利用钻探手段确定煤层采空区“两带”高度

煤层开采中覆岩破坏高度的观测是煤矿安全开采合理留设防水煤柱的一项主要依据,利用钻探方法可以很清楚直观的判断煤层采空区冒落带、导水裂隙带的高度及发育特征,从而提供与以往探测结果进行分析的第一手资料,此方法操作简单,数据可靠,比较实用。     

裂高钻探中裂高界面的确定

水体下采煤防水煤柱尺寸主要是依据导水裂隙带高度（以下简称裂高）确定的,而裂高数据通常是采用钻孔简易水文观测法来获得。开采煤层的覆岩中,往往分布有透水性好的含水层、被疏干的含水层、封闭性局部采动裂隙等[上述三种情况统称为非冒落裂隙含(透)水层(带)]。钻孔到达裂高界面之前在上述层或带亦可能产生耗漏水和水位下降,以致对裂高界面位置的确定造成困难,甚至错误。因此,探求和掌握冒落裂隙的导水特征反其与非冒落裂隙的区别方法,是裂高钻探中一个十分重要的问题。      

覆岩层破坏理论在采区地基稳定性评价中的应用 ——以吉林九台营城煤矿为例

煤层开采后,上覆岩层将形成冒落带、裂缝带和弯曲带。根据营城煤矿研究区自然地理条件、区域地质条件和工程水文地质条件,应用覆岩层破坏理论,得出营城煤矿最大冒落裂隙带高度和建筑物荷载的最大影响深度之和为270 m,远小于该区域煤层最小开采深度( 838 m) ,该区不会产生较大的不均匀沉降。     

考虑岩体碎胀效应的采场覆岩冒落规律分析

应用改进的岩石破裂过程分析系统(RFPA2D),分析了煤层开采过程中上覆岩层发生离层、弯曲、端部和中部开裂直至冒落的全过程,再现了采动影响下冒落带、裂隙带、下沉带3带的形成过程以及裂隙拱的形成发展、整体覆岩的周期性运动模式。数值计算中,引入了冒落岩体的碎胀效应,使得计算结果更合理地反映了现场实际,主要表现在：冒落岩体的碎胀效应及拉伸、剪切破坏联合控制了覆岩的运动模式,随着工作面的不断推进,上覆岩层可呈现出周期性的运动特征;裂隙拱发展到一定高度后,工作面垂直方向上不再扩展,只在工作面推进方向向前扩展,此时裂隙拱拱顶为一近似水平线,冒落带、裂隙带和下沉带3带分明;覆岩运动引起的地表下沉范围和下沉量亦都更符合现场实际。     

考虑覆岩结构影响的近松散层开采导水裂隙带发育高度预测模型研究——以淮北煤田为例

近松散层开采覆岩导水裂隙带沟通上覆含水层导致了顶板水害事故的发生。在其他开采因素相似时,工作面顶板覆岩结构的不同会致使导水裂隙带发育高度出现较大差异。为此,通过收集淮北煤田17例近松散层开采覆岩导水裂隙带发育高度实测数据作为训练样本,利用一行两列向量对近松散层工作面顶板覆岩结构进行量化,并联合煤层采厚、煤层倾角、工作面斜长、开采深度、松散层厚度共计6个影响因素作为输入数据,实测导水裂隙带发育高度作为输出数据,依据径向基函数神经网络建立了考虑覆岩结构影响的近松散层开采导水裂隙带发育高度预测模型。并将该预测模型应用于淮北煤田中的青东煤矿,经钻孔冲洗液漏失量与钻孔彩色电视观测验证,获得预测结果相对误差为3.3%,低于《“三下”开采规范》中经验公式计算误差19.2%。该方法为近松散层开采导水裂隙带发育高度的合理确定提供了理论支持。     

同忻井田采空区积水贮存分布特征及突水预测

本文依据井田范围内采空积水调查资料,探讨了采空积水的贮存分布规律,并采用冒落带及导水裂隙带最大高度的计算方法,预测了未来开采下伏可采煤层造成的漏水灾害区。     

厚煤层综采区昌落（裂）带高度的确定

钻孔在钻进过程中,冲洗液消耗量的大小是所钻进地层密实程度,裂隙发育程序的直接反映＾「１」。本文以神府矿区大柳塔煤矿为例,采用钻孔冲洗液消耗量观测方法确定了１＾－２、２＾－２煤层采后冒落（裂）带高度。     

