华北型煤田下组煤开采围岩破坏规律研究

为了防止华北型煤田下组煤开采因围岩破坏致煤层底板奥灰突水,基于FLAC3D数值模拟软件,建立了下组煤开采试验工作面数值模型,利用光纤光栅传感器技术,监测了工作面回采过程中底板突水信息,通过数值模拟与监测结果的对比,获得了工作面煤层顶底板应力与破坏特征.结果表明:试验工作面初次来压步距为35～40 m,周期来压步距为10～20 m;工作面底板存有3个应力分区,即应力增高区、应力降低区和应力恢复区;煤层顶板破坏形态为沿走向和沿倾向方向“马鞍形”的叠加;试验工作面煤层底板破坏深度10.0～12.5 m,开切眼与终采线位置附近煤层底板破坏深度均达22.5 m,终采线位置附近煤层底板破坏深度大是试验工作面突水的主要原因.     

基于FLAC3D煤层底板采动变形规律的数值模拟研究

为研究深部高承压高应力条件下开采煤层底板破坏特征,以河南某煤矿15031工作面采场条件为工程背景,基于FLAC3D数值仿真软件,建立深部高承压高应力煤层深部开采的数值模型,对工作面回采过程中煤层底板破坏特征进行分析研究。研究结果表明:煤层开采后,煤层底板破坏深度先增大后趋于平缓,当工作面推进至140m时达到最大值为15.76m。通过理论计算与临近工作面现场实测进一步验证,模拟结果与现场实测值较为接近,由此可见FLAC3D数值仿真软件可以用于高承压高应力条件下开采煤层底板破坏特征的研究。     

坚硬顶板厚隔水层条件下底板突水致灾机理及全周期治理技术

峰峰矿区九龙矿4号煤层顶板为厚3.5 m的坚硬野青灰岩,煤层底板岩层组合为“厚隔水层夹薄层灰岩+奥陶系灰岩”,九龙矿开采4号野青煤以来,发生多起底板奥灰突水事故。针对煤层底板存在厚隔水层且传统井下底板加固甚至区域治理仍无法完全消除奥灰突水的现状,笔者基于零位破坏理论,建立了考虑顶板压力传递的煤层底板采动破坏力学模型,分析了顶板压力传递和承压导升作用下的底板突水致灾机理,提出底板水害“采前-采中-采后”全周期治理技术并通过井下底板验证孔-工作面涌水量-奥灰水位动态变化“三位一体”立体化监测对治理效果进行评价。研究结果表明：(1)坚硬顶板条件下,采空区悬露面积大,周期来压强烈,导致底板破坏深度增加,在煤层底板导水构造阶梯式导升作用下容易发生滞后突水;(2)通过采前区域治理对煤层底板进行全面加固消除致灾因素,采中对煤层底板微震事件多发、构造发育区域进行重点加固达到减水开采,采后补强加固实现保水开采,创建了工作面底板奥灰水害全周期治理模式;(3)治理后,工作面底板薄层灰岩与奥灰无水力联系,奥灰水位与工作面底板涌水量随工作面来压发生变化,但变化幅度较小,工作面涌水量仅为0.46～1.12 m3/...     

巨厚坚硬顶板工作面的底板破坏规律

针对郭庄矿开采9#煤时受巨厚坚硬顶板和底板奥灰水双重威胁的情况,利用现场钻孔注水试验手段与数值模拟的方法对9#煤底板进行破坏深度探测及破坏规律的研究.现场钻孔注水试验结果表明,工作面煤层底板监测钻孔控制深度内的底板岩层均发生了不同程度的破坏,最大破坏深度介于18.80~21.00 m,9#煤与下伏奥灰层间距不足20 m;数值模拟结果表明,坚硬顶板条件下,强制放顶比充填开采对煤层底板产生的破坏程度大.     

华北型煤田奥灰顶部利用与改造判别准则及底板破坏深度

随着我国华北型煤田开采深度逐年增加,大部分矿井已面临由上组煤转向深部及下组煤开采阶段,奥陶纪灰岩岩溶水害威胁呈上升趋势,底板突水危险逐年增加,而目前规范和规程中的底板突水系数法虽然应用较广泛,但并未充分考虑到奥灰顶部实际阻水能力,其评价方法存在一定的局限性。在现有奥灰顶部地质及水文地质条件认识的基础上,提出了部分矿区奥灰顶部存在阻水性能较好的风化充填带可作为隔水层利用的理念,将煤系隔水层厚度、风化充填带厚度、注浆改造段厚度和底板扰动破坏深度视为底板突水系数判别式的影响因素,建立了改造奥灰顶部岩层段厚度的判别准则,论述了底板破坏深度在判别准则中的重要性,并以韩城矿区桑树坪煤矿11号煤层3105工作面开采为典型案例,通过构建的17组数值模拟方案,分析得出了煤层开采深度对底板扰动破坏深度影响最大、开采厚度最小、开采宽度则存在尺寸效应等结论;同时将模拟数据与全国相似矿区实测样本结合,给出了采深、采宽和采高3因素影响的预测模型,并对其进行了验算和适用性分析,结果表明新模型拟合方程的误差均值、百分比、方差和均方差均优于统计公式,具有预测精度高、误差小、适用性广等特点,基本满足工程实际需要。其研究成果可用于奥灰顶部含水段的注浆改造实际工程中,对深部下组煤安全带压开采提供有利的技术保障。     

