哈拉沟煤矿垮落带破碎岩体溃砂的离散元数值模拟研究

采用离散元模拟了垮落带波及到松散砂层时导致的突水溃砂灾害。以神东矿区哈拉沟煤矿22402工作面为原型,采用分形理论分析了垮落带破碎岩体的块度分布特征,并利用离散元方法(DEM)根据破碎岩体的块度分布生成不规则碎石,建立了垮落带破碎岩体溃砂数值模型。模拟结果表明：垮落带破碎岩体间空隙较大且连通性好的通道会形成溃砂优势通道,垮落带残余的空洞空隙可以储存溃落的松散砂;大小不均、堆积混杂的垮落带破碎岩体对溃砂速度具有一定的阻挡作用,松散砂在溃砂通道内流动的速度分布呈纺锤形,通道中间的速度大于壁面的速度。     

煤矿顶板突水事故数值模拟分析

应用东北大学岩石破裂与失稳研究中心(CRISR)自主开发的F-RFPA^20渗流与应力耦合分析系统，对煤层顶板随着开采的逐步进行，采动裂隙逐渐向上发展并最终与含水层连通，进而导致煤层顶板突水的全过程进行了数值模拟，直观地显示了煤层顶板的变形、破坏过程以及突水前后渗流场的变化情况，阐明了煤矿顶板突水事故通常由采动裂隙引起的突水机理．当垮落带与裂隙高度没有达到含水层高度时发生顶板突水的可能性较小，反之亦然．因此准确确定煤层顶板垮落带和断裂带高度，对于进一步确定煤层开采深度上限，合理留设防水煤柱具有重要的意义．     

彭庄煤矿井底车场3号交岔点滞后突水治理实践

彭庄煤矿建井期间,井底车场3号交岔点发生滞后突水,引起交岔点顶板大面积垮落,由于建井期间排水系统不是很完善,给井底车场和采区施工带来很大困难。该文分析了滞后突水和巷道垮落破坏的原因,总结了滞后突水的经验和教训,提出了处理措施。     

邢东矿深部带压开采底板突水特征及控制技术

针对深部带压开采工作面区域注浆治理后底板突水仍频发的难题,以邯邢矿区邢东矿深部带压开采为工程背景,通过现场调研和理论分析已突水工作面突水过程和开采地质条件,获得了邢东矿深部带压开采底板突水特征和影响因素,确定了邢东矿深部带压开采底板突水主控因素;应用弹塑性力学理论从动静载角度分析了不同来压步距对底板破坏深度和宽度影响规律,进而采用数值模拟研究不同来压步距下底板应力场和塑性区演化规律。研究结果表明:工作面顶板剧烈来压突水是邢东矿深部带压开采底板突水主要特征,顶板难以及时垮落是其关键诱因;随来压步距增大,底板应力集中带和卸荷应力拱逐渐向底板深部岩体传播扩展,顶板垮落易产生强烈来压动载效应,底板采动破坏深度和宽度增大,诱发隐伏导水构造活化及深部岩体破坏,贯通底板隐伏构造带等导水通道诱发底板突水。为此,提出了顶板水力压裂卸压以及底板微震监测、采动应力监测、围岩变形监测和承压水水位监测等多参量监测的防治技术。现场监测表明,试验工作面顶板水力压裂后周期来压步距缩短为9.53 m,相比邻近未压裂工作面减小了61.42%,来压动载系数、应力集中系数和围岩变形速度均较小,奥灰水位相对稳定,未形成底板突水通道,底板突水得到有效控制。     

红砖煤矿主采煤层顶底板突水危险性分析

根据红砖煤矿水文地质条件,推测井田内长兴组为中等岩溶含水层,茅口组为强含水层。采用顶板垮落带与导水断裂带高度计算法,分析了开采C1煤层时顶板突水危险性,同时采用底板安全隔水层厚度及突水系数法,分析了开采C10煤层时底板突水危险性。结果表明,在井田范围内C1煤层采掘作业时,顶板长兴组含水层对C1煤层有突水威胁;开采C10煤层时,由于受底板峨眉山玄武岩的隔水作用,在正常地段各煤层+800 m标高以上带压采掘作业茅口组强含水层对矿井没有突水威胁。另外,由于矿区范围内F3、F4、F8断层作用,上盘各煤层与茅口组地层间距拉近,导致在断层附近各煤层采掘作业时有突水危险。     

