于临界水压力公式分析了断层倾角、内聚力和断层煤柱宽度对底板隔水层破坏的影响规律.结果表明,断层倾角越小,底板隔水层能够承受的临界水压越小,底板就越容易发生突水;若断层带内聚力越小,即断层带强度越软弱,底板临界水压力也随之减小,此时底板发生突水的可能性越大;断层煤柱留设宽度越大,底板越不容易发生突水.工程应用表明预设的煤柱宽度偏小,有发生底板突水的可能,为保证安全开采,根据所推出的临界水压力公式计算得出合理的断层煤柱宽度应为34.3 m.     

深部开采底板破坏及高承压突水模式、前兆与防治

以深部开采底板承压超过5 MPa的特殊条件为研究对象,围绕复杂结构底板隔水层采动破坏及其诱发高承压突水这一核心问题,以大量突水资料为背景,分析了底板突水的形成及影响因素、水岩相互作用、时空分布及规律,总结了底板突水的两类基本模式,即完整型底板突水模式和断裂构造型底板突水模式。采用现场实测、数值模拟及物理模拟等手段,揭示了深部开采条件下底板隔水层的采动破坏规律,即在底板承压超过5 MPa条件下,工作面底板隔水层受超前应力破坏明显,深度一般在25 m左右;在相同底板隔水层结构和开采条件下,随着水压的升高,底板破坏深度及范围不断增大;工作面底板不同位置的破坏范围具有差异性,从工作面正下方往采空区方向由倒马鞍形逐步过渡到倒梯形。利用高承压矿井突水模拟试验系统,设计并完成了单一结构、多层组合结构以及断裂结构底板隔水层条件的底板高承压突水模拟试验,揭示了不同底板结构模型突水的压力及孔隙水压力变化特征,试验结果表明:采动引起的底板压力及孔隙水压力呈周期性波动,与工作面推进距离有关。突水通道形成过程中,各参数均表现为较大幅度升高并剧烈波动;通道一旦形成并发生突水时,压力和孔隙水压力均急剧下降,并稳定在某一范围,试验结果表明,...     

深部煤层底板突水危险性预测的PSO＿SVM模型

为了更好地预测深部煤层底板突水危险性,将深部煤层底板破坏深度多元非线性数学模型给出的预测值,与底板含水层水压力、隔水层厚度、工作面斜长、埋深4个因素相结合,共同作为深部煤层底板突水危险性预测的输入向量;运用PSO获取SVM的最优惩罚因子和核函数参数,建立了深部煤层底板突水危险性预测模型,并与突水系数法、马氏距离判别法、贝叶斯判别法的预测精度进行对比。结果表明:深部煤层底板破坏深度数学模型预测的准确度较高;考虑煤层底板采动破坏影响的深部煤层底板突水危险性预测模型,较好地预测了煤层底板突水危险性,其准确度相比于突水系数法、马氏距离判别法和贝叶斯判别法均较高。     

断层影响下底板突水通道研究

基于岩体极限平衡理论,综合考虑断层本身性质和矿山压力中应力降低区的作用,解得底板隔水层的极限水压解析式,推导出底板突水力学判据,结合华泰煤矿7502工作面,解得底板隔水层的极限水压大于实际承压水水压,底板隔水层中没有形成突水通道;基于FLAC3D流固耦合理论,建立了断层影响下煤层开采的数值模型,得出断层带中的承压水导升高度(8m)较正常岩层(6m)高,断层影响下底板岩体应力呈非对称分布,断层附近的底板采动破坏深度(24m)大于未受断层影响的底板破坏深度(20m),底板破坏区与断层导通,承压水通过断层进入破坏区,形成突水通道,发生底板突水。结果表明:断层影响下的底板突水,往往不是底板隔水层破坏导致,而是承压水通过断层进入采动破坏区所致。     

“突水系数”之概念不能成立

五十年代末,我国根据底板突水资料采用了突水系数这一概念,即每米厚度隔水层承受的临界水压值,借以衡量和确定降低煤层底板水压的安全水头值。目前通用的突水系数数学表达式为     