小纪汗煤矿11203工作面开采底板岩体破坏深度研究

煤层底板为砂岩裂隙含水层,在矿井高强度开采过程中,煤层下的承压水冲破底板隔水层涌入工作面,极易造成突水事故。以陕北榆横矿区小纪汗煤矿2号煤11203工作面为研究对象,从力学角度研究计算底板采动破坏深度,建立符合实际的数值模拟模型,分析工作面随着推进距离的变化,煤层底板变形特征和塑性区分布特征,运用应力应变法从物探角度进行现场探测,最终确定底板采动破坏深度。     

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。     

浅析澄合矿区煤层底板奥灰水突水机理

针对澄合矿区煤系基底奥灰岩突水问题,通过现场采动压力对煤层底板隔水层破坏深度的观测试验,分析了煤层底板奥灰水突水机理,为煤层底板奥灰水防治提供了依据.     

煤层群开采底板水害威胁评价及综合防治技术研究

为了实现查庄煤矿下组煤层群(8、9、10煤)的安全带压开采,本文采用现场实测的方法研究了煤层开采后的底板破坏深度,确定了底板破坏深度与所采煤层厚度的比值系数约为10;在考虑煤层开采对底板隔水层破坏效应的基础上,采用突水系数法对距离五灰和奥灰含水层较近的8、9、10煤进行了底板水害威胁评价,结果显示在不采取相关措施的情况下三层煤的开采都是不安全的。针对此种情况,确定了该矿高承压水薄隔水层复杂地质条件下煤层群开采底板水害防治的原则为:"综合勘查、有疑必探、先治后采、全程监测"。     

屯兰煤矿8号煤层带压开采可行性研究

随着近年来采掘区域及开采条件的变化，屯兰煤矿8号规划工作面内及周边断层发育，存在潜在的奥灰突水威胁，故采用数值模拟、理论分析等方法对8号煤层后续工作面带压开采的安全性、可行性进行评价研究。结果表明：8号煤至奥灰含水层间岩层抗水压能力和隔水能力中等，采动影响下底板破坏深度为21.07～26.55 m,实际承受的水头压力值均小于安全水头压力，正常块段发生突水的可能性小，建议8号煤后续开采工作面规格为：走向最长1 500 m,斜长最大不超过200 m.     

煤层底板采动变形破坏规律的数值模拟研究

以贵州河边煤矿12煤开采为例,利用FLAC3D软件模拟煤层开采后底板采动变形破坏规律,得到了12煤层底板采动破坏深度。模拟结果表明:12煤层底板采动破坏深度为8m左右,大于底板隔水层厚度,因此认为开采12煤层极有可能引起下部茅口灰岩含水层突水。     

赵固一矿底板灰岩含水层采动影响研究

为解决赵固一矿底板突水严重问题,根据其水文地质条件,分别利用经验公式、理论计算及UDEC离散元数值模拟对11111工作面开采引起的底板破坏深度进行预计,采用突水系数法对底板L_8灰、L_2灰和奥灰承压含水层的突水性做出评估,针对有突水危险的含水层提出底板注浆加固方案,并对加固后底板的稳定性进行评价。结果表明:11111工作面综采时底板破坏深度最大24.05m,接近L_8灰岩与二1煤层的平均距离26.16m;L_8灰含水层有向工作面突水的危险性,采前需对底板进行注浆加固;注浆加固后底板破坏减小,突水危险性明显降低。通过现场实测11111工作面涌水量变化可看出,工作面回采过程中最大涌水量为44.6m~3/h,未发生突水事故。     

承压水体上采煤突水危险性评价研究

结合斜沟煤矿地质与水文条件,通过钻探、地球物理勘探以及突水系数法对矿区8#煤层进行了研究,探明了8#煤层与含水层结构位置关系特征以及8#煤层采空异常区及采空积水异常区,获得了8#煤层底板至奥灰顶面间隔水层厚度以及底板奥灰水头压力区域分布特征,最后绘制了矿区8#煤层开采突水系数等值线图。结果表明:8#煤底板至奥灰峰峰组顶面厚度及岩性组合对阻止奥灰水与上覆各含水层间水力联系起到较大作用。隔水层厚度在井田内分布不均匀,8#煤层均位于突水系数小于0.1 MPa/m区域,仅在SK5孔附近煤层底板突水系数大于0.06 MPa/m。8#煤层承压水体上采煤时大部分区域无突水危险性,而在极少部分区域开采前应根据实际情况对煤层底板隔水层注浆加固或对奥灰含水层顶板注浆改造。     

