含裂隙煤层底板突水规律的数值模拟与工程应用

本文结合淮北杨庄矿某工作面实际工程情况, 利用NCAP-2D-W对煤层底板突水进行多方案的数值模拟试验研究。主要内容包括:(1) 考虑在承压水不变的条件下,设计不同裂隙分布状态,探讨单裂隙、多裂隙、不同长度裂隙对煤层底板破坏的影响及开采矿压对裂隙顶部破坏的影响;(2) 考虑承压水的变化,分别考虑单裂隙和多裂隙两种分布状态,探讨裂隙对煤层底板破坏的影响及开采矿压对裂隙底部破坏的影响。通过分析受采动荷载、岩层结构变化、煤层底板中裂隙分布状态及承压水变化等因素影响的数值试验,获得了随开采工作面不断推进煤层底板破坏区的发展、突水导升高度的递增、突水通道的形成等相关规律。     

永城矿区煤层底板裂隙突水机理研究

通过系统收集矿区地质及水文地质资料,采用FLAC~(3D)数值模拟方法,分析了矿区内主采煤层二2煤底板突水机理。研究表明,永城矿区灰岩突水特征与华北各大水矿区截然不同,绝大部分与隔水层厚度不够或断层无关,而属原生裂隙导水。其突水方式分为连接裂隙突水和递进导升突水。对连接裂隙突水进行了模拟研究,认为其突水机理为:在采空区或巷道底部竖直向上的压力和强大的灰岩水压力下,裂隙张开或扩张,从而导致灰岩突水,形成开放裂隙突水或闭合引张裂隙突水。     

煤层底板突水的智能化监测技术

介绍了煤层底板智能监测系统的原理、特点和功能。理论和实际证明突水前兆监测仪能够捕捉突水前的重要信息，实时、准确地预测底板水情，这一项技术对减 矿井突水很有意义。     

矿井煤层底板突水预测新方法研究

本文针对煤矿矿井煤层底板突水系统为一非线性系统的特性,提出采用对非线性问题具有良好适用性的人工神经网络系统（以下简称神经网络）,进行煤层底板突水预测。以作者们研制,使用神经网络的实践为基础,阐述系统、建模方法、适用条件和应用问题,并在焦作矿务局演马庄矿、焦作金科尔集团方庄煤矿对所建立的煤层底板突水预测神经网络进行生产性检验,取得良好的结果,说明该系统应用于煤层底板突水预测的可靠性。     

煤层底板突水机制的研究

根据观测,有限元分析等方法提出“原位张裂”与“零位破坏”其同作用导致底板突水的机制。     

利用神经网络预测煤层底板突水

本文利用神经网络对已知样本进行学习。旨在预测煤层底板突水，取得了较好效果，为煤层底板突水预测提供了一条新途径。     

煤层底板突水因素的综合评价：以肥城矿区为例

将系统工程中的层次分析引入煤层底板突水的研究中。以肥城矿区为例，阐述了煤层底板突水因素综合评价方法的应用，使底板突水评价研究从定性向定量转化，对查明底板水文地质条件和突水预测具有重要的指导意义。     

煤层底板突水突变模型

本文建立了煤层底板突水的一个尖点突变 (cusp)模型 ,并分析了煤层底板失稳破坏发生突水的机制。基于定态曲面方程 ,可求得煤层底板水压应力比 Ip。当 Ip 1时 ,发生突水 ;当 Ip 1时 ,不会发生突水。基于分支曲线方程 ,可求得煤层底板突水临界采动导水裂隙带深度 h1l,当 h1 h1l 时 ,发生突水 ;当 h1 h1l 时 ,不会发生突水。     

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     

用物理相似模拟技术研究煤层底板突水机理

介绍了利用物理相似模拟技术研究煤层底板突水机理的方法,实验表明完整底板破坏究水是沿“零位破坏”线发生的,底板断层交水与断层性质及采空区大小有着密切关系,并揭示了断层突水的机理,这说明用相似模拟技术研究底板究水机理有着重要价值。     

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。     

徐州矿区地裂缝成因机制的探讨

调查了徐州矿区几类非采矿沉陷造成的地裂缝的形态和环境,认为因构造、采矿、不均匀沉降产生的隐伏张裂隙是地裂缝的基础,干旱和超采浅层地下水使第四系浅部失水收缩激活和扩大了隐伏张裂隙。大雨后地裂缝显现,雨水沿裂隙面下渗时,发生潜蚀、刷大、贯通而造成塌陷。     

