华北聚煤区煤矿工作面回采过程中突水预报专家系统

本文首次将专家系统方法运用于煤矿区突水预报领域,初步建立了华北聚煤区煤矿工作面回采过程中底板突水预报专家系统。简称:WIFDCM。通过对华北诸煤矿208个工作面底板突水问题的实例验证,系统总判定成功率达91％。为便于阐述,本文以山东肥城矿区两个工作面的突水预报问题为例,扼要地说明了系统的判定过程和结果。     

华北煤层底板突水的随机—信息模拟及预测

在我国华北煤矿田,回采工作面煤层底板突水问题严重困扰着煤矿经济效益的正常发挥。针对回采工作面煤层底板突水的特点,提出了采用随机－信息方法解决突水预报问题,为此建立了信息判据,并对大量的实例进行了验证,取得了满意的效果。     

华北型煤田煤层底板突水预测信息分析理论、方法及应用

在我国华北煤矿区,回采工作面煤层底板突水问题相当严重,困扰着煤矿经济效益的正常发挥。本文针对回采工作面煤层底板突水的特点,提出采用随机-信息方法解决其突水预报问题,建立了信息判据,并对大量的实例进行了验证,取得了满意的效果。      

通过测量底板最大附加剪应力探求底板突水机理

采煤工作面底板突水给煤矿生产带来严重的危害。据不完全统计,我国华北、华东各矿区自建矿以来已发生了近300次底板突水事故,有的淹没采区,有的整个矿区被淹没。我国有30多个煤田2×1010t 煤受到岩溶承压水的威胁。      

融合突水系数和断裂构造分维值的工作面底板突水危险性评价

针对北皂煤矿H2108工作面开采受底板中砂岩突水威胁的现状,在综合分析工作面水文地质特征和底板突水危险性影响因素的基础上,为解决突水系数法评价煤层底板突水危险性的局限性,提出运用信息融合的方法将突水系数与断裂构造分维值相融合,对工作面开采突水的可能性进行了综合评价,并对煤层底板突水的危险区域进行分区与预测,得出了北皂煤矿H2108工作面总体能实现安全开采的结论,给出了工作面安全开采底板突水防治措施。     

焦作矿区煤层底板注浆加固工作面突水原因与防治

焦作矿区水文地质条件极为复杂,煤层底板受到承压水的严重威胁,为此对工作面煤层底板进行了注浆加固改造。但近几年底板注浆加固工作面仍发生突水事故,严重影响了矿井的正常生产,并构成了安全隐患。通过对焦作矿区近年来8起底板注浆加固工作面突水事故进行调研,详细分析了突水工作面主要充水水源、注浆加固改造情况、突水情况及原因,总结归纳了注浆加固工作面突水影响因素,利用实例计算验证了易突水位置,并进一步提出了水害防治措施。      

底板导水裂隙带中含承压水裂隙的力学特性

华北煤田煤系地层的底部为含水丰富的奥陶系灰岩,该层灰岩与地表水系和煤系地层含水层存在着密切的水力联系。许多大型突水是采掘空间与含水层之间形成突水通道引起的。因此,分析开采工过程中底板岩体中含承压水裂隙的断裂力学特性具有重要意义。本文采用作者提出的数值方法分析了含高压水裂隙在开采过程中的断裂力学特性。假设裂隙面上作用着均匀水压力,考虑地应力的影响,采用断裂力学的叠加原理,分析了采煤工作面推进过程中含承压水裂隙的断裂力学特性,讨论了开采过程中底板承压水导升。结果表明:在工作面推进过程中,位于底板岩层且与含承压水岩层连通的裂隙,会在承压水水压力和扰动应力的共同作用下,产生破坏,导水裂隙带的高度会增加;这就增加了底板突水的危险性。     

煤层底板突水综合监测技术及其应用

底板岩溶水害是华北型煤田较为普遍存在的问题，因其具有隐蔽性、突发性的特点，防治水工作面临巨大的问题和挑战，因此，底板突水监测预警已成为煤矿安全生产过程中的必要措施。底板水害的形成和发生都有一个从孕育、发展到发生的演变过程，在此过程的不同阶段，底板裂隙、岩层视电阻率等均会释放出对应的突水征兆，及时、准确、有效地采集这些信息，根据这些信息判别突水过程中的具体水文地质特征，为建立突水监测系统奠定了基础。根据突水三要素，在葛泉煤矿东井11916工作面，利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建了底板突水综合监测系统，对引起突水的导水通道和水源2个要素进行实时监测。监测结果表明:正常情况下，11916工作面回采过程中底板破坏深度为20~25 m，但是在2019年9月14日工作面推进到中间巷道时，运料巷和中间巷来自顶板的压力对底板破坏的叠加作用，以及附近的陷落柱原有破裂，致使该位置底板破坏深度加大，达到30~35 m，底板本溪灰岩水通过导水通道进入运料巷，底板出水2 m3/h，从视电阻率监测结果中不难发现1个低阻异常体从底板下逐步向上发育的过程。利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建的底板突水综合监测系统能够捕捉到底板突水征兆，对于预测重特大水害事故的发生具有重要意义和实用价值。      

