带压开采煤层底板破坏突水规律

针对随着开采深度不断加深而带来的承压水威胁进一步增加这一现状,根据具体地质条件,利用相似材料模拟试验以及自主设计的承压水导升模拟装置,观测了承压水在开采不同阶段的导升情况和底板破坏情况,深入研究了从开采伊始到逼近断层时底板从细微破坏到最终导水通道形成的规律;利用对模型进行分层拆解的方法,了解了裂隙的内部发育情况。     

隐伏断层诱发巷道底板突水研究

隐伏断层在掘进扰动和承压水共同作用下可能形成突水通道诱发底板突水。以山西省刘家梁煤矿巷道突水问题为工程背景,以底板含隐伏断层的巷道为研究对象,通过理论分析、岩石力学试验、数值模拟的方法,研究了巷道在掘进过程中,围岩应力场、位移场、塑性区的演化情况。结果表明：随着巷道掘进,隐伏断层顶界面处围岩受应力场影响,由压缩态变为膨胀态;在倾角大于50°的正断层中,小倾角隐伏断层顶界面处围岩受到的剪应力峰值更大,当剪应力达到某一临界值时,断层不断向上活化扩展,最终演化形成沟通底板破坏带的突水通道,且突水通道更易在卸压区底板贯通。     

含隐伏小断层底板突水过程数值模拟研究

为研究隐伏小断层的连通情况、发育高度与空间分布因素对底板隐伏小断层突水过程的影响,根据董家河煤矿实际工程地质条件,建立3种情况简化模型,运用RFPA-Flow有限元软件对煤层底板隐伏小断层在采动应力扰动和承压水共同作用下活化、扩展、贯通的全过程进行模拟。研究结果可为承压水上开采引发的突水事故的预测提供参考。     

煤矿隐伏断层递进导升突水的临界判据及物理模拟研究

为解决煤层底板隐伏断层突水的难题,以递进导升及断裂力学原理为基础,建立了断层递进导升简化断裂力学模型,推导了递进导升突水临界力学解析式和断层到底板破坏区的最小安全距离,然后利用相似材料模拟实验研究底板隐伏断层递进导升过程。实验结果表明:底板隐伏断层在采动影响下,尖端的应力发生了集中,应力强度因子增加,当其超过临界值时,即发生扩展,导升高度增加,随机应力得以释放;随着工作面的推进,应力再次集中,强度因子再次增加,当其再次达到临界值时,导升高度再次升高,达到底板破坏区的最小安全距离发生突水,递进导升突水强度随初始导水高度的增加而增加、随岩层强度降低而增强。隐伏断层初始发育自然导升高度越大,其递进导升破坏越强烈,导致沟通煤层底板更易发生突水现象。     

煤层底板承压水导升规律数值模拟

为了研究煤层底板承压水导升规律,基于流固耦合理论,在对煤层底板突水机理进行分析的前提下,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,模拟了在不同方案下(不同的底板隔水层渗透系数、不同底板水压)原始导升高度与再导升高度的变化规律。     

煤层底板采动破坏特征及突水危险性分析

以山西某矿9#煤底板带压开采为研究目标,结合研究矿区水文地质工程地质条件,运用数值模拟的方法探究了采动条件下底板应力分布特征、塑性区发育特征,分析得到了底板破坏深度为18 m;同时运用突水系数法公式,计算了该矿4个水文地质钻孔9#煤底板的突水系数分别为0.039、0.064、0.110、0.087,对煤层底板带压开采安全性分析及突水危险性分区有一定的参考意义。     

地质构造与煤层底板突水

煤层底板突水是一种复杂的地质及采动影响现象，是煤层下伏承压水冲破底板隔水层的阻隔，以突发、缓发或滞发的形式进入工作面，造成矿井涌水量增加或淹井的自然灾害。多年实践证明，影响煤层底板突水的主要因素为地质构造、矿山压力、水压力、底板隔水层的特征、承压水的富水性及开采空间等。论文主要对地质构造中的断层与底板突水进行论述，在分析其突水原因及导水性后，提出在工作面布置时应注意的问题。     

