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。     

煤层底板承压含水体上带压开采研究

渭北煤田5、10号煤层底板以下的奥陶系灰岩强含水层,水头压力大,对采煤的威胁严重,历史上曾经发生多次底板突水事故,造成重大人员伤亡。以澄合矿区为例,研究了带压开采防治水的技术路线,提出了底板注浆加固的防治水方法,并成功应用于董家河煤矿,不仅安全开采了5号煤层,而且保护了渭北地区岩溶水的统一水位标高,使区内各岩溶大泉流量稳定、黄河湿地生态安全得以保证,促进了生物多样性和工农业用水安全,为渭北及华北型煤田底板承压水体上带压安全采煤找到了技术途径。     

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。     

大规模采煤对岩溶区水环境的影响

山西省是我国最大的煤炭能源基地,煤田面积６．１８万ｋｍ￣２,占全省面积的三分之一以上。探明储量达２０４８亿吨,年开采量２亿吨以上,本世纪末将达到３亿吨以上。山西的主要煤田（大同煤田例外）均开采石炭、二叠系煤层。含煤地层覆盖于寒武、奥陶系岩溶化地层之上,即煤田与岩溶泉域大部重叠,形成煤、水（岩溶水）共存系统。大规模采煤对岩溶水环境的影响是巨大的,已成为能源基地建设与运营的制约因素。      

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。     

肥城煤田断层突水及防治方法

肥城煤田主采煤层为石炭系太原组,煤层下距徐家庄灰岩间距小,工作面回采过程中,遇到小断层经常发生底板突水.本文重点分析了断层的突水特征、易发生突水的部位及突水机理,提出了断层突水的防治措施.     

大规模采煤对岩溶区水环境的影响

山西省是我国最大的煤炭能源基地,煤田面积６．１８万ｋｍ￣２,占全省面积的三分之一以上。探明储量达２０４８亿吨,年开采量２亿吨以上,本世纪末将达到３亿吨以上。山西的主要煤田（大同煤田例外）均开采石炭、二叠系煤层。含煤地层覆盖于寒武、奥陶系岩溶化地层之上,即煤田与岩溶泉域大部重叠,形成煤、水（岩溶水）共存系统。大规模采煤对岩溶水环境的影响是巨大的,已成为能源基地建设与运营的制约因素。     

断层破碎带突水的时效特性研究

突水属重大地质灾害 ,一直引起人们的关注。本文认为突水瞬间表现一个综合效应下的瞬时地质事件。突水前表现一个与时间有关的地质作用过程。事件与过程都受多因素的影响 ,而且工程地质作用过程和突水瞬间与岩体由弹性变形 -阻尼变形 -常速流动变形 -加速流动变形相对应。突水具有时效特征。     

覆岩中断层活化突水的力学分析及其应用

据资料统计,国内煤矿的突水淹井事故80%以上是由断层引起的,大多数是原始地质条件下的非导水断层在采动影响下活化发生突水。出于安全生产和保水采煤的需要,对采场覆岩中断层因工作面的推进而活化突水进行力学分析,研究防止断层活化突水和保水采煤的开采方法。由摩尔-库仑破坏准则得出断层的活化准则,推导出断层活化的临界倾角、断层活化时的临界开采深度和间隔式开采断层活化时工作面临界推进距离。结果表明,断层的破坏形式与断层倾角有很大关系,随着断层倾角的增大,断层的破坏形式依次表现为,随着工作面的推进断层和覆岩一同破坏、剪切破坏和拉破坏。断层倾角越大,越容易活化。以大柳塔煤矿保水采煤为例,应用研究成果计算了间隔式开采工作面的临界推进距离,并且以相似模拟试验验证了计算结果。     

基于空间统计的采煤工作面内断层识别方法

采煤工作面内小断层严重影响瓦斯抽采及煤层回采工作,准确识别位置、落差、产状等参数对保障煤矿安全生产意义重大。为有效降低瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸、开发利用瓦斯资源,煤矿施工了大量的瓦斯抽采孔,这为识别煤层内小断层提供了良好的工程条件。相较于传统依赖地质人员专业基础的断层识别方法,基于数学统计和空间拟合的识别模型具有自动化程度高的特点。为此,依据断层两盘高程相异特性和煤层错断前埋深相似性特征,提出了基于瓦斯抽采孔数据,采用聚类分析方法,识别采煤工作面内小断层的思路。对比分析了不同聚类算法的原理和结构,建立了基于K-Means聚类算法的煤层小断层识别模型;设计了小断层识别的关键技术流程：采用手肘法求解最佳聚类簇数,以戴维森堡丁指数和相关系数作为识别精度评价标准,通过异常点识别、断层参数(走向、倾角、落差)计算、断层面拟合、三维可视化等技术手段,实现煤层小断层识别;利用现场采煤工作面底抽巷的部分瓦斯抽采孔数据,识别出落差为3 m和1 m的断层,结合断层实际揭露情况和工作面可视化结果分析。结果表明,现场揭露情况与模型计算结果基本一致,识别方法可用于煤层工作面内断层的识别。     

古韩联营煤矿3^#煤层带水压开采条件评价

提出古韩联营煤矿3^#煤属带水压开采,采掘过程中对3^#煤安全开采最大的潜在威胁是构成煤系基底的K2灰岩和奥灰岩溶裂隙水。分析和计算了这两个含水层的突水系数,评价得出K2灰岩和奥灰含水层属于可能发生底板突水危险地区,建议在矿井巷道掘进和工作面回采过程中应采取相应地防治水技术和措施来保证矿井的安全生产。     