矿井水文地质模糊分区

华北地区矿井突水事件的历史资料表明,与突水事件有关的主要水文地质因素是:（1）采矿工作面承受的底板含水层的水头压力;（2）采矿工作面与底板含水层之间相对隔水层的厚度及其岩性组合;（3）采矿工作面所处的地质环境;（4）底板含水层的富水性。显然,上述（3）和（4）都是模糊概念。      

深部煤层高承压水底板注浆改造防治水技术的应用

以刘桥一矿Ⅱ666工作面6煤为研究对象,针对矿井断裂构造复杂,与煤层开采关系较大的太原组灰岩岩溶裂隙含水层厚度大、富水性强、水压高、补给源充分、开采深度大、地压高等特点,结合以往相邻采区或工作面深部煤层底板开采时发生多次突水事故的实际,在分析矿井6煤顶底板主要突水点情况的基础上,对Ⅱ666工作面的突水系数进行了计算。结果表明,工作面的最大突水系数超过底板构造破坏带区域突水系数临界值,工作面回采前需采取底板注浆改造措施。根据工作面突水系数、底板隔水层厚度和承受水压大小,把工作面分为2段进行全覆盖注浆改造。运用涌水量对比法、物探探测法和突水系数计算法,对工作面的改造效果进行了评价,结果显示,注浆改造后的钻孔涌水量大幅度减小,甚至为零,物探异常区明显变少,突水系数均0.06MPa/m,达到了预期要求,为保证深部煤炭资源开采系统的正常运行提供了技术保障。     

断层破裂带附近采场采动效应的流固耦合分析

矿井底板突水是一个复杂的多物理场耦合问题,结合含断层破裂带条件下采场开采的工程背景,通过离散元流固耦合分析,研究了采场工作面推进过程中断层带的变形与受力情况以及底板支承压力、渗流矢量和渗流速度的动态发展规律和分布特征。相关模拟结果表明,采场中煤层的开采与断层破裂带之间是相互影响的,以支承压力为代表的采动应力是底板破坏形成导水裂隙带及断层“活化”突水的一个主要诱因,而断层的存在也使得工作面与断层带范围内的围岩应力更加集中,增大了底板破坏突水的危险性。采动过程中,底板破坏所形成的导水裂隙带主要集中在工作面前方及下方围岩中,这些区域渗流速度较大,是形成突水的主要通道。     

煤矿工作面底板突水灾害预警重点监测区域评价技术

准确圈定煤矿工作面底板突水预警重点监测区域,实现监测位置和潜在突水点位置在空间上的匹配,是突水灾害预警急需解决的问题之一。为研究煤矿工作面底板突水灾害预警重点监测区域评价技术,采用水文地质分析、GIS空间分析及ANN预测等技术手段,建立了底板突水灾害预警重点监测区域评价指标体系,提出了将不连续指标转化为连续指标的方法,建立了评价模型,研发了重点监测区域评价GIS系统,实现了煤矿底板突水灾害预警重点监测区域GIS与ANN耦合评价技术,最后以赵庄煤矿5303回采工作面底板突水监测预警为例,利用研发的系统圈定了该工作面重点监测区域。研究表明,确定预警重点监测区域的影响因素主要有含水层水压、含水层富水性、含水层防（隔）水煤岩柱厚度、老空区危险性指数、断层危险性指数、陷落柱危险性指数和封闭不良钻孔危险性指数,利用分段函数可以有效将不连续指标转化为连续指标,研发的评价系统可以实现煤矿突水灾害预警监测位置自动评价,评价结果与现场揭露及水害预警系统监测结果一致。      