含隐伏断层煤矿底板采动突水规律数值模拟

针对含隐伏断层煤矿底板采动突水过程中,采空区底板突水破坏区域存在空间分布的特征。在考虑采动岩体流固耦合作用的基础上,结合某矿工作面具体工程地质条件,应用RFPA2D-flow程序模拟了含隐伏小断层底板的采动突水过程,对底板破坏区域的空间分布情况进行了划分和分析。研究结果表明:含隐伏小断层条件下,断层采动活化,使底板更易沟通含水层,与完整底板相比,只有在工作面推进到第1条小断层时表现出类似的突水分阶段特征,之后则根据隐伏断层分布特征,表现出类似循环特征的突水增速区与流量平稳区之间的交替变化。     

煤层开采底板承压水导升模拟试验系统研制与应用

为深入分析煤层底板承压水导升规律和直观展现突水通道形成过程,基于现有的二维相似材料模拟试验台研制了煤层底板承压水导升模拟试验系统。该系统包括二维相似模拟试验台(改造后)、承压水加载系统、承压水导升系统和计算机监测系统。运用研制的系统进行了尺寸为1 900 mm×220 mm×1 800 mm的模型铺设、开挖及监测。试验结果表明:该系统将柔性水囊、导水脉络和突水口组合成一个整体,避免了一般模型底板加载压力不均衡,解决了含压水箱与模型之间的密封难题;在水压达到0.03 MPa条件下,随着工作面推进距离增大,承压水导升高度不断升高,采空区中部出水量最大,导升高度最高;承压水沿阻力最小、距离最短的线路突出,且突水通道形成呈现突发、干脆特点;底板岩层受采动矿压和承压水水压产生的压剪作用,应力值出现"负—正—负"变化趋势。     

高承压水体上开采煤层底板潜在突水区动态演化数值模拟

以底板受石炭系太原组灰岩高承压含水层威胁的淮北芦岭煤矿10煤为研究示范,利用有限元软件Plaxis 8.2建立能模拟承压水压力的10煤动态开采的数值模型,并考虑冒落矸石密度、变形参数与强度参数随时间的变化,分析底板采动破坏带与潜在突水区域的时空分布及其影响因素.研究结果表明:正常开采条件下,底板破坏深度随工作面推进距离的加大而增加,推进到一定距离后将达到极大值;随着煤层倾角的增大,由于冒落岩体的充填效应,开采冒落区导水裂隙提前闭合,潜在突水区域变小,并逐步集中于新近采空区;承压水压力越大,底板裂隙扩展并最终相互沟通的可能性越大,当承压水压力处于高值时,突水随时可能发生.     

环工作面电磁法底板突水监测技术

为了监测煤层底板在工作面回采过程中导含水构造裂隙的实时动态发育情况,避免底板突水事故的发生,提出了利用环工作面电磁法对煤层底板突水进行监测的方法技术。通过数值模拟,研究总结了全空间条件下采煤工作面底板不同空间位置异常体在环工作面电磁法观测方式下的响应特征。设计了环工作面电磁法底板突水监测观测系统,并提出了电磁法突水系数的概念。根据底板下导含水裂隙与工作面底板之间距离的大小将电磁法突水系数划分3个等级：突水提醒阈值Cr、突水警告阈值Cw和突水报警阈值Ca。     

近距离膏体充填工作面采场底板应力分布与破坏规律研究

针对岱庄煤矿6351膏体充填工作面工程条件,工作面底板距下伏8300胶带大巷仅有20.32m,为保证矿山安全生产,采用数值模拟及现场实测等方法探究充填开采后底板的破坏发育特点,获取最大的底板破坏深度,为8300胶带大巷的稳定性分析奠定基础.结果表明:随着6351工作面的推进,采用充填开采后,底板裂隙贯穿带较小,6351...     