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。     

许昌铁矿矿区地面塌陷成因分析

在对许昌铁矿矿区地质环境条件、矿山开采现状、地面塌陷特征调查的基础上,通过分析金属矿山塌陷机理,从新生界盖层特征、矿体顶板及围岩工程地质性质、矿山排水等因素论证了矿区塌陷成因。认为松散的第四系地层结构与微弱胶结新近系多层地层结构有利于地面塌陷的形成,矿体顶板、围岩节理裂隙发育密集,遇水易形成冒落带、导水裂隙带,而部分地段冒落带、导水裂隙带最大高度大于矿层顶板厚度,矿坑排水量的增加是矿区地面塌陷或陷洞形成的主导因素,并提出了矿区地面塌陷防治对策。     

湖南省谭家山矿区开采地质灾害分析

煤矿开采所产生的地表沉降、开裂、塌陷等地质灾害,造成地表民房不同程度的损坏。为准确分析矿山开采对地表民房的损坏,从矿山开采造成地表沉降影响范围,矿山开采最大冒落高度与导水裂隙带高度,矿山开采引起地表最大水平移动值、最大曲率值、最大倾斜值等因素来研究分析。综合分析认为：引起地表民房损坏的主要原因一是地表民房正处在采动影响范围内;二是开采冒落带与裂隙带高度已经波及至地表,从而引起地表出现沉降与裂缝等现象,引发房屋开裂等损坏现象;三是煤矿采空区所产生的最大曲率值远远大于地表建筑允许变形值。该方法对研究煤矿开采造成地表民房损坏成因分析具有一定指导意义。     

煤层风氧化带宽度的确定方法

在煤炭资源储量估算中,煤层风氧化带垂深都是根据煤质化验指标来确定,对在煤层底板等高线上如何确定煤层风氧化带宽度没有明确的规定,为此,依据实际工作中遇到的三种地质情况：地表基本平坦：地表有倾角且倾向与煤层倾向相同;地表有倾角且倾向与煤层倾向相反,分别用制图法、计算法确定其煤层风氧化带的宽度。     

顺煤层剪切带煤与瓦斯突出机理分析

为了确定顺煤层剪切带的煤与瓦斯突出机理,在对顺煤层剪切带的受力状态进行分析的基础上,应用Mohr-Coulomb理论研究了顺煤层剪切带的形成机制,并探讨了顺煤层剪切带内的煤层变化特征、瓦斯含量和瓦斯压力特征及地应力对煤与瓦斯突出的影响。结果表明:当煤层倾角接近剪切滑动的临界角时,易产生薄煤区,而远离临界角时,煤层厚度增加,煤层厚度剧烈变化部位为应力集中区并具有较高的应力梯度;顺煤层剪切带内的压应力、煤层的面理化结构和煤层厚度的剧烈变化使其在宏观上形成了高瓦斯含量和高瓦斯压力特征,微观上糜棱煤细颈瓶型的孔隙形态为发生煤与瓦斯突出提供了必要的介质条件;在紧闭褶皱区,煤与瓦斯突出类型以突出为主,在宽缓褶皱区和伸展型顺煤层剪切带内,煤与瓦斯突出类型以压出和倾出为主。顺煤层剪切带内的高地应力、高瓦斯压力和发育的构造煤等3个因素是煤与瓦斯突出发生的主要原因。      

地震勘探在地层倾角较大地区的应用初探

在地层倾角较大地区,尤其是通过钻孔见煤深度推断的地层倾角变化较大地区,钻孔之间的地层及构造变化情况,若仅依靠钻孔资料,可能会得出与事实相反的结论。大倾角地层地区的地震勘探,须解决的地质问题主要有：受构造运动影响,煤系地层被风化剥蚀后,与新生界呈不不整合接触关系的煤层露头点：背斜轴部发育的褶曲、断层以及煤层赋存形态的变化;受大断层的牵引作用,其附近地层倾角变化及小断层的发育情况。在地震资料处理时,对干涉波应采用炮炮计算切除量及去线性干扰模块进行切除：并认为偏移处理中的层速度,做沿层平滑较均方根速度平滑更加合理。在进行解释时,应注意分辨不同的波形特征及断点识别标志。实例表明：地震勘探可以准确地控制单斜地层因断层导致的背斜构造及地层倾角变化情况。     

鱼卡煤田三井田F1断层发育特征及控煤分析

鱼卡煤田三井田总体构造形态为一向西倾伏的背斜构造,并发育有一系列走向NEE的逆推断层和NNE的左行平移断层。断层表现为落差大延伸远,对煤层的破坏严重,特别是F1逆断层,走向NWW,倾向N倾角60°-80°,贯穿整个井田,在区内表现为沿断层破碎带出现M7煤层的缺失、重复以及变薄。因此,在煤炭资源勘查过程中,特别是勘探阶段．查明和控制先期开采地段落差≥30m的断层尤为重要。     

