小槽煤重复采动条件下断层防水煤柱宽度的数值模拟研究

为了合理确定断层防水煤柱宽度,利用FLAC数值模拟技术,根据小槽煤(太原组12下煤和16煤)重复开采的条件,对断层煤柱宽度进行数值模拟。结果表明,上、下两层煤开采时,围岩应力、塑性区分布及其变化特征不同,所需的断层防水煤柱宽度变化较大,12下煤开采时断层防水煤柱宽度为20 m;16煤重复采动条件所需的煤柱宽度为50 m左右。重复采动条件的断层煤柱留设宽度模拟结果能形象地刻画断层受采动影响程度,指导性更强,比《煤矿防治水规定》中的计算方法更具有一定的优越性,更能有效指导矿井16煤的断层防治水工作。     

谢一矿断层防水煤（岩）柱留设的实践

留设断层防水煤柱是矿井预防断层突水的必要措施之一，特别在开采受岩溶水威胁的煤层而又有导水断层晨显得更为必要。谢一矿在开采４１采区受底板灰岩岩溶承压水的Ａ组煤时，根据具体的水文地质条件，先后计算并留设了Ｆ１３－８、Ｆ１５－１、Ｆ１３－５三条断层的防水煤柱，安全采出了７７．３万吨Ａ组煤。     

金乡煤矿松散含水层下开采的水文地质研究

讨论了巨厚松散含水层下开采合理留设煤柱的问题。在分析金乡煤矿底部含水层水文地质条件的基础上,模拟实际开采情况,用数值法求得合理的防水煤柱尺寸为59m。应用地下水动力学原理,求得留25m防砂煤柱时的疏于水量为192m3/h。指出在金乡煤矿留设防砂煤柱是最合理的。      

巨厚松散层下防水煤柱合理留设及其数值模拟

防水煤柱合理留设是巨厚松散层下煤炭开采设计的基本参数。通过对东欢坨矿第四系巨厚松散层地质特征分析,揭示了本区第四系巨厚松散层中的含、隔水层厚度及其结构分布特征和对煤炭开采充水的影响,建立了巨厚松散含水层下防水安全煤柱计算模型和理论,提出了在巨厚松散层下的防水煤柱留设的非线性计算方法,计算东欢坨矿8煤层防水煤岩柱的高度为65.62 m。根据流-固耦合理论,应用FLAC3D数值模拟计算软件,模拟了东欢坨矿 8煤层开采过程中上覆岩层变形破坏规律,揭示了煤层顶板岩体冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带的分布规律,获得了防水煤柱高度及相关工程技术参数,验证了巨厚松散层下防水煤柱留设的非线性设计方法和计算模型的可靠性,为巨厚松散层下防水煤柱合理留设探索了可行途径。      

断层冲击地压的影响因素分析

针对断层冲击地压问题,通过建立断层-煤柱变形系统,得到了断层错动型冲击地压的发生条件,并对其主要影响因素进行分析。结果表明:当采空区宽度一定时,载荷随煤层塑性区宽度的变化是先增大再减小,达到临界载荷前,临界断层保护煤柱宽度随载荷增大而增大;当载荷一定时,采空区宽度随煤层塑性区宽度的变化是先增大再减小,达到临界采空区宽度前,断层保护煤柱宽度随采空区宽度的增大而增大,则保证断层保护煤柱宽度大于临界断层保护煤柱宽度,可避免断错型冲击地压的发生;当断层抗剪强度较大时,留设较窄的断层保护煤柱,断层错动型冲击地压也不会发生。根据工作面走向与断层位置的关系,选择合适的方法计算临界断层保护煤柱宽度,可避免断层错动型冲击地压的发生。研究结果为有效防治断层错动型冲击地压提供理论依据。     

