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。      

煤矿突水危险度研究

目前,煤矿突水安全评价体系主要是采用突水系数法、经验类比法、理论计算法。这些方法在评价中存在着诸如不确定因素的影响、有一定的的局限性及参数难以获得等问题,致使突水预报不够准确。基于煤层底板含水层水压、隔水层厚度、隔水层强度和采动破坏等因素的研究,提出了突水危险度的计算公式。从对各突水因素的敏感性分析可以看出,最敏感的是底板岩层阻水带厚度,敏感性程度达36％,其次是沿推进方向工作面老顶初次来压步距,敏感性程度达18％,然后是作用于该区底部的水压、底板采动导水破坏带深度和底板岩体抗拉强度,敏感性程度达10％,据此认为确定的突水危险度公式是合理的。河北、山东和江苏等地的评价实例表明突水危险度法的判定结果与实际情况相符,说明该方法是一种简单、高效、准确的突水预测方法。     

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。     

基于改进型突水系数法治理底板奥灰水害技术

针对渭北煤田下组煤底板超薄隔水层条件下,煤层开采过程中底板奥灰水害防治技术难题,依托渭北煤田韩城矿区桑树坪煤矿奥灰水害治理课题,基于煤矿井下近水平定向钻进技术,提出底板奥灰岩层顶部利用与注浆改造的防治水思路。(1) 考虑底板破坏带失去阻水能力的因素,结合突水系数法确定奥灰顶部利用与注浆改造的临界厚度,采取自工作面两端相向钻进的方式开展定向钻孔探查,依据探查情况,结合压水试验结果,确定钻孔注浆工艺及参数,分析注浆效果。(2) 采用地面三维地震、地面瞬变电磁探查采区低阻异常和构造发育情况,采用直流电法或瞬变电磁探查巷道工作面前方富水区,待巷道系统形成后,采用直流电法测深、音频电透视探查巷道和工作面底板下的富水区,采用无线电波透视探查工作面构造及煤厚变化情况。最后根据物探和定向钻探的探查结果,实施检查技术,综合评价带压开采的可行性。研究表明,奥灰顶部富水性弱,可作为相对隔水层利用,突水系数已降至0.073 MPa/m以下,为今后进一步完善《煤矿防治水细则》突水系数临界值的确定提供坚实的依据,确保了工作面安全回采,形成了修正的突水系数法结合“探查?注浆?检查”的奥灰水害防治技术体系,延伸了矿区安全开采下限。      

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。     

关于突水系数的讨论

煤层底板突水在我国华北型煤田矿井采煤过程中经常发生。带压开采条件下,预测底板突水和评价突水危险程度的主要方法是突水系数法,但是关于突水系数计算、临界突水系数的确定等还存在一些值得讨论和研究的问题。在阐述带压开采和突水系数理论的基础上,给出了突水系数的各种计算公式及公式中有关参数确定方法,详细说明了临界突水系数的由来和应用条件,提出了计算突水系数的新公式。新公式不仅考虑了水压和隔水层厚度,而且考虑了底板破坏深度、导升高度和奥灰顶部隔水段等因素,为计算和统计分析确定突水系数新的临界值奠定了基础。     

基于岩性-结构的煤层底板突水危险性评价

煤层顶底板突水危险性预测与评价是煤矿突水灾害防治的基础和依据。针对煤层底板隔水介质条件,分析了煤系岩石力学性质,煤层底板突水的岩性、结构和厚度特征,建立了煤层底板突水危险性评价理论和方法。研究表明：煤层底板隔水介质条件取决于隔水层岩性和断裂构造,随着底板泥岩含量增加,煤层底板隔水性能增高,但抗水压能力降低;随着断裂发育程度的增加,底板隔水层由完整结构、块裂结构到碎裂结构和松散结构,煤层底板抗水压能力和隔水性能均降低,突水危险性增大。煤层底板抗水压能力与煤层底板隔水层厚度密切相关,统计表明,煤层底板受的极限水压p与底板隔水层厚度h之间为2次幂函数关系。在传统突水系数的基础上考虑了隔水层的岩性和结构特征,提出了煤层底板突水危险评价分类;进一步根据水压P_w与岩体破裂压力P_c关系和水压P_w与最小主应力σ_hmin关系判断是否突水。     

研究底板突水的结构力学方法

介绍了研究底板突水的结构力学方法，并用极限弯矩的理论计算得出确定底板隔水层有效厚度之计算公式。     

硬石膏矿层底板突水预测和评价

基于硬石膏矿层底板灰岩水文地质和工程地质条件计算的矿层开采后导水裂隙带的高度为16m,原位张裂隙带高度为5m。为防止采矿时底板突水,设计预留隔水石膏矿柱80m,其有效隔水层厚度为59m。运用突水系法和阻水强度法计算的有效隔水层厚度分别为61、50和36m。根据技术、经济和安全的原则,分析认为有效隔水层厚度取50m就能达到安全开采的目的。     

