薄基岩浅埋煤层覆岩运移流固耦合模拟实验

以石圪台矿薄基岩浅埋煤层为研究对象,解决了模型的密封性,实现了水压和水体的灵活加载,找到了隔水层材料配比。通过实验再现覆岩裂隙萌生、扩展及贯通全过程,上覆岩层不存在普通煤层开采的"三带",只存在垮落带和裂隙带"两带",导水裂隙带高度为6-16.4倍采高;顶板含水层使覆岩首先产生张裂隙,最终在采空区两端形成突水通道,造成顶板突水溃砂灾害。     

浅埋薄基岩含水层下煤层开采突水溃砂相似模拟实验研究

综合考虑含水层赋存、开采地质力学条件及煤岩体结构特征,自主研发了突水溃砂气液联动相似模拟实验装置,该设备包括含水层煤系地层模拟装置、气液联动调控装置和水压水量监测装置,设计最大注水压力80 k Pa,监测水压力精度1.0 k Pa,水位精度1.0 mm。通过神东矿区浅埋薄基岩含水层下煤层开采突水溃砂相似模拟实验,研究了采动煤岩体裂隙发育及突水溃砂导水通道分布特征,结果表明:沿工作面推进方向,突水溃砂通道发育过程划分为裂隙渐次发育阶段、裂隙贯通阶段和突水溃砂通道形成3个阶段;覆岩破断及突水溃砂区域划分为覆岩裂隙渐次发育区、水砂侵入区和水砂侵入阻断区3个区域。     

曹家滩煤矿顶板富水性分析及防治措施研究

为了避免西部高强度开采矿区发生工作面顶板溃水溃沙灾害，以地表生态脆弱的榆神矿区曹家滩矿井的首采工作面为研究背景，分析了首采工作面煤层的地质概况，确定了影响工作面发生水害事故的充水因素，将物理探测和“三图”法相结合对首采工作面煤层顶板富水性特征及分区进行了综合论证分析。结果表明：大气降水和地表水是矿井的间接充水水源，煤层顶板导水裂隙带波及范围内的延安组、直罗组和基岩风化带含水层的水为直接充水水源|导水裂缝带是矿井发生水害事故的主要充水通道|矿井风化基岩含水层富水性较强，延安组为弱含水层。通过FLAC 3D研究了覆岩裂隙运动破坏规律，工作面推进至180m后，导水裂隙带发育速度增加，推进至240m后达到最大值约159m，覆岩的裂采比为26.5。结合上述分析，提出了以完善矿井水害监测系统和建设防排水系统、合理确定回采参数和培训防治水专业人员相结合的防治水技术改进措施。     

冲积层高水压含水体下工作面突水溃砂机理分析

冲积层砂砾含水层导致的工作面的突水溃砂事故，对人员安全和设备有重大威胁。赵固一矿大多数薄基岩工作面在留设防砂安全煤(岩)柱的条件下可实现安全开采，但在特殊水文地质条件下仍有工作面发生突水溃砂事故。在分析归纳多起突水溃砂事故的基础上，总结了防砂煤（岩）柱失稳的主要类型，认识了特殊水文地质条件下事故的形成原因，查明了突水溃砂的形成机理。研究结果表明：工作面出现压架事故，顶板岩层持续抽冒造成超限开采，导水裂缝带波及砂砾高水压“天窗区”是致灾的关键因素。建议采取加强顶板管理，论证支架支承力适用性，适当留设保护煤柱，加强冲积层探测，针对性调整采动影响等预防技术措施。研究结果对我国类似条件的工作面安全开采具有借鉴价值。     

深埋煤层开采顶板泥砂溃涌灾害形成机理

深埋煤层开采采场顶板泥砂溃涌灾害是近年来侏罗系煤田发生的一种新型水害类型。以黄陇煤田照金煤矿ZF202工作面发生的泥砂溃涌灾害为背景,采用理论分析、现场探查、实验测试以及数值模拟等手段,分析黄陇煤田泥砂溃涌灾害发生的水源、物源和动力源基础,揭示侏罗系煤田深埋煤层泥砂溃涌灾害的形成机理。研究表明,照金煤矿深埋煤层采场泥砂溃涌灾害发生的主要原因在于煤层顶板侏罗系厚层胶结不良泥岩地层,在白垩系洛河组含水层充水影响下,泥岩地层迅速泥化崩解,从而造成工作面基本顶滑落失稳,发生压架切顶,崩解的松散泥岩层沿切顶通道集中溃入井下采掘空间造成灾害。研究成果为揭示深埋煤层的泥砂溃涌灾害具有重要意义,对后续区域内该类灾害危险评价与防治技术提供依据。     

浅埋煤层工作面顶板溃水机理及防控体系研究

浅埋煤层开采期间,覆岩导水裂缝带极易沟通煤层顶板上部全部含水层,引发工作面溃水灾害的发生。因此,在分析顶板溃水产生机理及形成条件的基础上,根据工作面开采顺序对首采工作面、次采工作面提出了相应的配套涌水量预计方法,可为工作面排水系统能力设计及设防能力确定提供理论依据;同时,针对浅埋煤层顶板发生溃水灾害的特点,提出了针对性的灾害防控体系。     

