采动对红层水涌入矿井的影响

根据实际观测资料,论述采动作用下红层水力特征变化及对矿井充水的影响。红层在采动作用下,纵向上迅速形成发育较高的采动裂隙,构成红层水迅速下泄的通道,随后在上覆岩层重力作用下裂隙又被压实,从而阻碍了红层水下泄;横向上红层受采动影响的范围较小。     

鲍店煤矿四采区涌水规律分析

鲍店煤矿四采区曾发生５次突水事故。最大突水量２８５．４ｍ３／ｈ。本文通过水质、水量和水位监测资料分析认为：四采区主要的充水水源为侏罗系上统红层中的地下水，红层内部的水力联系较好；充水通道为采动导水裂隙，充水方式主要是顶板淋水和采后突水。随着采动导水裂隙波及范围的扩大，红层地下水位下降速度加快，疏干效应明显。     

兖州矿区侏罗系红层水文地质特征研究

侏罗系红层水是兖州矿区主要水害之一。为防治红层水害,对兖州矿区红层的物质组成、红层孔隙微观特征及分形特征、红层的渗透性、岩石力学特征、采动条件下覆岩破坏高度数值模拟、采动条件下红层裂隙的发育规律与渗透特征、红层突水判别模式及突水危险性分区等进行了研究,建立了红层突水判别模式,得到兖州矿区红层突水危险性分区图,对类似条件矿区的水害防治具有一定的参考价值。      

红层采动裂隙及其导水性

兖州煤田红层在采动作用下，向上迅速产生的采动裂隙往往超地经验公式计算值，且具有较好的联通性，成为第四系下组水导入矿井的通道。红层采动裂隙的发育程度主要与采厚及回采推进速度有关。     

滕县、兖州煤田红层的富水性及其对煤炭开采的影响

在滕县、兖州含煤盆地内,上侏罗统红层直接覆盖于二叠、石炭系煤系地层之上,在勘探时期曾被归为隔水层。本文通过现场资料分析和大量室内测试结果,系统研究了本区红层的化学成分和矿物组成、储水空间和分布特征及其红层地下水对煤矿开采的影响。作者得出下列结论:在岩性和构造适宜地段,红层中可以赋存较为丰富的地下水,他们既是许多煤矿的供水水源,又对煤矿的开采构成充水威胁,并通过采动裂隙引发突水事故。     

工作面回采期间地下承压水位变化规律分析

根据煤矿开采岩层移动与覆岩破坏理论,运用地下水动力学基本原理,阐述了采动裂隙导水与采动变形压力作用使采动承压含水层水位变化的力学机制,并依此建立了采动承压含水层水位变化数学模型。结合铁煤(集团)公司大平矿三台子水库下N1S2综放开采工作面水文地质条件,通过编程计算得出工作面回采过程中白垩系下部承压含水层水位变化曲线,经与矿井水文监测系统实测数据对比,结果较为理想。     

综合电法勘探在“红层地区”找水中的应用

四川盆地边缘的"红层地区"地质结构复杂,水文地质条件差,主要是因为泥岩层渗透性差,以及地下水的赋存方式并非在砂岩空隙中,而是赋存于构造裂隙带;在钙质含量较高的砂岩或砂质泥岩中构造裂隙带也可能形成岩溶水;风化壳一般也会含水,但含水量不够大。尤其在沐川县凤凰村的红层地区缺水严重,影响到当地居民的正常生活,大量的实践证明红层地区找水难度大。为了寻找充足的水源采用了高密度电法、激电法进行综合分析以准确把握各地层的视电阻率的情况,寻找富水性好的构造裂隙带,确定探采结合井的井位,使用电测井方法验证,该综合方法在沐川县凤凰村找水中取得了很好的应用效果。     

东滩矿断层活化对3煤顶板突水的影响

兖州矿区东滩煤矿二叠纪3(3上)煤层与其顶部侏罗纪红层的间距约60～220m。回采过程中多数工作面未发生红层突水，或水量较小；4308和14301工作面却发生了红层突水，且水量较大。分析认为：采动影响使工作面内断层活化，增大了冒裂带高度，从而导通红层含水层所致，最后提出了防治红层突水的建议。     

