水压在底板突水中的力学作用

分析了水与水压在底板突水中的力学作用，即水对岩石的软化作用；水压对裂隙介质岩体的力学作用；水压在断层中的水楔作用；突水过程中水流的冲刷扩径作用和水压对突水的动力作用。     

淮南新集煤矿开采1＃煤层底板抗水压能力研究

淮南老矿区以及新集矿区煤层开采受到底板岩溶水的威胁,在开采的过程中采用限压开采,确定了一个限压开采的限压突水系数值。然而,通过对淮南矿区各种资料的详细分析,并在室内做了模拟煤层开采底板破坏的实验,得出了淮南矿区采用的限压突水系数值是比较保守的。通过分析软岩下的灰岩与软岩互层也可以作为相对隔水层,试验现象表明软硬岩互层有相互保护的作用,减小了变形破坏的深度。     

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。     

深部开采底板隔水关键层受局部高承压水作用破坏理论分析

大量实测地质资料与防治水实践证实,深部煤层开采底板含水层存在大量的局部高承压水区域,在强开采扰动下极易诱发底板突水灾害。基于“下三带”、“关键层”理论,将局部高承压水与底板隔水关键层简化为圆筒力学模型,分析研究隔水关键层在局部高承压水作用下的屈服破坏机制,得到了隔水关键层发生屈服的4个临界水压值公式;对各临界水压值进行区间划分,分析不同区间隔水关键层的屈服状态,确定了局部高承压水致使隔水关键层屈服破坏两个阶段的水压判据平衡方程,得出了奥陶系顶部岩层作为隔水关键层剩余隔水能力的计算表达式,并反演得到了开采深度上限、下限公式。结合九龙矿深部开采实际,对所建力学模型进行了验证与应用,进而提出了防止局部高承压水致灾的相关措施,对实现深部煤层安全带压开采具有重要的理论指导意义。     

基于FLAC3D煤层底板扰动规律的数值模拟研究

以河南贺驼煤矿1112工作面为工程背景,基于FLAC3D软件,通过建立相关数值模型,对工作面开采过程中煤层底板扰动规律特征进行了模拟研究,分析了煤层底板推进过程中在走向和倾向上的破坏深度和应力变化规律.结果表明:随着工作面的推进,底板破坏程度逐渐增大,当推进到一定距离时,底板采动破坏深度达到峰值,之后趋于稳定,而破坏范...     

突水预测的采动煤层底板相似模拟方法研究

以淮北朱庄矿Ⅲ６１６综采工作面为原型建立了相似模型,模拟工作面回采过程中的应力和位移变化,模拟结果表明：由切眼向前开挖至４５～５０ｍ老顶岩层初次断裂失稳,底板岩层压张应力差最大,采动造成的底板变形破坏深度在１６ｍ以上,为突水危险地段,与数值模拟方法相拟合计算采动造成的底板应力变化。选取Ｄｒｕｃｋｅｒ－ｐｒａｇｅｒ屈服条件作为判断岩石是否破坏为突水判据,由煤层底板塑性区分布图反映,当开挖至４９ｍ左右     

范各庄矿12煤底板突水过程模拟分析

以范各庄煤矿水文地质条件为基础,建立了承压水上采煤的岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA^2D-Flow)模拟分析了范各庄矿12煤层底板开采扰动下,裂隙形成、扩展到突水通道最终贯通形成突水的全过程。通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化分析,揭示了开采扰动及水压驱动下完整泥岩底板由隔水岩层到突水通道的演化过程,对突水通道进行了模拟定位,并对不同水压条件下含水砂岩层对底板突水的影响进行了分析。结果表明：12煤底板突水问题取决于含水砂岩中的水压力,在假设隔水层厚度不变时,水压力与突水系数呈正相关关系,随着水压的增大突水越易发生。该研究为12煤底板突水预测与防治提供了理论依据。     