多煤层开采覆岩破断过程的模型试验与数值模拟

首先分析了研究区煤矿山西组煤层剖面和水文地质特征,针对多煤层联合开采的特点和覆岩的工程地质特征,采用工程地质力学模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,分析了多煤层开采的采动影响及岩层动态断裂机理,得出了有关岩层移动参数和多层煤同采时应力分布状态,计算得到了多煤层开采垮落带与导水裂隙带的发育高度分别为32m和81.5m,导水裂隙带高度影响范围已经达到风化带,未形成切冒,局部穿透粘土层。     

大倾角煤层水力裂缝扩展物理模拟实验

为研究大倾角煤层水力压裂裂缝扩展形态，采用大尺寸真三轴压裂模拟系统，分别开展最大水平主应力沿地层走向和沿地层倾向的60°倾角煤层水力裂缝扩展物理模拟实验。结果表明:最大主应力方向沿地层走向时，裂缝起裂容易，缝高受限，裂缝连通性好，裂缝的开启主要沿层理和天然裂缝，形成垂直缝形态，地层倾角对压裂施工影响相对较小，建议进行大规模压裂以充分改造煤储层；最大主应力方向沿地层倾向时，裂缝起裂困难，前期缝高受限，后期缝高失控，裂缝连通性差，受节理影响，不易形成主缝，所以裂缝扩展困难，转向及多级破裂较多，此类煤层建议进行多级小规模压裂改造。实验结果对新疆等地区大倾角煤层的改造模式和改造规模具有指导作用。      

特厚煤层大采高综放工作面煤壁片帮机制分析

针对特厚煤层大采高工作面,将超前支承压力作用的煤体分为破裂区、塑性区和弹性区。考虑支架护帮阻力等因素,建立了支承压力作用的煤体变形破坏及煤壁片帮分析力学模型。通过摩尔-库仑准则和非关联弹塑性分析,推导出了煤壁水平位移量及破裂区和塑性区半径解析表达式,分析了影响煤壁片帮的主要因素。理论结果与现场实测结果误差仅为15.6%,验证了模型的正确性。研究表明,随支承压力集中系数的增大、机采高度的增加以及支架护帮阻力的减小,煤壁水平位移量明显增大,煤壁片帮程度严重。工程实践表明,提高支架工作阻力,减缓煤壁处压力,控制合理采高以及增大支架护帮阻力,可有效缓解大采高综放工作面煤壁片帮程度。     

Numerical investigation of groundwater outbursts near faults in underground coal mines

Permeable geologic faults in the coal seam can cause intermittent production problems or unexpected amounts of groundwater outburst from the underlying aquifers. With the acknowledgment of the basic mechanism for groundwater outbursts, the groundwater outburst along the fault zones in coal mines are numerically investigated using RFPA, a numerical code based on FEM. The fracture initiation, propagation, and coalescence in the stressed strata and the seepage field evolution in the stress field are represented visually during the whole process of groundwater outburst. The numerically obtained damage evolution shows that the floor strata could be classified as three zones, i.e. mining induced fracture zone, intact zone and fault reactivation zone, in which the intact zone is the key part for resisting groundwater outburst and directly determines the effective thickness of water-resisting rock layer. With understanding of the evolution of stress field and seepage flow in floor strata, the groundwater outburst pathway is calibrated and the transformation of floor rock mass from water-resisting strata to outburst pathway is clearly illuminated. Moreover, it is shown that geometrical configuration, including inclination angle of faults and seam drop along faults, have an important influence on groundwater outburst. Finally, based on geological, hydrogeology survey and numerical results, the mechanism analysis of groundwater outburst in an engineering case is studied, which can provide significantly meaningful guides for the investigation on mechanism and prevention of groundwater outburst induced by faults in practice.     

Formation of fractured zones in overburden due to longwall mining

The fractured zones caused by mining were studied in the overburden of the Torezko-Snezhnyanskaya area, Ukraine, through the change in natural gas emission from these zones during longwall coal excavation. Zones of interconnected fractures and separate horizontal fractures were studied with vertical wells drilled from the ground surface down to active underground workings. The maximum heights of the zone of interconnected fractures and separate horizontal fractures may reach 19–41 and 53–92 times the thickness of the coal seam respectively. It was found that the ratio between the maximum height of the zone of interconnected fractures and the thickness of the extracted coal seam increases with the increasing number of rock layer interfaces and decreases with the increasing stiffness of immediate roof. It is shown that the growth of the zone of interconnected fractures occurred during 17–39 days at an average rate of 0.94–1.97 m day^?1 and it was accompanied by increasing methane emission from overburden. Observation shows that the formation of separate horizontal fractures began only 11–49.5 days after the height of the zone of interconnected fractures reached its maximum value. Formation of separate horizontal fractures in overburden over the longwall excavation occurred as a stepped process from lower to upper sandstone–sandy shale layer interfaces in the direction of the ground surface.