哈拉沟煤矿22402工作面初采期溃水溃沙机理及防治技术

结合哈拉沟煤矿22402工作面初采期煤层覆岩结构特征,对该工作面溃水溃沙事故的原因进行了分析,并提出了对应的防治措施。结果表明,22402工作面初采期煤层覆岩属单一关键层结构,关键层破断发生滑落失稳导致其上覆岩层整体断裂下沉,导水裂隙带导通了含水层与工作面,含水层水带动其上部沙粒溃入工作面而发生溃水溃沙事故。据此从开采前、开采期间和事故应急抢救3个方面,提出了工作面溃水溃沙事故的防治技术。     

薄基岩区顶板高水压工作面安全开采技术应用研究

霍州煤电集团店坪煤矿5#煤层工作面的开采受到突水溃砂的严重威胁,为保证即将进入采掘阶段的5-211工作面的安全回采,通过理论分析、计算及数值模拟等方法,得知影响防砂安全煤(岩)柱稳定性的因素主要有采煤工作面上覆岩层破坏情况及顶板高压水的影响,设计采用探放孔对顶板高压水进行超前疏放,在基岩变薄区域采用限高开采技术(采高2.2m)进行开采,现场应用效果表明,该方法成功的防止了工作面顶板突水溃砂事故的发生,实现了工作面的安全高效回采。     

厚表土层近风化带工作面安全煤岩柱留设研究

在分析平煤股份八矿已15煤层顶板水文地质条件与充水因素、受水害威胁的主要含水层富水性、采区覆岩岩性结构的基础上,对顶板突水危险性进行了评价,计算了采区工作面防砂和防塌安全煤柱垂直高度,并提出防止溃砂涌砂事故发生的安全管理措施,为保证工作面的安全顺利开采,提高矿井防灾抗灾能力提供了借鉴。     

大柳塔煤矿薄基岩浅埋煤层工作面矿压规律研究

为了研究薄基岩浅埋煤层矿压规律,防止薄基岩浅埋煤层工作面发生切顶事故,造成溃砂溃水事故,通过对大柳塔煤矿22614工作面现场矿压观测,得出了薄基岩浅埋煤层工作面矿压显现规律,结果表明：工作面上覆基岩厚度大于10 m的区域,工作面顶板来压比较明显,支架动载系数相对比较大,工作面上覆基岩厚度小于10 m的区域,工作面顶板来压不明显,实测工作面支架工作阻力大部分为5 400～7 200 kN,现有支架能满足生产需求。     

深井顶板水害定向钻孔及控域注浆关键技术

煤层开采易引发工作面顶板大面积突水灾害,注浆治理技术为有效的水害治理手段。针对王楼煤矿工作面开采过程中顶板侏罗系含水层突水灾害治理难题,根据构造动力学分析导水通道及集中出水点,采用地面定向钻孔及控域注浆技术堵截导水通道。结合工作面监测涌水量、水文观测孔水文变化及物探结果分析可知,注浆堵水效果显著。     

近厚松散含水层下综放覆岩破坏特征及安全开采分析

为研究距厚松散含水层较近的煤层综放开采覆岩的破坏特征,分析综放工作面开采的安全性,先对区域上覆地层的工程地质及水文地质特征进行了分析,并采用UDEC4.0数值模拟软件,分析了不同基岩厚度条件下综放开采覆岩变形破坏特征。研究结果表明,底部松散含水层富水性弱,补给条件差,可留设防砂煤柱;综放开采时,基岩厚度变化对工作面开采覆岩的移动变形破坏影响显著,垮采比为3.55,当其厚度小于40.4 m时,易引发压架及突水溃砂事故。     

祁东矿6163工作面松散承压含水层下安全回采研究

受松散承压含水层影响,祁东煤矿曾多次发生工作面压架突水事故,而具有类似含水层赋存特征的6163工作面在里段开采过程中实现了安全回采,通过现场实测和理论分析,从基岩厚度、覆岩关键层结构特征和顶板破断形态等方面与同煤层且发生过压架突水事故的6130工作面进行了对比研究,结果表明:6163工作面里段基岩厚度大,主关键层与煤层间距大是其未发生压架突水事故的主要原因;初采期工作面的调斜开采使顶板岩层能够产生区域性破断、来压,一定程度上降低了来压强度,也是实现安全开采的有利因素。     