基于RFPA2D的采动区水资源流失控制方法研究

在国矿、地方煤矿和个体煤矿相继开采条件下，阜新矿区八家子自然村附近地下水水位下降到地表以下43m，导致民井断水。文章运用RFPA^2D分析系统，以断水现象为例，通过对此系列采矿活动数值模拟分析，阐述了覆岩应力变化与采动裂隙发育的关系。结果表明，采动裂隙的发育（生成、扩张和贯通）及其延伸范围，与开呆方式、开采层位和地下开采条件下地下岩体应力场不断变化密切相关。随着采区不断扩大、位置不断抬高导致采动裂隙扩张和贯通，使不同的水文地质单元联合，为浅部地下水迅速流失和地下水水位快速下降创造了有利条件，造成采动区及其附近区域木资源持续流失、向深部采空区渗流汇集。由于在不同的采矿阶段，水资源流失的程度和地下水水位下降的幅度是不同的，应该采取相应的控制方法，例如，在采掘前和初期应该合理设计采掘工作面、合理预留保护煤柱；在采掘中达到较大采空区时应采取实时控制措施、堵塞渗流裂隙；最后进行综合治理。     

山东赵楼煤矿首采1302工作面涌水分析

兖矿集团巨野煤田赵楼煤矿首采1302工作面在2009年5月底发生了一次突水事故,最大涌水量为290m3/h,造成工作面停产5d、处理被压实支架39d的后果。在分析井田地质及水文地质条件的基础上,通过现场水质化验以及观测孔水位等资料的研究,认为该工作面涌水水源为3煤顶板砂岩水,涌水通道为采动裂隙。并提出要采取查清水文地质条件、采前疏放、匀速推进、健全排放水系统等确保安全开采的防治水措施。     

确定卸压瓦斯抽采钻孔合理层位的试验

卸压瓦斯抽采技术的关键在于根据采动裂隙场分布规律合理布置瓦斯抽采孔。针对富含水厚煤层大采高工作面快速推进,依据采动裂隙时空演化特征与瓦斯运移规律,在亭南煤矿实施了确定卸压瓦斯抽采钻孔合理层位的工业试验。通过对不同层位钻孔抽采浓度统计分析,卸压抽采钻孔终孔布置在裂隙带离层区抽采效果最好,从而确定卸压瓦斯抽采钻孔的合理层位。      

采动裂隙演化研究进展及对含水层结构影响浅析

煤层开采引起的采动裂隙的演变对于煤炭开采安全以及相邻含(隔)水层地下水演化具有重要的研究意义。本文通过分析采动裂隙研究的进程,将其划分为采动裂隙初识、演化模型模拟和演化规律的定性分析三个阶段,并分别进行浅析。通过对研究资料的梳理和归纳,发现采动裂隙的演化会破坏含(隔)水层骨架结构并引起地下水流场的改变,形成地下漏斗危害开采的安全。研究表明采动裂隙演化规律的研究是未来煤炭开采中的水灾害防治、水资源合理开发和高效利用的关键环节,同时提出了未来潜在的研究方向。     

裂隙注浆偏流机理及帷幕体采动效应研究综述与展望

注浆堵水是地下工程和矿山水害防控的常用技术措施,但是,目前浆液扩散机理与采动效应的研究滞后于工程实践的要求,制约了注浆工程科学有效地实施。本文跟踪裂隙岩体中注浆浆液扩散研究,受裂隙地下水“偏流效应”启发,提出了深部矿山裂隙岩体动水注浆浆液扩散偏流效应的命题,包括2个关键科学问题：裂隙岩体动水注浆浆液扩散偏流机理、偏流形成的“浆-岩”组合体采动变形破坏和渗透性变化机理。结合研究趋势,提出了跨学科综合研究方法。以典型矿山注浆防治水工程为背景,研究深部矿山水文地质结构及其采动时空演化,揭示裂隙岩体动水条件下注浆浆液扩散偏流机理及其影响因素,获得裂隙岩体内帷幕注浆形成的三维异形“浆-岩”组合体形态和力学特性,建立浆液偏流扩散数学模型,构建“浆-岩”组合体渗透性采动效应评价方法,为深部矿山水害防治和安全生产提供科学基础。     