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。     

煤层底板突水综合监测技术及其应用

底板岩溶水害是华北型煤田较为普遍存在的问题,因其具有隐蔽性、突发性的特点,防治水工作面临巨大的问题和挑战,因此,底板突水监测预警已成为煤矿安全生产过程中的必要措施。底板水害的形成和发生都有一个从孕育、发展到发生的演变过程,在此过程的不同阶段,底板裂隙、岩层视电阻率等均会释放出对应的突水征兆,及时、准确、有效地采集这些信息,根据这些信息判别突水过程中的具体水文地质特征,为建立突水监测系统奠定了基础。根据突水三要素,在葛泉煤矿东井11916工作面,利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建了底板突水综合监测系统,对引起突水的导水通道和水源2个要素进行实时监测。监测结果表明：正常情况下,11916工作面回采过程中底板破坏深度为20~25 m,但是在2019年9月14日工作面推进到中间巷道时,运料巷和中间巷来自顶板的压力对底板破坏的叠加作用,以及附近的陷落柱原有破裂,致使该位置底板破坏深度加大,达到30~35 m,底板本溪灰岩水通过导水通道进入运料巷,底板出水2 m³/h,从视电阻率监测结果中不难发现1个低阻异常体从底板下逐步向上发育的过程。利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建的底板突水综合监测系统能够捕捉到底板突水征兆,对于预测重特大水害事故的发生具有重要意义和实用价值。     

基于脆弱性指数法的韩城矿区11号煤层底板突水危险性评价

在全面分析韩城矿区地质与水文地质条件的基础上,应用相关因素分析方法,提出研究区煤层底板奥灰含水层突水的指标体系,并以多个典型煤矿为例,重点分析了受奥灰含水层威胁最严重的11号煤层底板突水的影响因素;构建了有效隔水层厚度、褶皱规模、含水层富水性、断层规模4个评价指标;采用脆弱性指数评价方法对11号煤层底板突水的危险性进行了分区。     

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。     

煤层底板水害超前区域治理理论框架与关键技术

特厚煤层采场空间大、扰动范围广,强烈大变幅荷载易导致底板断层破裂加剧并诱发水害。数值模拟是揭示特厚煤层底板断层活化与突水机理的重要方法,准确反映大变幅加卸载下岩体破裂与裂隙水耦合特征是其合理性的关键。构建损伤变量与塑性应变、应力之间的相关关系,得到完整岩块的拉、加压卸载损伤演化方程;以平方拉剪应力与Benzeggagh-Kenane为初始、完全断裂准则,建立塑性位移与强度劣化关系,建立加卸载韧性断裂本构关系;基于实验数据建立贯通裂隙加卸载剪切本构关系。以基本方程与状态方程为基础,结合浸没边界方法,形成裂隙岩体水力学模拟理论。由此编制流体动力学−有限离散元CFD-FDEM耦合程序,模拟研究特厚煤层底板断层活化突水过程。结果表明：CFD-FDEM耦合程序可数值实现特厚煤层底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及断层带裂隙水运移过程。底板断层采动破坏包络线呈W形,最深位于断层及其上盘(48.6 m),最浅位于断层下盘(23 m)。特厚煤层采场底板断层及其上盘受到较大超前集中应力,而后在采空区内大幅卸载,导致该位置出现显著二次破坏,并形成主要导水通道。研究成果为特厚煤层工作面底板断层水害防治提供理论支撑。

     

底板导水裂隙带中含承压水裂隙的力学特性

华北煤田煤系地层的底部为含水丰富的奥陶系灰岩,该层灰岩与地表水系和煤系地层含水层存在着密切的水力联系。许多大型突水是采掘空间与含水层之间形成突水通道引起的。因此,分析开采工过程中底板岩体中含承压水裂隙的断裂力学特性具有重要意义。本文采用作者提出的数值方法分析了含高压水裂隙在开采过程中的断裂力学特性。假设裂隙面上作用着均匀水压力,考虑地应力的影响,采用断裂力学的叠加原理,分析了采煤工作面推进过程中含承压水裂隙的断裂力学特性,讨论了开采过程中底板承压水导升。结果表明:在工作面推进过程中,位于底板岩层且与含承压水岩层连通的裂隙,会在承压水水压力和扰动应力的共同作用下,产生破坏,导水裂隙带的高度会增加;这就增加了底板突水的危险性。     

赵官井田10煤层底板突水危险性评价

从地质构造、含水层、隔水层、开采条件等方面详细分析了赵官井田10煤层底板突水的影响因素,确定了断层强度指数、褶皱分维值、\     

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。     

熵权耦合层次分析赋权在煤层底板突水评价中的应用

为克服层次分析法主观确权的弊端,同时避免熵权客观确权与主控因素实际重要程度相悖的错误,以山西长治三元煤矿3号煤层底板奥灰突水危险性评价为例,将熵权与层次分析耦合确定煤层底板突水主控因素权重并建立脆弱性指数模型,采用K均值聚类法对脆弱性指数值进行聚类分区,确定阈值3个,按照突水危险程度将研究区分为安全区、相对安全区、过渡区和危险区4个区域。经对比验证评价结果符合实际情况。