芦沟煤矿32采区水体下采煤的可行性

芦沟煤矿32采区大部分位于五星水库水体下,为了提高煤炭资源的回收率,通过导水裂缝带高度计算及地表移动变形的预计,对芦沟煤矿32采区水体下采煤的可行性进行了研究。结果显示,32采区煤炭开采不会对水库的水体造成直接的影响,32采区在水体下采煤是可行的。建议在采掘过程中加强断层及水文地质勘探,留设合理的防隔水煤柱;根据地质采矿条件,采用合理的开采速度。      

BP和RBF在断层防水煤柱留设宽度预测中的应用

在总结全国各典型煤矿断层防水煤柱相关资料的基础上,以水头压力、煤层厚度、安全系数、煤的抗张强度为主要影响因子,选择有代表性的样本数据,通过Matlab软件构建了BP和RBF神经网络模型,对各煤矿断层防水煤柱的留设宽度进行了预测,并与规程经验公式计算的结果进行了对比。结果显示,在煤矿断层防水煤柱留设宽度预测中,RBF神经网络比BP神经网络的训练速度更快,效率更高,具有更加广阔的应用前景。     

BP和RBF在断层防水煤柱留设宽度预测中的应用

在总结全国各典型煤矿断层防水煤柱相关资料的基础上,以水头压力、煤层厚度、安全系数、煤的抗张强度为主要影响因子,选择有代表性的样本数据,通过Matlab软件构建了BP和RBF神经网络模型,对各煤矿断层防水煤柱的留设宽度进行了预测,并与规程经验公式计算的结果进行了对比。结果显示,在煤矿断层防水煤柱留设宽度预测中,RBF神经网络比BP神经网络的训练速度更快,效率更高,具有更加广阔的应用前景。      

特厚砂土层条件下的开采沉陷规律研究

在分析榆树湾煤矿地表移动观测资料的基础上,研究了特厚砂土层条件下的厚煤层开采的地表移动变形规律与特征。揭示了特厚砂土层、薄基岩及大采厚等特殊因素对地表沉陷规律的影响,获得了特厚砂土层开采条件下的地表移动变形特征,研究成果将对榆林煤矿后续的安全合理开采、保安煤柱的留设、环境治理与保护等具有重要的实际意义。     

注浆充填保水置换煤炭技术实践

新方矿井位于山东省潍坊市坊子区南部,区内地表水缺乏,地下水严重不足。新方矿井4201下山采区地质构造复杂,回采中断层带及附近易发生底板突水,影响工作面安全生产,需留设较多的断层防水煤柱,煤柱内压煤量大。为充分开采煤炭资源,同时有效保护煤层底板太古界花岗片麻岩水资源,确保矿井可持续发展,采用回采工作面超前注浆充填断层破碎带的措施,封堵底板导水裂隙,实现防止底板大量涌水,达到充分开采置换煤炭资源的目的。以该采区3#工作面为例,介绍了注浆钻孔的布置原则及施工过程,进而对保水效果进行了评价。回采证实,工作面注浆充填后,涌水量大幅降低,可确保工作面安全回采,同时有效保护了地下水资源,对减缓潍坊市"水量性缺水"现状起到了积极的作用。     

基于煤岩层与断层空间关系的防隔水煤岩柱优化计算

近断层煤层开采时,防隔水煤岩柱的正确留设是防止断层突水事故的重要措施。山东济宁三号煤矿123_上01(南)工作面西邻的F8断层落差较大,可能会沟通底部奥陶系灰岩(简称奥灰)含水层,为确保工作面安全回采,需要进行F8断层防隔水煤岩柱尺寸计算。考虑煤岩层真实产状、断层面与煤层产状的空间关系和底板承压水威胁,对《煤矿防治水细则》中断层导水条件下的防隔水煤岩柱尺寸计算方式进行改进,推导出水位到安全防隔水煤岩柱宽度(H_a)在断层面垂足处的水头高度计算公式及改进后的断层防隔水煤岩柱尺寸计算公式。对比计算结果发现:《煤矿防治水细则》原有计算公式在将煤岩层理想化为水平岩层,且取偏小的煤层底板水压值计算的情况下,计算出的F8断层煤岩柱尺寸为112 m,改进公式的计算结果为128.5 m。因改进公式考虑了实际煤岩层产状及与断层面空间关系,且水压取值位置准确,计算结果更为精确,将为矿井安全回采提供更为科学的参考依据。      