榆神矿区煤矿防治水的几点思考

为了科学解释榆神矿区矿井涌水量较大的涌（突）水事件,为煤矿防治水奠定基础,分析了近年来区内发生的突水事件及矿井较大涌水情况,提出矿井较大涌水形成机理、红土层水文地质性质、矿井涌水量预测的准确性等疑问,阐述了突破“井田”范围,从区域上研究地下水系统和突水水源,关注延安组、直罗组、安定组、洛河组等砂岩弱富水含水层,从导水裂隙带中寻找突水水源,科学评价各岩（土）层的水文地质条件,采动岩层（含水层）渗透性演化以及探索矿井水害源头预防和区域治理思路等几点思考,提出应该从区域上认识水文地质条件及对煤矿涌（突）水的“贡献”,揭示矿井较大涌水形成机理,进一步加强水文地质补充勘探,准确识别含水层、隔水层及其空间赋存关系,探测大采高、大采面环境下导水裂隙带发育规律,并提出从区域上识别地下水强径流带和局部富水区的基础上,制定矿井水害防控措施的思路,为榆神矿区煤矿水害防治提供借鉴和帮助。     

神府东胜矿区煤炭开采对水资源的影响机制——以窟野河流域为例

研究神府东胜矿区煤炭开采对水资源的影响机制,对于保护当地水资源及脆弱的生态环境具有重要意义。以窟野河为例,分析了煤炭开采对该流域水资源量与水质的影响机制,并计算出吨煤开采的基流损失量约为2.038 m³(1997—2005年)。研究结果表明,煤炭开采时形成的裂隙将萨拉乌苏组含水层中的水导入矿坑中,导致潜水由水平径流、排泄为主转化为以垂向渗漏为主,引发地下水位大幅下降,河流基流量减少以及泉流量衰减甚至干枯;煤炭开采使含水层中的水进入到矿坑,在物理作用和化学作用下形成硬度更大、矿化度更高的矿坑水,矿坑水排入河流后对河流造成污染。     

榆神矿区采煤失水危险性分区研究

以榆神矿区区域地质资料为依据,总结了该区煤层与含(隔)水层空间组合类型; 采用三维数值模拟方法,根据塑性条件、破坏准则及应力判别,模拟首采煤层与含(隔)水层空间组合类型下导水裂隙带高度; 通过对比钻孔探测法与数值模拟法,发现数值模拟法具有可行性; 利用模拟结果,绘制矿区导水裂隙带高度空间分布图,总结矿区导水裂隙带高度的整体分布规律; 对比导水裂隙带高度与其首采煤层上覆岩层厚度,总结矿区采煤失水危险性,并进行采煤失水危险性分区; 通过控制采煤失水危险区域的采厚可以达到“保水采煤”的效果。本研究对榆神矿区后期安全生产具有重要的理论意义与实际价值。     

煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响

煤层底板变形破坏除受地质因素控制外,还受开采因素影响。通过试验和理论分析,系统研究了煤炭开采对回采工作面底板应力、应变和破坏及渗透性的影响。研究结果表明,不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,岩石的原生孔隙和裂隙容易被压密,岩石的渗透率随应力的增加由大变小明显,当应力增大至极限强度时岩石试件破坏形成贯穿裂隙,岩石的渗透率迅速增大至最大,不同岩性岩石存在一定差异性;随着回采工作面推进,煤层底板岩层在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、采动矿压直接破坏区和底板岩体应力恢复区4个区。煤层底板岩体的渗透性随着煤炭开采底板岩体变形破坏而呈规律性变化。     

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。     

煤矿采空区积水的开发前景分析

煤层采空后留下的采空区，空间巨大，空隙，裂隙极为发育，为地下水的运移，储存提供了良好的场所，成为地下水富集区，采空区积水除了悬浮物含量较高外，其他指标可以满足工农业用水，开发利用采空区积水，对于缓解华北地区水资源紧缺的局面具有现实意义。     

综采工作面周期来压步距受回采速率影响研究

为实现不同采煤速率条件下综采工作面周期来压步距的预测,保证来压时工作面稳定,以陕北某煤矿14204工作面为工程背景,通过对工作面支架压力实时监测得出矿压显现规律,并分别采用对数函数和双曲函数对周期来压步距受推采速率的影响进行回归分析。分析结果表明,14204工作面平均来压步距为13.3 m;经过对比分析,发现双曲函数能很好的拟合推采速率对周期来压步距的影响;随回采速率的提高周期来压步距有所增加,但是由于工作面两端及中间位置的顶板所处的边界条件、地质条件等不尽相同,所以周期来压步距增加的幅度有所差异。研究成果为陕北地区综采工作面矿压显现规律的预测及控制提供了有益的实践经验。     

深部开采底板岩体卸荷损伤的强扰动危险性分析

为研究深部高应力岩体强烈的卸荷效应扰动底板破坏并诱发突水的危险性,根据卸荷力学理论,研究了深部开采卸荷对底板扰动破坏的影响,运用离散元软件计算了深部开采底板卸荷损伤的强扰动特征,基于三轴卸荷试验及损伤因子概念推导了卸荷量与损伤因子的关系,获得了底板岩体卸荷的扩展破坏条件,划分了底板卸荷扰动分区,分析了深部开采底板岩体卸荷损伤破坏的强扰动危险性。结果表明：随采深增加,底板卸荷起点及卸荷应力增加,卸荷量却降低,而深部开采较小的卸荷量便造成底板严重损伤破坏;岩体卸荷量越大,卸荷速率、位移量及渗透系数越高,越易致其扩展破坏;裂隙倾角及水平应力与垂直应力比值越小,越易满足底板岩体卸荷的扩展破坏条件。