底板突水的数值计算方法研究

应用数值计算方法，分析了采动对底板隔水层岩体上都和下部的影响与破坏，对底板突水机理提出了一些规律性的认识。     

焦作矿区底板突水预报模型

选取对突水有影响的地质因素，如构造、矿压、构造裂隙、断层断距、断层至突水点距离、隔水层厚度、水压等为自变量，以突水点及未突水点的这些资料为基础，用数量化理论（Ⅰ、Ⅱ）的方法，将定性变量数量化，并参与计算，建立了焦作矿区底板突水的定量预报模型。经检验表明，所建模型可靠，可用于实际预测     

采场底板突水条件及位置分析

分析采场突水条件和位置是突水预测的基础,根据采场支撑压力发展规律和底板应力分布特征,进行了突水条件突水位置的研究,底板突水的条件矿压对底板的破坏使其有效隔水层厚度降为零和水压不小于卸压区的侧向压力,在采场的内外应力场形成之前,突水位置在采空区;内外应力场形成之后,突水位置在煤壁附近。     

岩溶矿井煤层底板突水的非线性动力学模型

根据多年来的科研生产实践,应用非线性科学理论建立了非线性动力学模型,并考察了模型的动力学行为,发现煤层底板隔水层力学失稳(突水)早期阶段有明显的应力失调现象。利用煤层底板应力、应变监测资料,通过非线性动力学模型计算,可预测煤层底板突水问题是否发生。      

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。     

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。     

煤层底板承压水导升带影响因素正交模拟试验

承压水导升带是煤层带压开采安全评价的重要因素。为了综合研究其影响因素的作用,基于流-固耦合理论,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,采用FLAC^3D数值模拟软件开展了工作面宽度（A）、隔水层厚度（B）、承压水压力（C）、煤层埋深（D）、隔水层渗透系数（E）5个因素5水平的有空列正交模拟试验。结果表明：煤层底板承压水导升高度与底板含水层水压和隔水层渗透性关系密切;各因素对试验结果的影响程度强弱顺序是E>C>D>B>A,其中因素E和C对实验结果影响显著;初始水头压力越大,水头衰减速率就越大,并随着导升高度的增加而加快。改变影响因素而导致承压水压力的变化揭示了煤层开采过程中承压水导升带高度的变化规律,为带压煤层的安全开采提供理论依据。     

离层静水压突水及其防治

煤层开采后,上覆岩层下沉过程中,上下层状岩层挠曲不同步而形成的离层空间即离层.离层空间中积存的地下水即为离层水.结合济宁二号煤矿离层水突出实例,阐述了离层水的形成条件、影响因素和离层静水压突水机理,提出了离层静水压突水的危险性判别方法和离层静水压突水的防治措施.离层静水压突水的突水机理,是离层静水压力大于离层下位隔水层的承受能力,导致离层水突出.离层积水能否突出,可借用底板突水危险性评价中底板突水系数公式判断.通过超前在工作面顺槽斜向上方积水离层施工疏水钻孔,人为破坏离层的封闭性,可有效避免离层大量积水,进而避免大量离层积水突然溃出的水害事故的发生.实践证明,离层静水压突水可以预测和防治.     

淮北朱庄矿Ⅲ628综采工作面底板灰岩水突水机理研究

以淮北朱庄矿Ⅲ628综采工作面底板灰岩水突水淹面事故为案例,分析了6煤赋存水文地质条件,建立了6煤底板＂四带＂划分模型并进行数值分析。研究认为,造成突水的主要原因是由工作面内小断层形成的原始损伤带在采动动压作用下演变成导水通道,从而造成突水事故。通过本案例的分析,＂四带理论＂较好地解释了本次突水机理,初步认为在淮北矿区6煤底板存在＂四带＂,＂四带理论＂对类似矿井底板灰岩水防治具有重要指导意义。     

焦作矿区充水特征及突水预测

焦作煤矿是我国著名的岩溶大水矿区，突水危害严重。本文从水文地质入手，在分析矿床充水条件的基础上，对突水机理进行分析研究：确定了中奥陶统岩溶发育带、岩溶水强径流带、构造、水压、隔水层厚度、矿压诸因素对突水的作用和影响，对突水频率、突水强度进行预测，初步提出了减少突水频率、降低突水强度的措施。     

山西省两渡煤业二采区10~#煤层底板突水危险性评价

两渡煤业大部区域10~#煤层带压开采问题突出。采用五图双系数法,对两渡煤业二采区10~#煤层底板突水危险性进行了评价预测。在收集井田水文地质条件的基础上,通过分析底板破坏深度、底板保护层厚度、底板隔水层水头压力、有效保护层厚度等突水影响因素,以“突水系数”为主要评价指标,结合“带压系数”,配合“三级判别”,划分了4个带压开采区：非直通式相对安全区(二采区中北部)、非直通式相对危险区(二采区中部)、非直通式危险区(二采区东南部)、直通式危险区(构造发育地段),为带压安全开采提供技术支撑。