我国煤矿离层涌突水致灾机理及其防控关键技术研究进展

离层水害严重影响煤矿安全,明确其突水致灾机理及防控技术的研究现状对促进煤矿安全生产具有重要作用.本文系统地总结论述了离层动态发育机制、突水致灾机理和突水预测预控技术3个方面的研究进展.离层随工作面推进过程呈现动态发育的特征,当某一层位离层具备密闭可持续的离层空间、补水通道、稳定的补给水源、突水通道这4个条件后即存在突水...     

采动覆岩离层多层位注浆地表沉陷控制技术

为了解决上覆岩层中无明显厚硬岩层、采动过程中难以产生较大尺寸离层空间、离层注浆充填率低的问题,提出采动覆岩离层多层位注浆技术。通过相似材料模拟实验对多层位离层注浆覆岩时空演化规律进行研究,并在淮北矿区某工作面进行现场试验。结果表明:在无较大采动覆岩离层情况下,采用增加钻孔数目的多层位离层注浆方法,在采动覆岩内部形成不同扩散半径的注浆充填体,共同叠加支撑上覆岩层,可以有效减小覆岩破坏程度。实施多层位离层注浆方法,可以有效提高注浆总量和注采比,地表减沉率可达79.92%。提出的离层注浆量计算公式可以精确预计浆液灌注量,准确率超过91%,可为覆岩离层注浆工程提供指导,并为注浆减沉率预计提供参考。这为解决煤炭资源开采引起的地表沉陷问题提供了一种有效和经济的方法,同时扩大覆岩注浆技术的应用范围。      

采后覆岩分带模型及工程意义探讨

采后覆岩力学状态与顶板事故、顶板水害等直接相关,有必要对采后覆岩结构进行深入研究。提出了覆岩结构“新四带”模型:垮落带、裂隙带、基岩离层带、松散冲积层带。结合前人的“三带”模型、“四带”模型进行了空间上对比分析,厘清了3种分带模型的空间关系。重点从覆岩内含水层水位受采动影响、光纤探测、顶板淋水现象等几个方面探讨了“新四带”模型的科学性,得出煤层上覆基岩内任何层段都可能产生离层裂隙(达到一定宏观尺度时称为离层空间)的结论。“三带”主要用来校核采煤支架的额定工作阻力以及指导防隔水煤(岩)柱的设计;“四带”可在一定程度上指导离层带注浆工程实践,但存在井下溃浆安全风险以及弱化“三带”原有工程价值的缺点;“新四带”传承了“三带”的工程意义,同时可有效指导顶板离层水害的防治。      

矿井初步设计中边界防隔水煤岩柱留设探讨

针对一些矿井初步设计中留设边界防隔水煤岩柱不合理而引发矿井老空水矿难的现实,探讨了影响矿井间边界防隔水煤岩柱安全稳定性的因素,提出应充分考虑煤岩柱受覆岩应力破坏变形、覆岩受采动影响产生岩移破坏等,综合分析计算煤柱有效稳定性弹性核区宽度、覆岩导水裂缝带上限岩柱宽度及其抗静水压能力等,择优选取留设矿井边界防隔水煤岩柱。以济宁煤田济宁二矿与三矿边界煤柱的留设为例,计算其边界煤柱留设尺寸为99.56m,较原设计的40m有较大出入,据此对两矿井边界隔离煤柱进行了相应调整,确保了矿井的安全生产。该方法也可用于矿井留设采区、区段隔离煤柱的计算。     

覆岩离层三维力学模拟有限元接触算法及其应用

针对覆岩离层这一特殊的接触问题提出了新的接触算法,并采用大规模并行计算方法实现了对离层进行真正三维的力学模拟,从而得到覆岩离层空间几何形态参数.以济宁二号煤矿西部十一采区为研究实例,验证了算法的适用性及有效性.     

三维地震在煤矿开采中覆岩离层探测的试验研究

以山东济宁二号煤矿地下开采的覆岩变形为例,采用三维地震技术手段,在数据振幅保真处理的基础上,通过地震属性分析方法对由于地下采矿活动导致的离层发育情况进行了试验研究。结果表明:综合运用三维地震常规解释和三维地震振幅斜度属性分析技术,可以初步揭示覆岩离层的形态:在三维地震常规解释中,对于新采空区产生的覆岩离层,砂泥岩的强波阻抗反射特征将遭到破坏,而老采空区会因覆岩离层的闭合仍具有强反射特征;在地震振幅斜度属性与频率属性解释中,覆岩离层将导致地震波形、频率存在严重的畸变区域,即使与新采空区相邻的老采空区,其覆岩离层也会有明显的反应。通过类比分析,推断该区的覆岩离层范围为工作面后方50~80m,延伸距离160~180m,离层发育的最大尺度1m左右,两个注浆孔证实了此次三维地震推测的离层发育区范围及岩移的准确性。     

地下采掘环境效应的一个特殊实例——韩城电厂地基隆起机制及其控制措施

韩城电厂地基隆起变形 ,自 2 0世纪 80年代初发现以来 ,迄今已有近 2 0a的持续变形史 ,前后实施过两次工程整治。首次整治基于该变形为一滑坡的前缘隆起 ,采取了抗滑桩、削方减载等措施。但整治后多年监测资料表明 ,变形并未终止 ,且两度上隆速率剧增为整治前的两倍。 1995— 1996年实施了以排水为先导的应急整治 ,在此期间 ,进行了地质勘察、相似材料模型模拟、离散元数值模拟等多项研究工作 ,从而对变形机制获取如下新认识 :大面积采空区直接顶板坍落后 ,坍落带上覆砂泥岩层就成为一个承受巨大上覆荷载的复合板梁 ,板梁的下陷弯曲变形伴有向山前方向发展的砂泥岩层之间的层间错动、离层和岩体扩容 ,从而产生了对厂区下伏基岩的侧推效应 ,侧推力使厂房地基下伏近水平砂泥岩层产生向上弯曲隆起的蠕动变形。显然 ,这是地下采掘引起的表生时效变形。一些人为因素引起的孔隙水压力升高 ,加剧了变形。采取排水措施后已将变形速率降至低于历史最低且建筑能够承受的水平。     

印度-亚洲碰撞：从挤压到走滑的构造转换

印度-亚洲板块碰撞导致喜马拉雅山脉的崛起、青藏高原的生长、两倍于正常地壳厚度的巨厚陆壳体,以及大量青藏高原腹地的物质沿着大型走滑断裂朝东、东南、西的方向逃逸。印度-亚洲碰撞如何造成板块汇聚边界由挤压到走滑的构造转换对认识大陆岩石圈的变形机制具有重要意义。本文通过总结喜马拉雅造山带及青藏东南缘~55Ma以来的构造、变质、岩浆记录,发现高喜马拉雅的挤出起始于始新世加厚的喜马拉雅造山带中—下地壳的部分熔融,受控于渐新世以来同期发育的向南逆冲和平行造山带的韧性伸展,并建立了高喜马拉雅"三维挤出"构造模式。晚始新世以来,羌塘地块和拉萨地块的物质通过"岩石圈横弯褶皱和壳内解耦"的运动学机制,围绕东构造结发生顺时针旋转并向青藏高原东南缘逃逸。结合东南亚板块重建的资料,我们认为:印度-亚洲的"陆-陆碰撞"到印度洋板块-亚洲东南大陆的"洋-陆俯冲"的转换是导致从印度-亚洲主碰撞带的挤压到青藏东南缘走滑转换的根本原因。