基于微震监测的深埋煤层顶板导水裂隙带发育特征

导水裂隙带发育高度是矿井水害预测的重要技术参数之一。以彬长矿区文家坡煤矿4103工作面为研究对象,利用井-地联合微震监测技术对顶板导水裂隙带发育特征进行研究。研究结果表明:深埋煤层开采时,微震事件超前工作面回采位置发育,超前影响角最大为35°,最小为28°;断层的存在降低了覆岩稳定性,相较于正常基岩,更易在回采影响下发生应力集中和破坏;断层加大了微震事件发生的超前距,而采空区则使微震事件的高密度区向其所在部位发生偏移,加剧覆岩破坏程度,增大导水裂隙带发育高度;垂向上,4103工作面监测区内的微震事件高密度区域主要集中在高程+400~+520 m,结合微震事件数量和能量分布特征,判定4103工作面垮落带发育高度为50 m,垮采比13.16,导水裂隙带发育高度为117 m,裂采比为30.79。该成果可为彬长矿区类似煤矿深埋煤层顶板导水裂隙带发育高度研究及顶板水防治提供重要依据。移动阅读      

深部土煤系风化岩接触带类型划分及其意义

深部土岩接触带是指厚表土底部一定厚度的土层及其下一定厚度的煤系风化岩组成的土岩组合体。由于它由高压态土体、高压水和软弱破碎风化岩体组成,故具有整体不良的工程地质性质,在接近该带下采煤时易发生采场顶板矿压突变剧增、突泥溃砂、突水等重大安全问题。在煤田地质勘探资料的基础上,根据深部土层土性和岩层岩性将深部土岩接触带划分为4种类型：砂土-砂岩接触类型、砂土-泥岩接触类型、粘土-砂岩接触类型、粘土-泥岩接触类型,分析了每一种土岩接触带类型对应的工程地质意义,并对丁集矿井西南区13-1煤层的土岩接触带类型进行了划分,认为13-1煤层土岩接触带类型以砂土-泥岩、砂土-砂岩为主,近松散层工作面受到底含水的威胁比较严重,工作面溃泥、溃砂、压架出水的可能性比较大,开采设计时要充分考虑。     

霍洛湾煤矿22101工作面顶板两带发育规律

在详细分析霍洛湾煤矿水文地质条件基础上,根据2-2煤层上覆不同岩层的岩石力学参数建立了工作面回采过程中覆岩变形与破坏特征的数值模拟模型,研究了工作面回采过程中顶板覆岩在不同来压阶段导水裂隙带和垮落带的发育高度;通过对钻孔冲洗液漏失量的现场观测,进行了“两带”发育高度的探测。将数值模拟结果及现场观测资料对比分析,确定22101工作面的导水裂隙带高度为33.6~37.8m,垮落带高度约9.6m。这为评价研究区水体下开采可行性和水体下开采防水煤柱的设计提供了科学依据。      

测井方法在观测采空区上覆岩层导水裂隙带发育高度中的应用

新安矿区主采煤层上部至小浪底库区水体之间地层主要以砂岩、泥岩和砂质泥岩互层为主,厚度90~210m。为研究该矿开采状态下上覆岩层破坏程度和导水裂隙发育高度,在井下3个不同采厚的工作面上布置了7个地面钻孔,采用声波扫描成像测井及其它测井参数对采前、采后上覆岩层进行动态观测。以K3钻孔为例,介绍了超声波扫描成像测井的原理及辨别井孔中裂缝发育程度的方法。K3孔在第一次测量时,井深217～218m处明显存在裂隙,但在第二次测量后该裂隙呈现出闭合反应,证实煤层开采放顶后上部岩石下沉使得原有裂隙闭合;同时发现自194m以上因煤层采空放顶后发育有高度为69.10m的裂隙带。根据新安煤矿K2、K3、K5、K6、K7号孔超声波扫描成像及其它常规测井的地质解释成果可见,该矿导水裂隙带的发育高度随着推进距离和采厚增大而增大,但新安矿区软硬互层上覆岩层的地质构造可有效抑制导水裂隙带的发育程度。     

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。     

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。     

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。     

榆神矿区小保当二号井2-2煤开采对风化基岩含水层的影响预测

榆神矿区地处毛乌素沙漠地带,生态环境脆弱,水资源短缺。煤炭开采时对水资源的保护备受关注。以榆神矿区小保当二号井田为研究区,采用物理相似材料模拟实验,确定了小保当二号井2^-2煤层开采导水裂隙带发育高度,在此基础上,通过对比煤层至风化基岩含水层之间的距离与导水裂隙带发育高度的差值,并结合保水采煤试验与采动损害监测结果,引入保护层厚度指标,预测2^-2煤层开采对风化基岩含水层的影响程度。研究结果表明：小保当二号井2^-2煤层开采后导水裂隙带发育带发育高度约为150m,裂采比约25倍。将2^-2煤层开采对风化基岩含水层的影响程度划分为无影响、轻微影响、一般影响、严重影响4种类型,研究区为无影响区和轻微影响区,其中,轻微影响区占全井田范围的0.03%。     

