基于岩性-结构的煤层底板突水危险性评价

煤层顶底板突水危险性预测与评价是煤矿突水灾害防治的基础和依据。针对煤层底板隔水介质条件,分析了煤系岩石力学性质,煤层底板突水的岩性、结构和厚度特征,建立了煤层底板突水危险性评价理论和方法。研究表明:煤层底板隔水介质条件取决于隔水层岩性和断裂构造,随着底板泥岩含量增加,煤层底板隔水性能增高,但抗水压能力降低;随着断裂发育程度的增加,底板隔水层由完整结构、块裂结构到碎裂结构和松散结构,煤层底板抗水压能力和隔水性能均降低,突水危险性增大。煤层底板抗水压能力与煤层底板隔水层厚度密切相关,统计表明,煤层底板受的极限水压p与底板隔水层厚度h之间为2次幂函数关系。在传统突水系数的基础上考虑了隔水层的岩性和结构特征,提出了煤层底板突水危险评价分类;进一步根据水压P_w与岩体破裂压力P_c关系和水压P_w与最小主应力σ_hmin关系判断是否突水。      

矿井初步设计中边界防隔水煤岩柱留设探讨

针对一些矿井初步设计中留设边界防隔水煤岩柱不合理而引发矿井老空水矿难的现实,探讨了影响矿井间边界防隔水煤岩柱安全稳定性的因素,提出应充分考虑煤岩柱受覆岩应力破坏变形、覆岩受采动影响产生岩移破坏等,综合分析计算煤柱有效稳定性弹性核区宽度、覆岩导水裂缝带上限岩柱宽度及其抗静水压能力等,择优选取留设矿井边界防隔水煤岩柱。以济宁煤田济宁二矿与三矿边界煤柱的留设为例,计算其边界煤柱留设尺寸为99.56m,较原设计的40m有较大出入,据此对两矿井边界隔离煤柱进行了相应调整,确保了矿井的安全生产。该方法也可用于矿井留设采区、区段隔离煤柱的计算。     

平煤八矿己15-13030工作面煤层顶板突水溃砂可能性评价

煤矿突水溃砂灾害的发生与煤层上履含水层性质、岩性特征及破坏程度等诸多因素有关。通过研究己15煤层顶板基岩与第四系底部的含、隔水性能及顶板覆岩岩性组合特征,计算出一次全部开采3．6m煤层时,其导水裂缝带最小发育高度为38．46m,最大为47．95m,确定了采煤活动导致的上覆顶板含水层发生水力联系的范围,认为己15—13030工作面煤层开采时发生顶板突水的可能性不大;计算一次全部开采3．6m煤层时,防砂安全垂高最大为23．5m．防塌安全煤岩柱最大垂高为12．5m,结合煤层顶板基岩及第四系底部岩层的水文地质特征,认为工作面回采时顶板溃砂的可能性也不大。强调在生产过程中,要加强顶板涌水的观测,同时增加现有排水系统的排水能力,从而为工作面安全回采提供支持。     

孙疃煤矿7_211工作面基岩风化带特征

煤层顶板基岩风化带特性决定了其隔水能力的强弱。通过分析孙疃煤矿7211工作面72煤层顶板基岩风化带的岩性特征、矿物成分、水理性质及物理力学性质、风化带分布特征等因素,表明:该工作面基岩风化带岩屑矿物主要为石英和长石;古地形对风化带的发育厚度变化影响较明显;风化带具有一定的隔水能力,具有抑制冒落带与导水裂隙带向上发育的作用,这对缩小防水煤岩柱、合理留设安全煤岩柱高度和回采上限十分有利。     

面向智能化开采的矿井煤岩层综合对比技术

煤岩层对比工作贯穿于整个煤炭地质勘查与矿井生产阶段的全过程,针对近距离、多煤层且构造复杂的矿井生产阶段煤岩层对比困难的问题,以贵州盘县煤田火烧铺煤矿为研究对象,通过对地质勘查资料的分析,结合地面瓦斯勘查钻孔、井下地质调查、瓦斯参数测试工程从地质勘查阶段已经建立的煤岩层对比标志层中提取适应于矿井生产阶段的标志层;结合矿井生产过程中井筒、巷道、工作面及其两巷道、切眼等井巷工程生产揭露资料的宏/微观煤岩、煤质化验、煤层顶底板岩石力学、煤层的光学特征等资料,提炼矿井生产过程中基于开采技术条件的煤岩层对比的标志;综合地质勘查与矿井生产阶段重新构建矿井生产阶段煤岩层综合对比标准体系。研究表明:地质勘查阶段构建的煤岩层对比标志层在矿井生产阶段岩性组合、地球物理测井曲线,高位标志性岩层以及古生物化石层基本上失去了指导意义,而煤层结构、伪顶或低位直接顶板古生物化石层、岩性标志层仍具有指导意义,可以指导实践生产;矿井生产阶段大量的地层倾角数据、宏/微观煤岩组分特征、煤层夹矸岩性,尤其是可见光、热红外等光学特征,煤层瓦斯含量、压力参数,煤层顶底板岩石力学参数等是煤岩层对比的良好标志层;构建的煤岩层综合对比技术体系可以有效地指导煤矿巷道高效掘进、工作面快速回采并识别断层发育特征。研究成果不仅可以指导煤矿井下生产工作而且可以为构造复杂区的煤矿井下工作面智能化开采提供基础地质资料,为煤矿安全、高效、智能化开采提供地质保障技术。      