浅埋煤层高强度开采覆岩(土)破坏演化及溃沙控制技术

随着我国煤炭资源的大规模和高效开采,薄基岩浅埋深的矿区常发生切冒、抽冒、台阶下沉,造成水资源和环境破坏严重。但是,赋存于萨拉乌苏组含水层下伏的连续黏土层的存在,使得基岩及其黏土隔水层组合结构下采动破坏规律不同于传统的基岩岩层,这将为防治矿井突水和实现保水采煤提供了条件。论文采用数值模拟和理论分析的方法,模拟了“黏土隔水层-基岩风化带-基岩”结构特征下不同黏土层与基岩厚度条件下覆岩(土)裂隙发育、顶板破断运动的基本特征,获得了浅埋深条件下采动覆岩(土)的破坏变异规律与发育高度,分析了溃沙的致灾因素和预测判据,并据此提出防治突水溃砂的技术手段。研究结果表明：浅埋煤层“沙土基型”覆岩(土)结构条件下,由于不同基岩与土层厚度的控制作用,使得覆岩(土)破坏发育高度和特征产生变异;水砂源、通道、动力源和空间是近松散含水层溃砂的主要致灾因素,并提出了预测溃沙发生的判据;可通过防止顶板切冒、含水砂层水头压力疏降、局部注浆固沙和合理留设防砂(塌)煤岩柱等技术控制浅埋煤层溃砂灾害发生。     

缓倾斜近距离煤层群开采流固耦合相似模拟覆岩运移规律研究

为研究缓倾斜近距离煤层群开采覆岩破坏及水动力演变规律,防止开采过程中发生突水灾害,采用理论分析、对比分析、相似模拟等研究手段对工作面是否留设隔水煤柱及含水层加压后突水通道形成进行研究。结果表明:(1)不留设隔水煤柱时,覆岩破坏范围会随L1614、L1615、L1616工作面开采而扩大,顶板重复破坏会形成连通工作面和K_3、K_4含水层间的导水裂隙;(2)L1814、L1815、L1816工作面分别留设32.9m、47.9m、59.2m宽的隔水煤柱后,导水裂隙只导通了K_4含水层;(3)K_3含水层加3倍初始水压时,下方离层水静水压力超过下位岩层的极限抗剪强度,击穿下位岩层并与导水裂缝带连通,形成突水通道。     

老公营子煤矿顶板突水机理与防水安全煤岩柱留设研究

留设防水安全煤岩柱是预防煤层顶板突水的主要技术措施。老公营子煤矿Ⅰ03(2)工作面在防水安全煤岩柱留设尺寸满足规程要求的情况下发生松散含水层突水事故,最大突水量达760 m3/h。从覆岩岩性与结构、含水层水压、有效隔水层厚度等方面分析了顶板突水机理,认为突水是在特定水文地质条件与采矿条件下发生的,并提出根据已回采工作面最小基岩柱厚度与煤层开采厚度比值(柱厚比)来确定防水安全煤岩柱留设尺寸的方法,在柱厚比29时煤层开采不会发生顶板突水,并在后续回采工作面中得到了验证。     

煤层露头区域薄基岩工作面顶板水害治理方案

基于对煤层露头薄基岩区域水文地质条件与上覆含水层、隔水层物理力学性质分析基础上,确定该区域煤层顶板含水层富水性的判据。以河南能源集团赵固二矿煤层露头区域薄基岩工作面为背景,通过针对煤层顶板含水层不同的富水性合理留设防隔水煤(岩)柱,并与施工井下顶板探放水钻孔相结合的治理方案,综合治理矿井顶板水害。结果表明,该方案成功治理露头薄基岩区域顶板水害,消除矿井溃水溃砂威胁。     

崔木煤矿21301工作面压架突水原因及防治

针对崔木煤矿21301工作面压架突水,研究了冒落带与上部延安组顶板和直罗组砂岩含水层富水区沟通,导水裂隙带与上部白垩系洛河组含水层导通,对下部含水层形成补给。分析了突水灾害发生的原因,通过采取严格控制采高、实施间隔放煤、加强超前支护等措施,来避免压架突水事故。相关经验措施可以为崔木煤矿类似受压架突水威胁工作面的顺利回采提供参考和借鉴。     

薄基岩突水威胁煤层开采覆岩变形破坏演化规律研究

针对赵固一矿11011工作面大埋深薄基岩厚覆盖层下煤层开采难度大,存在涌水涌砂威胁的现状,采用现场调研与统计分析方法,论述了薄基岩突水威胁煤层涌水涌砂的条件.其基本顶关键层周期性破断后形成“砌体梁”结构.此文利用“短砌体梁”及失稳后呈“台阶岩梁”的理论解析验算后认为,该面顶板结构极易产生回转及滑落失稳,进而形成突水通道.在此基础上还采用相似模拟试验的方法,分析了采场上覆岩层破坏、运移演化规律,确定了该面项板垮落带高约17m,导水垮裂带高约48 m,故若在此范围内存在含水层或流砂层,应及时采取措施.课题组还用实测法验证了工作面采后覆岩破坏高度,并制订了预防顶板突水开采方案,为类似条件下煤矿防治顶板突水安全开采提供参考.     

野川煤业薄基岩区顶板突水溃砂防治研究

山西煤销集团野川煤业有限公司即将进行3#煤层的回采,通过高密度电法探测、理论分析及数值模拟等方法研究表明,3101工作面的开采受到突水溃砂的严重威胁,为保证3101工作面的安全回采,设计采用探放孔对顶板高压水进行超前疏放,在基岩厚度小于75m的区域采用限高开采技术(采高2.4m),现场应用效果表明,该方法成功的防止了工作面顶板突水溃砂事故的发生,实现了工作面的安全高效回采。