椭圆形陷落柱厚壁筒突水模式力学判据及数值模拟

有效地预测、预防岩溶陷落柱突水,运用复变函数、弹塑性力学,推导了椭圆形截面陷落柱“厚壁筒”力学模型突水模式的临界判据方程,并通过有限元软件验证了陷落柱受到均布力作用时,应力分布的解析解。研究表明：椭圆形截面陷落柱在受到以陷落柱柱体为导水通道的均布力作用下,厚壁椭圆筒的应力从椭圆筒的内壁到外壁逐渐变化,在椭圆筒内壁的长半轴的两个端点处应力取得最大值,在椭圆筒的短半轴处的应力取得最小值。     

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。     

焦作矿区东部矿井突水危险性分区及水害治理

焦作矿区水大、水文地质条件复杂.根据突水系数、单位涌水量水位降2个突水危险性分区指标将焦作矿区东部矿井划分为非突水威胁区、突水威胁区和突水危险区进行分区管理,根据不同区域的水害特征分别采取了与之相适应的防治水措施:非突水威胁区,应以疏水降压为主,对较大断裂破碎带进行注浆加固;突水威胁区,应疏水降压,对局部含水层进行注浆改造,对断裂破碎带进行注浆加固;突水危险区治理难度大,新区掘进时,要坚持"有掘必探,先探后掘"的原则,对于揭露的断层及破碎带要提前进行注浆加固.     

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.     

构造破碎带滞后突水渗流转换理论与试验研究

为了揭示煤矿构造破碎带易发生滞后大型突水内在机理,寻求其治理理论和试验依据,在收集我国煤矿典型断层和陷落柱滞后型突水实例并分析其特征的基础上,设计进行了高水压下构造破碎带突水模拟试验,得到了不同充填物类型构造破碎带,在1～5 MPa的水压下,充填物冲出量、突水量随时间的变化曲线;发现水压小时构造破碎带突水量随时间变化不大、高水压下由小到大变化过程特征。据此进行理论分析认为,高水压条件下构造破碎带突水是一伴随内部组成结构变化的＂孔隙流—裂隙流—管道流＂渗流类型转换过程,渗流转换是构造破碎带滞后型突水的内在机理;治理构造破碎带大型突水就是改造其管道、裂隙状结构成孔隙介质直至不透水带的过程。     

煤层底板含隐伏溶洞滞后突水机理

为了避免华北煤田底板含隐伏溶洞滞后突水事故的发生,以丰沛矿区三河尖矿特大水害为例,通过特殊环境下岩溶溶洞的形成原因与滞后突水的物理过程分析。数值软件模拟与事故现场观测资料对比,综合研究含隐伏溶洞底板的滞后突水机理,结果表明：新构造断裂对原始封闭地下水系统的打破及高温高压高矿化度岩溶水对白云岩的融化剥蚀是溶洞形成并不断扩大的主要原因;受采动应力与高岩溶水压力影响,隐伏溶洞顶部不断形成新岩溶塌陷且破坏隔水层的现象客观存在,是突水通道形成的关键因素;工作面推过隐伏溶洞上方一定距离,受岩溶塌陷持续剥蚀而逐渐变薄的残余隔水层因强度不足以抵抗高岩溶水压力而瞬间破断,致使采动裂隙与岩溶塌陷相互贯通,引发滞后性突水。     

顶板突水对冲击地压的影响

在分析4煤层开采顶板突水水源的基础上, 揭示了矿山压力、冲击地压同顶板突水之间的关系, 探讨了煤层开采过程中顶板突水对促进冲击地压形成的影响作用机理; 基于物理流变学和断裂力学理论, 提出了砾岩粒间隙中的水流失导致砾岩粒界面附近多层次应力局部集中, 造成砾岩产生新的断裂, 形成多层次冲击地压, 促进顶板斑裂线扩展的机制, 阐明了冲击地压和顶板突水互为影响的因果关系, 从理论研究和现场监测2个方面得出了华丰煤矿4煤层开采深度大于520 m时容易形成冲击地压的结论.     