朱集煤矿导水断层边界防水煤柱合理留设研究

朱集煤矿1111(1)工作面以F29断层为北边界,F29断层落差35 m,倾角70°,断层切割上下含水层,为较大导水正断层。在布置采煤工作面时,需留设断层边界防水煤柱。根据淮南矿区经验,留设防水煤柱一般取经验值80～100 m,故1111(1)工作面布置至F29断层前100 m。根据科学计算,得出准确防水煤柱宽度为60 m,这样既能提供矿井安全回采的科学依据,又能减少压煤量,提高回采量。并可为今后其他采煤工作面留设防水煤柱提供参考。     

煤柱下底板偏应力区域特征及案例

选取某煤矿近距离煤层为工程背景,采用FLAC3D模拟了8#煤层残余煤柱底板偏应力场分布特征。结果表明：（1）底板的偏应力呈扩散状向底板传递,距离煤柱越远扩散范围越广,煤柱边缘偏应力呈45°向底板传播;（2）煤柱较窄时,中线和边缘处偏应力影响深度浅,随煤柱宽度增加,底板偏应力变化和影响深度较大,当煤柱宽度足够大时,影响深度又变浅,中部趋于原岩应力;（3）同一水平面上,偏应力呈马鞍状分布,随煤柱宽度增加,煤柱中线处和边缘处偏应力经历了先增大后减小的过程,煤柱边缘处偏应力峰值位置变化不大;（4）同一煤柱宽度,煤柱边缘偏应力峰值向深部递减且趋势减慢,同时,峰值远离煤柱且趋势加快。在自由边界受均布载荷、底板垂直应力、水平应力、切应力解析解的基础上,推导了底板偏应力解析公式,解析与模拟结果基本吻合。具体到该工程的地质条件,9205轨道巷距离煤柱边缘20 m、9205回风巷在煤柱边缘、9205运输巷在煤柱中线处,9205轨道巷维护效果最好,证明了内错式巷道且距离煤柱足够远时,偏应力较小,宏观应力环境更适合巷道围岩自稳。     

三维工程地质模型在防水煤岩柱留设研究中的应用展望

在第四纪厚松散含水层下采煤。留设防水煤岩柱是预防顶板水的有效方法。本文从该研究的现状及存在的问题出发,提出运用三维工程地质模型方法探讨导水裂隙带,含水层,保护层的三维形态,进而通过空间分析并结合生产实际确定合理的防水煤岩柱尺寸,实现水体下煤炭资源的充分开发。     

Evaluation of the Effect of Fault on the Stability of Underground Workings of Coal Mine through DEM and Statistical Analysis

The rock mass around an excavation is generally traversed by different geological discontinuities such as faults, folds, slips, joints, etc. Fault is one of the major geological discontinuities which creates lot of difficulties during underground winning of coal. Entire stress regime and ground conditions in the formation are altered in and around the faults. Faults also impose detrimental effects by introducing impurities, including clay and various forms of mineral matter into the coal seams; opening of pathways for the influx of water and gas into the underground workings; displacing the coal seams upward/downwards making the coal seams difficult or sometimes impractical to mine. Appropriate evaluation of the effect of the fault on the stability of the underground workings is a requisite for safe design of the underground mining structures. In this paper, a study has been carried out to assess the effect of the fault on the stability of underground coal mines by numerical simulation with distinct element method (DEM). On the calibrated DEM model, parametric study has been performed by varying the selected parameters, the dip and the friction angles of the fault. The analysis of variance (ANOVA) shows that both the factors have statistically significant effect on the strength of the coal pillar. Similarly, the displacement of the immediate roof and the height of the disturbed strata are evaluated by the DEM modelling and statistical analysis when the fault passes through the middle of the gallery. The results of ANOVA for both cases indicate that the both factors have significant effect on the displacement of the immediate roof and the height of the disturbed strata. It is obtained from the study that the low angle fault causes high instability in the immediate roof. The paper has been supplemented with the field observations where instability in underground roadways of a coal mine in India is caused by the fault. It was observed in VK-7 incline mine of Singareni Collieries Company Limited, India that there was sudden failure of immediate roof of a roadway where a low angle fault crosses the middle of the roadway. The findings of the paper help to understand the behaviour of the coal pillar and the surrounding rock mass in the presence of the fault. The study would also help to take appropriate decisions about the unstable regions of the working safeguarding safety in underground coal mines.     