陷落柱影响采场围岩破坏和底板突水的数值模拟分析

为探讨陷落柱在围岩破坏及突水中所起的作用,采用FLAC^3D模拟分析了陷落柱影响下采煤工作面推进的全过程．采动影响下采场围岩的应力应变数值模拟充分说明,陷落柱的存在使底板的应力应变分布极不均匀,应力集中系数增大,陷落柱附近位移明显,远离陷落柱其影响逐渐减小,但对底板岩层破坏范围及破坏形式影响较小;陷落柱顶面上方岩层的应变较大,与周围不协调,容易产生局部剪切变形．陷落柱边壁、工作面底板压缩区与膨胀区的分界线重合在一条线上时,是剪切破坏的最佳状态,最容易发生底鼓突水．陷落柱影响下的底板破坏深度为15—18m．     

基于RFPA数值模拟的底板突水危险性评价

为解决杨村煤矿十采区下组煤开采受底板突水威胁问题,运用RFPA数值模拟软件对杨村煤矿十采区16上煤层开挖过程中的底板破坏规律进行了研究。通过建立符合实际条件的数值模型,计算出了煤层在分步开挖过程中底板受矿井压力作用影响下的破坏深度和发展规律。在此研究基础之上,利用考虑煤层底板破坏深度的突水系数法对研究区煤层开采过程中的底板突水危险性做出了合理评价,并将研究区划分为较危险区和危险区2个等级。该研究成果为杨村煤矿十采区16上煤层的安全开采提供了可靠依据,可以有效地指导采区开采过程中的底板水防治工作。     

采场底板高承压水突水“三场”演化研究

采场底板承压水严重威胁着工作面的安全生产。通过理论分析建立了裂缝尖端力学模型,推导了裂缝力学平衡方程,分析了高承压水上工作面回采引发底板突水的裂缝扩展条件;利用RFPA软件模拟分析了承压水上工作面回采期间围岩应力场、损伤场与渗流场的演化过程,揭示了煤层底板承压水突水机制。研究结果表明:导水裂缝的扩展条件是孔隙水压力与地应力的合力大于煤岩体内部黏聚力;采矿活动改变了围岩应力场分布,造成局部应力集中,并引发煤岩体内部损伤破坏,大规模突水后主应力比裂纹开始扩展时显著增大;内部损伤增强了煤岩体的渗透性,增大了渗流场影响区域。     

断层影响下底板采动临界突水水压解析解

考虑采动矿压和煤层隔水底板下承压含水层水压的联合作用,推导出断层影响下底板突水的水压力解析式。运用试算法搜索出最危险底板剪切破裂面及临界突水水压。在此基础上,分析了工作面开切眼到断层带距离、断层倾角、工作面推进方向以及侧压力系数等因素对底板临界突水水压的影响规律。算例显示,临界突水水压随工作面开切眼到断层带距离的加大而减小;随着断层倾角的减小,临界突水水压先减小后增加,但当断层倾角小于某一临界角度时,底板不沿断层面破坏;由断层下盘向上盘推进时的临界突水水压较由断层上盘向下盘推进时大,但无论工作面的推进方向如何,临界突水水压皆随着工作面过断层带距离的加大而逐步减小;随着侧压力系数的加大,临界突水水压先增大后逐渐减小。实例应用表明,临界突水水压计算判别结果与实际情况吻合。     

基于断裂构造分维与突水系数法的底板突水预测

该文选取滕南矿区为研究对象,运用分形理论对矿井的断裂构造的复杂程度进行了定量评价,得到了研究区的断裂分维特征并分析了其对突水危险性的影响。运用信息融合的方法将断裂构造分维与突水系数法相融合,对煤层底板突水进行危险性评价,并对矿井底板突水的危险区域进行分区与预测。得到了更加符合实际的突水危险性综合分区图,对制定煤层开采时的底板水防治措施具有一定指导意义。     

Effect of artesian water on the mine floor water inrush and significance of similitude simulation to it

According to the in situ statistics data, indoor rock hydraulic fracturing experiments and numerical simulation results, the role of artesian water quantity was analyzed, emphasis was put on the analysis of the damage mechanics of artesian water to rocks under the floor and the softening, solution and scouring action of artesian water were also researched. At the end of the paper, practical significance of similar material simulation to the influence of artesian water on water inrush under the floor was discussed and hoped to provide references to the artesian water hydraulics simulation experiment devices design and test based on the indoor similar material simulation platform.