我国陷落柱突水问题的研究现状与展望

陷落柱突水已经成为影响矿井安全生产的主要危害之一.为了解我国陷落柱突水问题的研究现状和研究方向,阐述陷落柱的由来、我国陷落柱的分布情况以及陷落柱的危害,从陷落柱的形成机理、陷落柱的分类、陷落柱的突水机理、陷落柱突水预测以及陷落柱位置探测5个方面,系统地总结了我国陷落柱突水问题的研究现状,同时对这一问题研究的未来研究方向进行了展望.     

三维地震资料在煤田陷落柱解释中的应用探讨

陷落柱是煤矿生产的主要安全隐患之一,为准确解释陷落柱,通过分析陷落柱的发育特征、结合地震勘探资料,总结陷落柱地震波响应特征和陷落柱的展布规律,以及陷落柱地震波特征随道间距的变化情况。     

注浆技术在回采工作面过导水陷落柱中的应用

以矿井开采中所遇的陷落柱为研究对象,介绍了陷落柱的危害,陷落柱岩石完全破碎,胶结程度差。分析了采用直流电法勘探技术,对陷落柱的导水性进行确定,经分析采用注浆加固技术对所发现的陷落柱进行加固,为今后矿井陷落柱方面的治理提供了一定的借鉴。     

陷落柱及其赋水性的正演模拟研究

煤矿中的陷落柱一直制约着煤矿的安全生产。为了有效识别陷落柱,以山西矿区岩溶陷落柱为例,利用地震数值模拟和电法数值模拟方法,探讨了陷落柱地震响应及赋水特征。通过建立陷落柱模型,模拟得出陷落柱在地震上响应存在明显的绕射波特征及赋水性陷落柱“两高夹一低”的特征。     

道间距和炮间距对陷落柱探测的影响

本文以陷落柱的地质特征以及陷落柱地震波传播特征为基础构建陷落柱模型,采用声波方程基于单因素变化分别模拟不同的道间距和炮间距对陷落柱探测的影响,利用偏移剖面反射波振幅变化并结合地震属性分析与人工解释进行陷落柱断裂边界解释,以陷落柱横向分辨率的平均偏差为指标来判断探测精度,并对陷落柱直径解释误差采用射线追踪的方法进行了分析...     

考虑填隙物活化影响的陷落柱突水灾变规律

为研究填隙物活化影响下陷落柱的突水灾变规律,以神华集团某矿回风大巷为研究对象,考虑陷落柱内外岩体破坏以及填隙物活化流失引起的强度下降与渗透率突变问题,采用FLAC^3D模拟研究了巷道掘进过程中陷落柱及周边岩体的位移、渗透系数、孔隙水压及涌水量变化特征,在此基础上分析了陷落柱填隙物充填高度对突水的影响。研究结果表明：随着巷道穿过陷落柱填隙物充填层距离的增大,巷道底板陷落柱填隙物活化流失宽度和流失深度将逐渐增大,致使陷落柱导水层与巷底之间岩体位移越来越大并出现整体滑移趋势,最终在巷道掘进面超过陷落柱中轴线1 m后,陷落柱高压水通过填隙物活化流失通道向巷道发生突水,该突水具有大体量性、突发性以及滞后性;陷落柱填隙物充填高度越大,陷落柱相对巷道掘进面的突水时间节点就越为靠后,但当陷落柱填隙物充填高度达到22 m后,陷落柱将不会发生突水。     

开滦范各庄井田岩溶陷落柱发育特征及其主控因素研究

为了预防岩溶陷落柱引发矿井水害的发生,以开滦矿区范各庄矿发育的岩溶陷落柱为研究对象,基于野外勘测、采掘生产资料和钻孔资料数据,分析了研究区岩溶陷落柱的发育特征及分布规律,提出了岩溶陷落柱的井下预测方法,讨论了陷落柱发育的地质主控因素。研究表明：该区陷落柱发育形态多样,剖面上呈大小不一的圆柱状或圆锥状。研究区岩溶陷落柱主要分布于构造复杂的褶曲地带,明显受控于构造特征,分布规律与断层和节理发育密切相关。奥陶纪灰岩顶部长期风化剥蚀为陷落柱的形成提供了物质基础,研究区地下水动力条件对陷落柱发育规模与分布控制作用明显。     