辽宁灯塔西马煤矿充填式开采地表变形预测

针对建筑物保护煤柱的煤炭资源回收问题,根据西马煤矿具体地质采矿条件,选择概率积分法对西马峰村保护煤柱开采后引起地表移动变形进行预计;并以1326工作面似膏体充填开采结果为基础,计算出充填采区工作面的等效采高;预计结果表明,如按设计开采方案布置工作面,西马峰村建筑物损害等级为Ⅱ级,不符合预先制定的标准;将开采方案进行一定的调整后再进行预计,结果表明,西马峰村建筑物所处地表的移动变形值均在建筑物损坏等级I级所规定的范围内,即建筑物在不用维修或简单维修的情况下可以正常使用,则西马峰村保护煤柱似膏体充填开采是可行的。     

断层端部地应力影响因素数值分析

断层端部是煤与瓦斯突出事故的主要危险地段。利用有限差分数值模拟软件FLAC3D模拟断层端部地应力场分布情况。结果表明:断层倾角、断层性质、断层内摩擦角、煤层弹性模量、煤层泊松比和边界应力比是影响断层端部应力大小的主要因素。其中断层内摩擦角和边界应力比对断层端部应力的影响最为敏感,是断层端部应力集中程度的主控因素;断层倾角对断层端部应力的影响比较大,倾角为45°时断层端部应力最大。利用该软件,在临近断层开采区内对断层端部应力集中程度和应力集中范围的预测,有助于确定断层防水煤柱的留设宽度和预防煤与瓦斯突出事故的发生。      

陕西神南矿区煤炭开采保水煤柱留设分析

陕北榆神府区是我国西部重要的原煤产地,与丰富的煤炭资源比较,水资源贫乏,生态环境脆弱,科学开发利用有限的水资源,促进煤炭基地健康发展至关重要。本文以神南矿区为例,研究了保水采煤保水煤柱留设的科学性,分析了保水采煤的技术措施,提出了针对神南矿区浅埋煤层保水需要而留设保水煤柱尺寸为20～57.2m。     

巷道防突岩柱厚度对断层带延期突水的控制机理

为了探讨防突岩柱厚度与巷道延期突水的相互关系,首先根据泥岩的三轴蠕变试验结果,结合材料本构关系建立了相应的"六元件"非线性黏弹塑性流变模型,并利用Matlab中的最小二乘法对模型进行了拟合;其次,在分析承压断层带与泥岩防护岩柱相互作用的基础上,探讨了防护岩柱的蠕变特性对巷道工作面延期突水的影响机理,由此推导出泥岩防护岩柱的蠕变失稳时间公式。根据该公式中应变的弹性力学方程,并通过蠕变失稳时间t在主破裂面走向上的积分,建立了防护岩柱厚度L与延期突水时间T的函数关系;最后,利用Gauss数值分析方法,对不同泥岩防护厚度所对应的时间T进行了计算。开滦赵各庄煤矿实例计算表明:巷道工作面延期突出时间T与防护厚度L存在直接函数关系,当防护岩柱厚度分别为10 m、20 m、30 m、40 m时,相应的延期突水时间分别为20 d、42 d、67 d、94 d。这一计算结果与该矿相应工况条件下的历次滞后突水事故（滞后1~3个月）较为吻合,对矿井实际地下水害防治具有一定的指导意义。