肥城煤田突水资料统计特征

在收集肥城煤田180余件突水案例基础上,总结了该煤田的突水资料统计特征,并根据这些特征对肥城煤田深部开采进行了预测。提出了底板突水类型划分新方案,即将煤矿底板突水划分为:掘进沟通型突水、回采影响断层型突水和回采底板破坏型突水三大类。     

底板渗流应力耦合破坏与递进导升协同突水演变规律研究

为深入研究底板渗流应力耦合破坏与递进导升协同突水演变规律,应用FLAC3D固液耦合模式模拟隐伏断层底板岩体的应力分布、变形破坏特征、递进导升渗流规律及裂隙扩展突水机制.数值模拟表明:在矿山压力和承压水压力影响下,随着工作面开挖,打破原来开挖面周围荷载平衡,底板岩层节理裂隙经历张开、闭合、扩展反复循环过程,当矿压破坏带和...     

大埋深高水压裂隙岩体巷道底臌突水试验研究

随着煤炭开采向深部发展,高地压和高水压矿井破碎岩体巷道发生底臌突水灾害越来越多。为进一步研究该类巷道底臌突水机理与特点,笔者运用相似模拟试验和现场巷道底板增压注水试验不同手段综合研究深部巷道底臌突水的临界突变规律。运用相似试验模拟了承压水作用下,巷道底板发生破坏的特征;通过现场注水试验分析巷道底臌量和底板物性变化规律,发现了深部巷道底臌突水的突变性规律。     

尖点突变理论在顶板突水规律研究中的应用

以大佛寺煤矿工程为背景,运用关键层理论与尖点突变理论分析了采场顶板透水的发生机理,认为基岩关键层突发性破断失稳是顶板突水的诱因。通过建立基岩关键层破断力学模型,得到了表征断裂过程的势函数,定性解释了顶板突水机理,定量得到了基岩关键层极限跨距及顶板突水的充分必要条件。最后与固体相似模拟实验结果对比分析,说明应用突变理论分析顶板突水机理是可行的。     

基于多变量的太灰含水层突水风险性分类判别研究

太灰含水层为华北型煤田的下组煤开采直接充水含水层,下组煤层开采时,在具有强水源补给或接近导水通道的部位,常会发生较大的灾害性突水事故.针对近年太灰含水层突涌水事故,从矿井水文地质条件、突水事故经过、原因、特点等方面进行统计分析,确定突水系数、含水层富水性、补给条件、断裂构造是否导通煤层及层位关系为太灰含水层突水风险分类...     

基于FOA-SVR的矿井底板突水量预测模型应用研究

矿井突水是常见的突发性强烈的矿井灾害。为了更好地预防矿井水灾,降低灾害造成的物质损失以及减少人员伤亡,建立了一种基于FOA-SVR的矿井底板突水量预测模型,利用果蝇算法优化支持向量回归机算法(FOA-SVR)选出最优的模型参数。针对底板突水这种非线性、小样本问题,从突水因素中选取水压、含水层厚度、隔水层厚度、底板采动裂隙带深度以及断层落差这5个作为特征因素。然后利用FOA对SVR参数进行优化之后建立FOA-SVR底板突水量预测模型,输出即为需要预测的突水量。结合实例并将该模型的预测结果与SVR模型的预测结果进行对比,结果表明：该模型在预测突水量的精度上比SVR模型更高,具有一定的应用价值。     

变形历程对破碎岩体水沙渗流特性影响试验研究

为研究破碎岩体变形历程对其水沙渗流特性的影响,设计了一套水沙渗透系统,在MTS816系列电液伺服岩石力学试验机上进行了配径碎岩在2种不同变形历程下的渗透试验。研究表明:破碎岩石变形历程对其水渗流特性无明显影响;破碎岩石的孔隙率在一定范围时,水沙渗流过程中,其孔隙率会由于滤沙作用而降低,导致渗透率降低;有蠕变经历的破碎岩石在水沙渗流过程中更易于过滤沙粒,滤沙量较大,而溃沙量较小;破碎岩体初始孔隙率相同时,水压梯度的增加会导致滤沙量减少,溃沙量增加。给出了一个描述破碎岩体初始孔隙率与水压梯度对滤沙量综合影响的表达式,为破碎岩体突水溃沙的风险预测评估提供指导。