基于反射波法勘探的陷落柱结构分析

为掌握陷落柱赋存状态和内部结构,基于地震勘探反射波原理,采用理论分析和现场实践相结合的方法,建立了陷落柱正演模型,对陷落柱成因及探测方法进行研究。研究表明:1)赋存陷落柱需满足岩层条件、水作用条件和构造发育条件,可溶性岩体在流水和应力相互作用下坍塌垮落,形成陷落柱。2)陷落柱物理特征中的电性、磁性、放射性及波阻抗表现出差异性,是勘探的基本原理。3)对内部为均匀体结构的陷落柱模型正演,得到其在地震时间剖面上的响应特征,从而对陷落柱位置和形态判读。该研究可为类似条件陷落柱地震勘探提供一定的指导。     

刘桥一矿岩溶陷落柱导水性分析

刘桥一矿是淮北煤田陷落柱发育数量最多、面积最大的矿井,根据刘桥一矿已揭露的岩溶陷落柱的现场调查,结合以往华北煤田陷落柱资料,从刘桥一矿岩溶陷落柱发育的地质背景、岩溶陷落柱内部地质特征与水文地质特征,探讨岩溶发育特征及对岩溶陷落柱含导水性分析,对未开采区进行预测,为煤矿安全生产提供地质资料。     

煤矿陷落柱水害特征与防治技术研究

 摘要：岩溶陷落柱是我国北方石炭二叠纪煤田广泛发育的一种特殊的隐伏构造。岩溶陷落柱水害是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一,充分认识陷落柱的相关规律,对煤矿安全生产意义重大。本文分别从陷落柱形成的基础条件和进阶条件两方面阐述了陷落柱的形成过程;指出了陷落柱分布规律;说明了陷落柱周围局部小构造类型及特征;分析了陷落柱突水机理;明确了陷落柱围岩特征,最后提出了陷落柱的探测方法及陷落柱水害的防治水对策,通过系统的分析,较全面的介绍了煤矿陷落柱水害。     

岩溶陷落柱分布规律研究

岩溶陷落柱是岩溶空洞上覆岩层坍塌的产物,其往往成为导水通道,沟通上下含水层之间的水力联系,造成严重的矿井水害。通过分析胡底矿岩溶陷落柱的水文地质条件,从影响岩溶陷落柱发育的角度,总结出岩溶陷落柱的分布特点,为预测隐伏岩溶陷落柱的发育位置提供帮助,为资源安全开采提供依据。     

范各庄矿陷落柱发育过程及预测研究

以井田构造演化为主线,结合沉积埋藏史及陷落柱几何形态学分析,阐述了范各庄井田岩溶陷落柱的形成过程,表明本区陷落柱形成主要受三期构造叠加作用,其中,燕山晚期—喜马拉雅早期产生的贯穿开平煤田南东翼的NE向断裂带,决定了陷落柱在该区的发育;同时,根据已采区陷落柱发育分布规律,研究了陷落柱发育具体位置的影响因素,运用构造曲率理论及古径流条件分析,表明未采区东南部陷落柱发育的可能性较高,为岩溶陷落柱的防治和预测提供了新的思路。     

无通道的含水陷落柱

陷落柱是华北煤田常见的地质现象之一。通常认为它有两种类型:一种是与含水层无水力通道、不含水的陷落柱,即一般所称的死陷落柱;另一种为正在发展的、与强含水层有水力联系的陷落柱,又叫活陷落柱。前者对矿井危害不大,后者严重威胁着矿井的生产与安全,是矿井安全生产的大敌。除了以上两种陷落柱之外,笔者发现了另一种类型的陷落柱,我们暂称它为“无通道的含水陷落柱”,或者叫含水的死陷落柱。1989年8月,我局铜冶煤矿在掘进-100     

近距离陷落柱对工作面推进的影响研究

针对工作面经过近距离陷落柱期间来压异常、支架压力变化频繁等现象,以某矿63310工作面内的635号和637号陷落柱为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了单一陷落柱周边的应力分布特征、陷落柱周边塑性扩展区域和陷落柱柱体之间的应力分布状态,分析了近距离陷落柱对工作面推进的影响规律。建立了圆形陷落柱围岩力学模型,确定了单一陷落柱周边围岩塑性扩展区域的半径。结合近距离陷落柱之间的位置关系和单个陷落柱的塑性扩展区域的大小,提出了判断陷落柱之间应力状态的方法ΔL,确定了当ΔL0时,陷落柱的塑性扩展区域交叉重叠,陷落柱之间处于应力降低状态;当ΔL=0时,陷落柱塑性扩展区域的边界刚好接触,陷落柱之间处于由塑性应力降低向弹性应力升高过渡的临界状态;当ΔL0时,陷落柱之间处于弹性应力升高状态或原岩应力状态;根据63310工作面2个陷落柱具体地质条件,量化了陷落柱之间的ΔL大小,确定了陷落柱之间处于应力升高状态。数值模拟分析了陷落柱周边的塑性扩展区域的大小和柱体之间的应力分布状态,确定了工作面距离637号和635号陷落柱的安全距离分别为30 m和50 m,数值模拟结果与理论分析提出的判断方法ΔL相互验证。该研究成果可为类似条件下的工作面过陷落柱提供借鉴和参考。     