川中红层水理特性及对无砟轨道变形影响机制分析

针对川中红层易引起无砟轨道上拱变形的问题,开展了川中红层泥岩膨胀特性、水理特性试验研究,在掌握川中红层泥岩膨胀、渗透特性的基础上,结合实际工程进行上拱变形病害区水文环境调查、原位抽水试验以及现场监测,揭示了川中红层的赋存水环境及其运移特征,即川中红层为相对隔水层,所夹节理裂隙及与砂岩界面是其与外界水力联系的主要形式,水力联系通道都是局部、随机分布的,且与自然降雨联系不紧密,赋存水多以透镜体形式存在。在上述特征地层中深挖无砟轨道路基,形成卸荷红层风化裂隙带的同时,改变了原有随机分布的水力联系通道,使得天然状态下相对隔水基底弱风化泥岩与外界建立新的水力联系,膨胀性红层泥岩遇水后膨胀是导致无砟轨道路基持续上拱的内在机制。     

深部开采上覆岩层采动裂隙网络演化的分形特征研究

借助相似模拟材料模型试验,模拟了在深部开采条件下上覆岩层采动岩体裂隙分布状态,运用分形几何理论研究了采动岩体裂隙网络分形维数随开采宽度、采场矿山压力、岩层沉降的动态演化规律,并分析了断层对采动岩体裂隙网络分布演化的影响以及采动岩体裂隙网络在三带的分布特征。结果表明：随开采宽度增加,采动岩体裂隙网络分形维数呈现总体增大趋势,在断层影响下表现出降维特点;分形维数与超前工作面压力和岩层沉降均具有非线性关系;三带采动岩体裂隙网络均具自相似性,冒落带、裂隙带、弯曲带分形维数比为1.082 3:1.139 4:1。     

大采深倾斜薄煤层底板采动破坏形态的连续探测

利用多回路钻孔注(放)水连续探测系统,结合断裂力学分析,研究了大采深倾斜薄煤层底板采动破坏特征与形态,结果表明底板破坏形态为一匙形,与厚煤层开采所形成的破坏形态相比其破坏特征的差异在于,底板采动裂隙主要是原生节理裂隙的扩展,而工作面推过压实后,绝大部分裂隙又趋于闭合。      

大采深倾斜薄煤层底板采动破坏开态的连续探测

利用多回路钻孔注（放）水连续探测系统,结合断裂力学分析,了大采深倾斜薄煤层底板采动破坏特征与形态,结果表明底板破坏形态为一匙形,与厚煤层开采所形成的破坏形态相比其破坏特征的差异在于底板采动裂隙主要是原生节理裂隙的扩展,而工作面推过压实后,绝大部分裂隙又趋于闭合。     

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。      

下保护层开采上覆煤层产气机理及规律

通过理论研究分析了采动区煤层裂隙特征、煤层气赋存特征和煤层气运移特征,揭示了煤矿采动影响下上覆被保护煤层产气机理。分析认为采动区煤层产气机理与常规煤层气产气机理不同,一是采动区煤层基质孔隙大、内部裂隙多、离层裂隙发育。二是采动区煤层气解吸快、解吸量大、水中溶解气少。三是采动区煤层气运移以气体单向流为主,评价渗透性指标为透气性系数。在收集大量采动区煤层气井产气数据的基础上,研究了产气机理对产气规律的影响。采动区煤层气井产气规律与常规煤层气井相比,具有产量提升快、产气峰值高的特点,整体呈现先迅速增大后逐渐减小趋于平稳的规律。结合采动区煤层产气机理研究,分析认为气产量提升速度快是由于煤层裂隙迅速增多且气体在裂隙中以气相单相流运移为主,产气峰值高是由于储层压力快速下降使煤层气加速解吸,短时间内在井筒附近聚集大量游离气。     

可变倾角单裂隙动水注浆模型试验研究

突涌水灾害对地下工程危害严重,实践表明,注浆是治理突涌水灾害的有效方法。近年来,裂隙岩体注浆理论的研究成为热点,但裂隙动水注浆理论发展缓慢,不能有效指导工程实践。在水平裂隙动水注浆U型扩散理论基础上,研发可变倾角小比例裂隙动水注浆模型试验系统,开展多组室内模型试验,研究倾角对裂隙动水注浆扩散规律的影响机制,同时,利用COMSOL软件对一定倾角的裂隙动水注浆扩散进行数值模拟。研究表明：当裂隙水平时,满足U型扩散形态;当裂隙存在倾角时,在动水水头差和浆液自身重力因素作用下,浆液呈现彗星状扩散形态;相同扩散效果下,注浆速率随裂隙倾角的增加呈抛物线型增长规律,增加注浆速率可以保持注浆孔附近相对于其周边区域的浓度梯度优势。该研究结论对于目前裂隙动水注浆理论是一种重要补充,对指导突涌水灾害治理有一定的实践意义。