北辛窑矿南翼大巷突水机理及防治措施

以宁武煤田北辛窑矿南翼大巷底板突水为研究对象,通过分析矿区地质、水文地质特征,对比突水前后区内奥灰水文观测孔水位变化,结合突水点水化学分析,研究了该矿突水水源及突水机理。结果表明:2次突水的动态过程相似,最大涌水量和稳定涌水量具有可比性,突水时间与奥灰水文观测孔水位陡降时间吻合,突水点水样特征与本区奥灰水特征基本一致,确定突水水源为奥灰水。F8断层切割奥灰含水层形成突水通道,加之巷道掘进扰动破坏了相对隔水层的稳定性,奥灰承压水克服构造裂隙阻力,引发突水;采用定向钻孔注浆堵水技术,对2个突水点进行封堵,并注浆加固了巷道底板,确保了南翼大巷安全掘进。     

16煤层底板突水危险性评价

通过对滨湖煤矿16煤层水文地质条件、充水条件的分析,综合考虑开采对底板的破坏,隔水层的阻力及承压水等因素,利用安全隔水层厚度法、突水系数法和底板阻水厚度法,分别对掘进巷道和工作面回采受水威胁程度进行了评价。为以后的矿井防治水工作及确保16煤安全生产提供依据。     

运用突水系数法和模糊聚类法综合评价煤层底板突水危险性

在综合分析煤层底板突水危险性影响因素的基础上,提取评价煤层底板突水危险性关键指标。为解决突水系数法评价煤层底板突水危险性的局限性,引入模糊聚类法综合评价煤层底板突水危险性。模糊聚类法综合考虑多种因素,解决了突水系数法评价中临界值的问题。以南屯下组煤十一采区为例,提取采深、隔水层厚度和水压为关键指标,运用突水系数法和模糊聚类法综合评价其底板突水危险性,对南屯下组煤开采奥灰水防治具有重要的指导意义。     

煤层底板突水危险性的可拓评判及应用

为了全面评价煤层底板突水危险性,选取断层密度、断层导水性、裂隙发育程度、承压水水压、含水层富水性、岩溶发育程度、强水源补给、隔水层厚度、隔水层强度、隔水层完整性、开采厚度、开采深度、工作面斜长等13个因子作为影响底板突水的主要因素,以物元理论、可拓集合论和关联函数运算为基础,建立了煤矿开采底板突水危险性等级评价的物元模型。应用该模型对淮北某矿3612工作面底板突水危险性进行评价,验证了其正确性。选取近年来煤层底板突水的典型案例作进一步的应用分析,其结果与实际相吻合。基于可拓评判法的煤层底板突水危险性分类具有较高可靠度和实用性,研究结果为煤层底板突水危险性分类提供了一种新的思路和方法。     

隔水层等效厚度的评价确定

矿井带压开采是解放受底板突水威胁的下组煤的有效方法之一,对下组煤底板突水危险性的评价是确保煤矿安全开采的重要手段,其中下组煤底板隔水层阻隔水能力的确定是评价矿井突水危险性的重要因素,但是在突水危险性评价中隔水层的等效厚度往往难以有效确定。为了评定隔水层等效厚度,以新阳井田为例,从岩性组合、岩层抗压强度与隔水能力、底板采动破坏深度等多个方面综合研究,最终确定评价了井田下组煤底板隔水层的等效厚度,为类似煤矿下组煤底板隔水层等效厚度的确定提供了综合的评价方法。     

赵各庄矿深部开采底板突水特征及防治技术

为了研究深部开采高水压条件下的底板突水特征及防治措施,根据赵各庄矿水文地质条件,通过对深部14水平122煤层底板隔水层隔水性能、底板灰岩岩溶发育情况、揭露断层导水性的分析,认为14水平122煤层底板突水特征为断层采动型,预防底板突水的重点是防治断裂带采动滞后突水,并给出了在巷道掘进、回采等方面的防水技术措施,以及合理的防水煤柱宽度.通过计算得出,东Ⅲ断层上、下盘防止突水发生的合理保护煤柱宽度分别为262m、233m.