考虑覆岩原生裂隙的导水裂隙带模拟

导水裂隙带高度的确定对松散承压含水层下煤矿安全开采和矿区生态环境保护具有重要意义。以往根据塑性区判断导水裂隙带范围的数值模拟方法不能完全反映覆岩的破断机制。为了更准确地预测导水裂隙带发育高度,应用断裂力学方法,将裂纹尖端K场区内的应力强度因子断裂判据与摩尔-库伦屈服准则结合,提出了原生裂隙存在时的岩石断裂准则。利用自仿射分形模型建立起原生裂隙场分布,并通过有限元分析软件COMSOL Multiphysics将原生裂隙场和岩石断裂准则应用到导水裂隙带发育的数值模拟中,对淮北煤田青东煤矿的839工作面开采进行了模拟计算。结果显示,考虑原生裂隙时,导水裂隙带在贯通后高度达到92.5 m。与传统数值模拟和经验公式法相比,考虑原生裂隙的模拟结果与现场测量结果更为接近。这说明,采用自仿射分形模型所生成的裂隙场可以较好地模拟岩体内复杂而无序的原生裂隙分布,且与传统数值模拟和经验公式法相比,考虑原生裂隙的模拟方法能够更好地反映导水裂隙带的发育规律。      

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。     

利用钻孔确定采空区垮落带和导水裂隙带高度

通过对刘桥二矿452采区钻孔资料中的各项测试结果进行分析,探讨采空区煤层覆岩破坏情况,用钻孔确定垮落带及导水裂隙带的高度。     

煤层开采覆岩预裂–注浆改性失水控制方法探讨

陕北榆神矿区煤层开采面临顶板水害防治与水资源协同保护技术需求,根据材料力学、断裂力学相关理论,以及不同覆岩类型的采动裂隙带统计成果,提出基于预裂–注浆改性(P-G)的煤层顶板失水控制技术思路,其基本原理为通过压裂工艺将连续性好的基岩层压裂成非连续性岩层,削弱采动导水裂隙在坚硬岩层中向上扩展的“尖端效应”,抑制导水裂隙发育高度。再采用黏土类软弱注浆材料将岩层改性为相对软弱的岩层,起到抑制导水裂隙带向上发育与降低上覆岩层导水能力的双重作用,从而实现煤层顶板含水层失水控制。本文以陕北能源基地榆神矿区为对象,提出以采煤工作面地质与水文地质条件分析,采煤工作面顶板含水层涌(失)水模式识别,P-G模式、层位与时间确定,顶板岩层水平孔水力压裂与注浆改性为主要思路,对榆神矿区采煤工作面顶板含水层失水控制方法进行了探讨,为我国陕北能源基地榆神矿区顶板水害防治和水资源协同保护技术实践提供一定的借鉴。      

组合硬岩层顶板破断规律及导水裂隙带电法探测

为分析组合厚硬岩层顶板导水裂隙带发育高度,合理设计区段防水煤柱尺寸参数,文章利用并行电法测试技术探测了两关键层临近赋存顶板破坏特征及其破断规律,结果表明:两关键硬岩层呈现非同步破断特征,当下部关键层出现一个以上破断周期后,引起上部关键层破断;1622(3)工作面组合厚硬岩层顶板导水裂隙带发育高度50 m,为平均采高的12.8倍。研究结果为同类地质条件下采场围岩控制及防水煤柱尺寸设计提供指导依据。     

老公营子煤矿煤层顶板突水机理

为探查内蒙古平庄煤业(集团)有限责任公司老公营子煤矿Ⅰ03(2)工作面突水机理,从工作面涌(突)水量、含水层地下水位、突水点水质3个参数的动态变化判别了突水水源,认为第四系含水层水的参与使矿井涌水量变大而引发突水;从导水裂缝带发育高度、有效隔水层性质、基岩风化带厚度3方面分析了导水通道的形成过程,认为由导水裂缝带、顶板含水层水压作用下的渗流通道和基岩风化带组成的复合导水通道是突水发生的原因。揭示了煤层顶板突水是在特定地质、采矿条件下发生的一个动态变化过程,导水裂缝带是否波及主要充水含水层并非突水是否发生的唯一判据。      