煤层底板突水系数计算公式的探讨

根据从诸多濒临带压开采威胁的煤矿中得到大量的第一手资料,运用多元统计分析方法,揭示出了煤层底板突水这种地质现象的演化和特征的内在联系和规律,建立了矿压对煤层底板破坏深度的计算式。通过对以往煤层底板突水系数计算公式进行对比、分析、推理和总结,克服了以往计算公式的不足,继承和发展了公式的优点,得出了考虑因素较全面和较科学的突水系数计算式,从而为解决煤层底板隔水岩柱薄弱地带或断裂陷落柱薄弱地带的煤矿安全生产提供了一套行之有效的解决方法。这套公式在太原西峪煤矿和晋城矿务局(西区)得到了应用,证明是一种行之有效的方法。     

采动影响下的煤层底板岩层破坏特征——以团柏煤矿为例

研究采动影响对底板岩层的破坏范围,掌握矿压和水压对底板岩层作用的关系是煤矿防治底板水害的关键。团柏煤矿开采10煤和11煤,受到底板奥灰岩溶水的威胁,因此,以10煤为研究对象,采用煤层开采过程中底板监测钻孔的压水实验,研究采动影响范围和底板岩层的破坏深度。研究结果表明,10煤开采对底板岩层的破坏范围为10~12 m,横向影响范围40 m,峰值点位于6~20 m。该成果可为煤矿开采深部煤炭资源时进行底板突水预测预报提供技术支持。      

太原西峪煤矿9号煤层带压开采危安区的划分

西峪煤矿位于太原西山岩水系统的晋祠岩溶水亚系统内的非主径流带上，由于本矿区9号煤层除最南端有小部分9号煤层底板高于水头外，其余全部处于水头之下，因此，奥陶系灰岩水已严重地威胁着9号煤层的安全开采，特别是在底板隔水岩柱薄弱地带或断裂陷落柱构造破碎带，已存在着岩溶水突破隔水岩柱溃入矿坑的危险性，本文着重研究并划分了矿区9号煤层带压开采的安全区与危险区，目的是为煤矿带压开采提矿坑的危险性，本文着重研究并划分了矿区的9号煤层带压开采的安全区与危险区，目的是为煤矿带压开采提供宝贵的资料。     

煤层底板破坏的断层效应模拟及其在防治水中的应用

梁北煤矿已发生5 次寒武系灰岩底板突水事故,造成重大经济损失。根据矿井的水文地质条件,建立了煤层开采的FLAC 数值模型,利用岩石力学及渗流力学理论,分别模拟了无断层和有断层条件下煤层底板采动破坏带的演化规律,重点讨论了断裂深度及断层空间位置对底板破坏深度的影响。结果表明,断层的存在可使底板采动破坏深度增加20%~33%,断层是突水重点防范区域,遇断层前10 m 直到过断层15 m 须加强防治水工作。根据模拟结果设计了梁北矿11041, 11151,11111 三个工作面底板的注浆加固工程,重点注浆层位分别为底板破坏范围和寒武系顶部裂隙发育带,注浆工程增强了底板的阻水能力,实现了工作面的安全回采。     

断层构造对煤层底板突水的影响分析

在原岩应力、地质构造、地下水等因素基础上,从应力场和渗流场共同作用的角度出发,研究含底板岩体在内的采场岩体系统的变形与破坏。研究结果表明,随着工作面向前推进,底板岩层的破坏深度和范围逐渐增加,底板岩层中水平应力低于承压水压力的深度也逐步增大。随着开挖接近断层,断层对应力分布情况的影响越来越明显,最终在断层处造成突水。为了预防底板突水的发生,合理留设防水煤岩柱是必要的工程措施。     

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。     

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。      

焦作矿区防止突水淹井事故的对策

通过分析焦作矿区17次突水淹井事故原因,提出了强化领导、严格管理、加强基础地质工作、合理留设防水煤柱、加强断层探测、完善防排水设施、选择合理的防治水措施等对策,使焦作矿区21a来未发生突水淹井事故。这些措施对类似矿区的防治水工作具有一定的参考价值。      