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。     

蒙陕接壤区深埋煤层开发过程中矿井涌水量变化特征

蒙陕接壤区侏罗系深埋煤层开采过程中,掌握不同阶段矿井涌水量变化规律,是保障煤矿安全的关键。从含水层发育特征、巷道掘进进尺、采空区半径等方面开展了相关研究,结果表明：蒙陕接壤区煤层顶板导水裂缝带范围内的3层复合含水层,富水性差异较大,分别对巷道掘进阶段和工作面回采阶段涌水量影响较大。煤矿建井阶段,矿井涌水量随着巷道掘进进尺增加而增加,但单位进尺涌水量变化不大,平均涌水量为0.008 32 m³/（h·m）。工作面回采前将钻孔水量降至5.0 m³/h以下,水压降至1.0 MPa左右,实现了顶板含水层静储量充分疏放目标。首采面和接续面回采阶段,矿井涌水量呈\     

基于不同开采方式的煤矿涌水量预测及其环境影响分析

煤矿开采不当会对水资源与水环境造成破坏,尤其在生态环境相对脆弱地区更是如此。针对目前矿井涌水量预测大多以单一工作面或煤矿为评价单元,对沟域内煤矿群同时长期开采的地下水环境影响重视不够。选择头道河则沟域为研究区,以地下水勘查、井田勘探资料为依据,构建了头道河则完整沟域的地下水三维非稳定流数值模型,根据地下水、地表水监测数据和煤矿群开采涌水量的长观资料进行模型的识别与验证,以9#煤矿为典型矿区,分析综采和条带充填2种不同开采方式下矿井涌水量及其对水环境的影响。研究结果表明：（1）综采状态下,矿井涌水量增加0.70×104 m3/d,导致地下水溢出量减少0.20×104 m3/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.21~17.92 m;条带充填开采状态下,矿井涌水量增加0.11×104 m3/d,导致地下水溢出量减少0.04×104 m3/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.01~0.44 m。（2）煤矿按综采方式开采,导水裂隙带高度大,将大面积导通第四系潜水含水层,矿井涌水对水环境影响较大;若按条带充填方式开采,导水裂隙带高度大幅变小,不会导通第四系潜水含水层,矿井涌水对水环境影响较小。煤矿企业在煤层上覆岩层厚度较薄的地段采煤时,宜采取条带充填开采的方式。研究结果可为研究区或类似煤田开采方案制定、科学处理好煤炭资源开采与生态环境保护关系等提供依据或参考。     

黄陵矿区煤层底板异常涌出气体成因类型

黄陵矿区属于煤油气共生矿区,区内多个工作面发生底板气异常涌出。为探明底板异常涌出气体的成因类型,采集煤层底板气样44个、2号煤层气样12个,进行甲烷碳同位素(δ¹³C₁)、乙烷碳同位素(δ¹³C₂)及甲烷氢同位素(δD_CH4)等地球化学参数测试。测试分析结果表明,煤层底板异常涌出气不是来源于2号煤层,其甲烷碳同位素(δ¹³C₁)测值为-52.20‰~-42.80‰,乙烷碳同位素(δ¹³C₂)值为-37.20‰~-29.01‰,成因类型属油型气。通过对区域烃源岩分布及地层裂隙系统的分析,认为黄陵矿区底板异常涌出气可能来源于三叠系延长组烃源岩。     

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。     

VisualModflow模型在白涧铁矿区矿井涌水量预测中的应用

在分析确定白涧矿区水文地质边界条件的基础上,运用实测资料对Visu-almodflow模型进行识别和验证,同时修正了含水层的参数,修正后的模型较为可靠,可用于白涧矿区涌水量的预测。依据矿区奥灰含水层边界条件和渗透系数的不同,设计了-200m和-400m水平面不同边界及渗透系数三个方案对矿井的涌水量进行预测。结果表明:方案2的涌水量比较合理,能较真实的反映白涧铁矿矿体分布区水位疏降至-400m时的涌水量情况,预测其涌水量为7505m3/h。      

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。     

榆神府矿区地面塌陷特征及环境问题

在遥感解译的基础上,实地调查了神木县煤矿开采区地面塌陷现状,阐述了地面塌陷分布、发育特征及发育规模。共发现大面积地面塌陷30处。地面塌陷规模以中型为主,稳定性以较差为主,险情等级以小型为主,均为高强度采煤造成。单个塌陷区最大面积27.67 km²,煤炭开采强度与塌陷发育程度关系密切。论述了石圪台村、榆神路煤矿、蛇疙瘩村、榆家梁煤矿、后柳塔村、沙沟茆村等典型村镇地面塌陷特征。地面塌陷导致的地质环境问题日益突出,截至2015年4月30日,已经导致了48次1.5~3.3级的塌陷地震,诱发区域性地下水水位下降、井泉干涸与河流断流、水域面积萎缩,并进而产生一系列生态环境问题。