焦煤集团九里山矿14101工作面突水治理浅析

通过对焦煤集团九里山矿14101工作面底板突水经过的研究,认为工作面底板突水的水源是是Lg灰岩水,其直接补给水源为L2灰岩水,间接补给水源为O2灰岩水;导水通道为底板采动裂隙带。采取了在工作面打水闸墙,利用钻孔对采空区灌注骨料,增加水流阻力,切断导水通道,封堵水源,加固隔水层的地面注浆和井下工程相结合的综合治水方案。通过观察,工作面中间巷无水流出,突水前后水位变化明显,在较短时间内获得了堵水成功。取得了显著的经济效益和社会效益,为矿井突水治理积累了经验。     

采煤工作面顶板来压和底板突水关系的数值模拟

以某采煤工作面的实际资料为依据,进行了有限元法模拟和底板岩层的力学规律分析,并据此预测底板突水的危险点,进而分析来压和突水的相互关系。     

“双端封堵侧漏技术”在探测大采深工作面煤层底板裂隙中的应用

我国浅部煤层的储量在近几年内大量减少,为满足工业生产,人民生活的需要,开采深部煤层成为势在必行的发展趋势,但是,深部采区条件较为复杂,尤其是在华北石炭-二叠型煤田内,底板奥灰水,溶岩水一直都限制着煤层的开采,底板突水占整个煤矿事故中90%以上的比例。大采深工作面受底板承压水的威胁较大,采动造成的裂隙一旦与导升带相连通,形成一导水通道,则会造成底板突水。双端封堵侧漏技术通过将整个钻孔细分为若干单位段,通过测试每一单位段前后两次漏水的差异,从而确定受回采影响下底板的裂隙发育情况和最大发育深度。     

顶板周期来压和底板突水的关系研究

从矿山压力角度分析采煤工作面底板破坏带最大深度产生的时间和位置，进而探讨顶板来压和底板突水之间的关系，最后给出工作面来压和非来压期间，底板究水的可能性。     

宁武煤田焦家寨煤矿52108工作面突水危险性分析

焦家寨煤矿主采石炭系太原组2#、5#煤层,煤层底板奥灰承压含水层是矿井防治的重点。本矿虽未发生过奥灰承压水突水,但其相邻矿井曾发生过奥灰突水事故。目前煤矿回采标高最低的工作面为太原组下部的5#煤层52108工作面的突水系数值为0.056~0.063 MPa/m,在局部煤层底板构造裂隙发育的区域存在突水风险。选择音频电穿透、直流电测深和无线电波透视三种物探方法,对工作面底板的富水性及隐伏构造的发育情况进行了探测,采用钻探手段对物探异常区进行了有针对性验证,结果表明,探查区域不存在导水构造,工作面回风巷1号、2号、3号出水点与奥灰承压水无水力联系;工作面底板隔水层比较完整,具有较好的隔水性能。该结论已被工作面回采所证实。     

GRA——FAHP模型的煤层底板突水危险性评价

矿井水害一直是制约我国煤炭安全生产的重要隐患之一,对其进行准确的预测评价具有十分重要的理论意义和实用价值。本文根据煤层底板突水各影响因素之间的关系是灰色关系并且具有非线性特征的特点,建立了定量与定性指标为一体的煤层底板突水评价指标体系及等级划分标准。同时将灰色关联分析法(GRA)和模糊层次分析法(FAHP)相结合。构建了能真实反映影响因素与底板突水之间灰色关系和非线性关系的底板突水危险性评价模型,并应用模型对某典型工作面突水危险性等级进行了评价,可为今后煤层底板突水预测评价的研究提供一定的借鉴和依据。     

煤层底板突水的计算预测及应用

在简评现有煤层底板突水预测理论的基础上,提出了老底板模型。参照采场老顶初次来压步距的构成,论述了老底板极限破除步区a的构成,得出了煤层底板穷水与隔水层、含水层自身性质及开采边界条件的关系、最后提出了利用以往突水资料预测同类或相邻工作面突水与否的反演方法,使预测结果更加令人信服。      

突水预测的采动煤层底板相似模拟方法研究

以淮北朱庄矿Ⅲ616综采工作面为原型建立了相似模型,模拟工作面回采过程中的应力和位移变化。模拟结果表明由切眼向前开挖至45～50 m,老顶岩层初次断裂失稳,底板岩层压张应力差最大,采动造成的底板变形破坏深度在16 m以上,为突水危险地段;与数值模拟方法相拟合,计算采动造成的底板应力变化,选取Drucker-prager屈服条件作为判断岩石是否破坏为突水判据,由煤层底板塑性区分布图反映,当开挖至49 m左右时,底部导升区和上部采动破坏带基本贯通,可能发生突水。据此对工作面进行了布置,并采取了相应防范措施,取得了良好的应用结果。