断层参数对承压水体上采煤的影响分析

根据流固耦合理论,采用有限元数值模拟的方法,针对承压水体上采煤过程中断层参数(断距、倾角)对煤层、围岩的应力、变形和水压力变化的影响进行了模拟分析,探讨了存在断层时突水的机理和可能的突水点位置,并定量分析了防水煤柱的预留距离。得出以下结论:(1)当存在正断层时,多发生断层破坏型突水,而底板破坏型突水发生的几率较小;(2)突水性质和突水发生位置受断层断距和倾角的影响不大,煤层和采煤工作面附近的底板围岩都可能成为突水涌出点;(3)随着断层断距和倾角的增加,防水煤柱的合理留设距离应随之增大。以上结果可为实际矿井采煤防突水设计提供参考。 更多还原     

煤层顶板次生离层水体透水机理及防治技术

为了研究以煤层顶板弱富水含水层为直接充水水源的顶板透水机理,并探索防治方法,以宁夏宁东煤田红柳煤矿1121工作面开采期间发生的4次大规模透水为切入点,通过理论分析、数值模拟并结合井下钻探等工程技术手段,得出该工作面透水是由煤层开采后顶板岩移形成的次生离层水体引发,提出了煤层顶板覆岩中隔水关键层是造成次生离层水体透水的必要条件;研究了隔水关键层位置、尺寸及其水理性质对次生离层水体周期性透水的控制作用;确定了临界隔水关键层厚度为18 m,并提出了次生离层水体致灾前疏放的最佳时机为次生离层水体形成且周期垮落前,最佳位置垂向上为煤层A主隔水关键层顶板,平面上位于下顺槽距煤帮1/6~1/3工作面斜长范围。      

基于多方法的煤层底板突水危险性评价

选择平顶山煤田二矿、十矿和十二矿51个钻孔的隔水层厚度、断层复杂程度、含水层水压、含水层单位涌水量、采高5个因素为评价因子,以层次分析法和灰色关联分析法计算的常权权重为基础,应用变权理论确定各指标因子的变权权重;分别利用物元可拓法、模糊可变集理论、突变理论、模糊综合评价法,对煤层底板突水危险性进行评价并确定突水危险性等级。与实际开采情况的对比分析证明,模糊可变集理论是最适宜研究区的底板突水危险性评价方法,评价结果与开采实际较为吻合。模糊可变集理论的评价表明,二矿、十矿、十二矿带压区内安全区占比分别为4.08%、14.30%、0,低威胁区占比分别为76.91%、83.14%、85.78%,高威胁区占比分别为19.01%、2.56%、14.22%,研究区内暂无危险区。      

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。      

基于巨厚岩层-煤柱协同变形的煤柱稳定性

采前煤柱稳定性研究是工作面冲击危险性评估和开采方案设计的关键。以山东某矿深井巨厚砾岩条件工作面开采遗留煤柱为背景,采用案例调研、理论分析、数值模拟和工程实践等方法,对巨厚岩层-煤柱协同变形机制及其煤柱稳定性进行了研究,建立了巨厚岩层-煤柱协同变形的简化力学模型,探讨了引起煤柱变形的主要应力来源和变形形式,推导了在协同变形条件下煤柱的应力-应变关系。以此为基础,综合煤柱煤体应力、围岩稳定性和变形特征等条件,提出了煤柱整体失稳的力学判据。研究结果表明：巨厚岩层-煤柱失稳诱发冲击与煤柱的位置、尺寸和上覆岩层运动或变形关系密切,上覆岩层运动或变形是诱发煤柱失稳的动力因素;巨厚岩层-煤柱的变形主要包括受集中力F压迫的协同挠曲压缩变形和受集中力G作用的重力沉降变形,二者保持内在协调性;巨厚岩层下煤柱整体失稳的工程判据为煤柱煤体平均支承应力p超过其平均极限支承强度Rc（p≥Rc）;评估得到遗留的50 m煤柱具有强冲击危险性,并通过优化开采设计,取得了良好的效果。该研究成果对相似条件煤柱留设及其稳定性分析具有参考意义。     

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。      

断层保护煤柱合理留设的数值模拟分析

考虑某典型煤矿特殊地质条件,采用ANSYS建立二维有限元模型,对于断层存在情况下煤柱的合理留设进行了数值模拟计算。分析了留设不同断层保护煤柱情况下开采对工作面前方煤柱及断层的影响,并对开采区顶板的支承压力进行了模拟,提出了断层保护煤柱的合理留设长度,为实际开采提供了可靠的科学依据。