渭北奥灰承压水矿区煤炭开采对水资源的影响及保护

随我国煤炭开采向深部发展,奥灰承压水体上开采导致底板突水与其生态水位下降之间的矛盾日益突出。在分析渭北澄合矿区典型工作面5号煤层含(隔)水层组合特征的基础上,采用理论计算与现场实测综合确定5号煤层开采的底板破坏深度,从含水层结构破坏、生态水位、水质等方面研究了煤层开采对底板承压水的影响。结果表明:澄合矿区5号煤层开采底板破坏深度8~10.8 m,不同工作面斜长与底板岩性组合是影响该区底板破坏深度的主控因素,工作面斜长与底板破坏深度呈正相关,与底板含(隔)水层组合为负相关关系,煤层开采对底板含水层结构影响程度由大到小分别划分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级区,其中,Ⅰ级区主要分布于中南部和北部,面积为6.78 km2,占总面积的45.2%;煤层开采尚未对含水层水位、水质造成明显影响。提出以底板注浆加固技术为主保护水资源,稳定生态水位,为渭北地区煤炭工业健康发展找到有效途径。     

赵固一矿高压水工作面底板突水性评价

基于赵固一矿煤层埋藏深、水压高、底板隔水层薄等特点,为了最大限度地回收煤炭资源,实现安全高效生产,采用直流电法现场实测、相似模拟试验、有限差分数值计算、离散元数值计算等多种手段对赵固一矿二1煤层11011工作面进行底板破坏深度预测,经过对底板隔水性分析和突水性评价,建立了一整套适合研究工作面底板防治水的技术体系,分析得出赵固一矿11011工作面底板L8灰突水危险性大,二灰、三灰以及奥灰突水可能性小。     

李家楼煤矿厚煤层开采断层底板破坏深度注水试验研究

李家楼煤矿进入厚度大于8m的底层煤开采阶段,距离奥灰强含水层最近,承受的水压最高,突水系数最大的首采工作面必须查明断层底板的破坏深度才能准确评价水文地质条件。采用注水试验的方法,获得了矿压对底板断层带破坏深度32. 5 m,深部破坏早于浅部的重要数据,同时获得了国家关于底板水文地质条件分类标准(GB/T 22205-2008)所需的岩石力学参数和水文地质参数,得到首采工作面水文地质条件简单的重要结论,为类似条件的工作面防治水提供了依据。     

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。     

带压开采首采工作面底板破坏深度研究

为得到离柳矿区柳家庄煤矿8号煤层首采工作面底板破坏发育特征,采用数值模拟及现场实测相结合的方法,研究了80101首采工作面底板破坏裂隙的发育形态及深度、不同工作面宽度条件下的底板破坏深度发育特征;根据压水判别依据,确定了5组底板破坏探测孔裂隙发育深度的实测数据。数值模拟结果表明:未受相邻采场采动应力影响下的首采工作面底板破坏深度发育较小,底板破坏在工作面走向上呈倒马鞍形,即工作面端部两侧底板破坏深度最大,最大破坏带向外侧倾斜为剪切破坏为主;工作面中部底板破坏深度小,以拉张破坏为主;底板破坏深度受工作面宽度影响较大,底板采动破坏深度与工作面宽度呈线性变化。现场实测结果表明,柳家庄煤矿80101首采工作面底板破坏深度为16.32~16.92 m,验证了数值模拟的有效性,同时为离柳矿区下组煤带压开采提供了基础资料。     

煤层底板采动变形破坏规律研究

以潘二矿11223工作面3煤开采为例,利用FLAC3D软件模拟煤层开采后地板采动变形破坏规律,从中获取底板破坏深度,并与理论计算结果相对比,进而分析其突水的可能性。底板破坏深度模拟结果为20 m左右,与距离底板近27 m处的第1层灰岩较为接近,因此认为该工作面3煤在开采过程中有突水的可能性。     

马堡矿15^#煤带压开采数值模拟研究

针对马堡矿地质构造复杂,主要岩溶含水层富水性强,下组煤距下伏奥灰很近,煤层开采面临着奥灰突水严重威胁的情况,运用数值模拟的方法,研究了工作面斜长对底板破坏规律与突水机理的影响,并对15号煤带压开采进行了安全性评价。研究结果表明:工作面斜长分别取160 m与110 m时开采15号煤产生的采动破坏带均会与承压水导升带贯通,隔水层丧失阻隔水性能进而导致底板突水,而工作面斜长为60 m时则不会发生底板突水。因此,可通过采取控制工作面斜长的方法提高带压开采的安全性。