采动影响下底板隐伏陷落柱突水灾变数值分析

为研究采动影响下底板隐伏陷落柱的渗流演化规律及突水灾变特征,以1个隐伏陷落柱工程为背景,考虑流固耦合作用以及围岩渗透系数的动态变化特征,模拟再现隐伏陷落柱随工作面开挖前进的突水灾变过程;在此基础上,研究隐伏陷落柱发育高度以及水压对煤层底板突水的影响。结果表明:当工作面开挖通过陷落柱时,陷落柱与煤层间的导水裂隙通道起始于陷落柱顶部最前方而终于煤层底板距陷落柱中心约20 m的位置;随着工作面的向前推进,煤层底板的涌水量大体呈"S"型曲线分布,其在工作面靠近并通过陷落柱时增大速率最快,而在工作面远离陷落柱中心35 m后逐渐保持稳定;陷落柱距煤底越近,煤层底板涌水量发生快速增长的时间点就越靠前且其增长区间范围也越大,同时煤层底板的涌水量与其距陷落柱的距离呈指数衰减式关系;当工作面推进距离相同时,煤层底板的涌水量与陷落柱水压呈指数递增关系。     

采煤工作面过陷落柱支护体系研究

肖家洼煤矿211302工作面材料巷1 800 m处掘进过程实际揭露地质异常体,该异常体内部为黄泥、砂岩充填物,确认为陷落柱。过陷落柱时对工作面陷落柱区域顶、底板采取一系列管控措施,解决了冒顶、钻底等难题,确保了211302工作面安全快速通过陷落柱,形成一整套采煤工作面快速通过陷落柱支护体系,为今后同类型采煤工作面通过陷落柱积累了经验。     

采动影响对陷落柱活化导水机理数值模拟研究

为研究采矿对陷落柱活化作用,利用数值计算软件FLAC3D对强充水陷落柱、不充水陷落柱和煤层底板中赋存陷落柱的破坏过程进行模拟,分析陷落柱及其周边围岩的应力、应变和塑性区的变化.研究表明,陷落柱在采动应力场和渗流场的相互作用下,渗流压力引起陷落柱围岩产生应变,同时采掘工作形成的应变也同样会引起渗流系数的变化.随着承压水压力的增大,陷落柱泥化带、裂隙带和破碎带的宽度都相应增大.对底板中陷落柱突水进行模拟,采动影响先产生在底板进而影响陷落柱.减小回采空间可以减小顶底板以及围岩的变形、破断和移动,保证底板隔水岩层的隔水能力.     

掘进巷道前方陷落柱的综合探查

紫晟煤业矿井地质构造复杂,断层、陷落柱极为发育.为合理布置采掘工作面,避免无效掘进进尺,需对断层及陷落柱进行超前预判分析.本文以2-109工作面陷落柱的探查分析为例,运用钻孔探测、坑透验证的方法,论述了陷落柱的探测分析过程,对同类型矿井探查陷落柱发育范围具有一定的借鉴意义.     

掘进巷道前方陷落柱的综合探查

紫晟煤业矿井地质构造复杂,断层、陷落柱极为发育.为合理布置采掘工作面,避免无效掘进进尺,需对断层及陷落柱进行超前预判分析.本文以2-109工作面陷落柱的探查分析为例,运用钻孔探测、坑透验证的方法,论述了陷落柱的探测分析过程,对同类型矿井探查陷落柱发育范围具有一定的借鉴意义.     

陷落柱发育规律及富水性特征分析

陷落柱在华北煤田广泛发育和分布,根据赵庄二号井已经发现的6个陷落柱,探讨陷落柱的成因,介绍井田内陷落柱的分布特征和内部充填物质特征,研究陷落柱的发育规律及其富水性特征。结果表明,陷落柱多分布在向斜轴部和断层带及其附近,常成群出现,具有分片分带的特点。柱体内上部胶结程度差,中部胶结致密,下部胶结相对较差。陷落柱上部弱含水,下部含水多为深部奥灰水垂向越流补给所致。研究结果可以为煤矿陷落柱防治水提供科学依据,丰富煤层底板突水理论,并带来社会经济效益。