黄陇煤田综放采煤顶板导水裂缝带高度发育特征

为了研究黄陇煤田综采放顶煤（综放）采煤工艺条件下的导水裂缝带高度及其发育规律,系统收集区内各矿井实测数据资料,采用数理统计和回归分析方法研究导水裂缝带高度与工作面宽度、煤层埋深以及采高的相关关系。研究结果表明:工作面宽度小于240 m且煤层采高为8.5~9.5 m时,软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒大于中硬覆岩;工作面宽度大于90 m且煤层采高大于14.5 m时,软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒小于中硬覆岩。综放软弱顶板裂采比和导水裂缝带高度随采高增大均呈单峰状,裂采比是采高的二次函数,导水裂缝带高度是采高的三次函数。裂采比最大为30.63倍,拐点处采高3.56 m;导水裂缝带高度最大为239.97 m,拐点处采高10.41 m。由拐点向两侧采高分别减小或增大时,裂采比和导水裂缝带高度均逐渐减小。综放中硬顶板裂采比和导水裂缝带高度受工作面宽度和煤层采高的共同影响。在工作面宽度一定时,裂采比随着煤层采高增大而逐渐减小且变化幅度越来越小,大致趋于[11.00,14.30]数值区间;在煤层采高一定时,工作面宽度越大裂采比越大。导水裂缝带高度随着工作面宽度和煤层采高增大而增大。      

基于覆岩破坏传递的导水裂缝带发育高度研究

采动影响下覆岩破坏及导水裂缝带高度对于水体下采煤、保水采煤等具有重要意义。分析了采动影响下覆岩破坏传递过程,并将其划分为传递发育阶段和终止阶段;通过理论分析建立了上覆岩层悬空完整和悬伸稳定力学模型,提出以极限悬空距和极限悬伸距为判据用于判断每层岩层破坏情况,得出了计算导水裂缝带高度理论新方法,并通过工程实例与实测值进行了对比分析。结果表明,基于覆岩破坏传递模型的导水裂缝带发育高度计算方法预计的导水裂缝带高度（158.8 m）与实测结果（150~170 m）吻合较好,验证了该理论方法的可行性。      

厚风积沙薄基岩浅埋煤层保水开采研究

厚风积沙薄基岩浅埋煤层实现保水开采,关键是煤层开采后在上覆岩层中形成的导水裂隙带是否破坏了含水层底部隔水层的稳定性。在分析含、隔水层的分布特征以及基岩层的物理力学特性的基础上,结合采动岩层内部移动变形规律,推导了岩层层向拉伸变形的计算公式,给出了一种预计导水裂隙带高度的预测方法,并结合相似模拟实验确定了厚风积沙薄基岩浅埋煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度,研究成果为保水开采提供了理论指导。     

基于PSO-BP神经网络的导水裂隙带高度预测

导水裂隙带高度是西部矿区保水采煤的理论依据和关键参数。近年来,BP神经网络广泛应用于导水裂隙带高度预测,但BP神经网络存在收敛速度慢、易陷入局部极小等问题。为提高导水裂隙带高度预测的准确性,利用粒子群优化算法(PSO)对BP神经网络的权值和阈值进行优化,建立基于PSO-BP神经网络的导水裂隙带高度预测模型。选择开采厚度、开采深度、工作面倾斜长度、煤层倾角、覆岩结构特征为导水裂隙带高度主要影响因素,选取22例导水裂隙带高度实测数据对PSO-BP神经网络进行训练,将训练后的PSO-BP神经网络对2例测试样本的预测结果与实际值进行对比,并与BP神经网络预测模型及经验公式预测结果进行对比。结果表明:PSO-BP神经网络预测模型的平均相对误差为1.55%;BP神经网络预测模型的平均相对误差为4.8%,经验公式的最小相对误差为9.4%,PSO-BP神经网络预测精度明显优于BP神经网络和经验公式,且绝对误差和相对误差变化较稳定,可以有效预测导水裂隙带高度。      

铜川玉华煤矿顶板离层水突水机理与防治

陕西铜川玉华煤矿一盘区1418工作面,回采期间发生多次突水事故,对煤矿的正常生产和人员的生命安全构成严重威胁。从本井田地质和水文地质资料入手,分析了工作面突水的背景、水源、通道等,得出洛河组下段砂岩裂隙含水层水为离层空间充水的主要水源,煤层采动后形成的导水裂隙带为主要的导水通道。通过理论分析和模拟研究覆岩移动破坏规律,分析确定导水裂隙带发育过程和离层空间可能发育的位置,离层水形成、发展及突水过程,从而总结出玉华井田1418工作面顶板离层水突水机理,为矿井后期实现安全高效生产提出切实有效的防治水措施打好基础。      

灵新煤矿导水裂隙带发育高度数值模拟研究

煤矿的开采利用给国民经济发展带来巨大的收益,但也引发了许多环境地质问题,特别在煤层开采过程中,煤层上覆基岩变形破坏形成的裂隙通道极易发生矿井涌（突）水事故,时刻威胁着井下工人的生命安全。本文以灵新煤矿051505工作面为研究对象,利用Flac3D数值模拟软件,对14号主采煤层上覆基岩导水裂隙带高度进行了模拟研究。模拟结果表明：当煤层开采厚度为2.5 m时,导水裂隙带发育最大高度为59.5 m。同时选取经验公式法对导水裂隙带高度进行了计算。最终通过钻孔实测法得到的结果与前两种方法对比分析,数值模拟结果与钻孔实测结果基本吻合,认为数值模拟方法能够高效、简单、合理达到预测导水裂隙带高度的目的,也为同类矿井安全、绿色生产提供一定的借鉴。