基于岩体阻水能力测试的煤层底板突水评价方法

以金牛能源股份有限公司邢台矿9号煤开采为例,对底板岩体质量及阻水性能进行了评价。首先分析了开采煤层的底板岩体地质结构,获取了岩石力学参数;进行了地应力测试,掌握了该区域地应力性质;进行了矿山压力显现规律研究,获取了工作面的初次垮落步距、周期来压步距和来压强度;在综放和综采工作面进行了底板破坏深度测试,得到了不同开采条件下煤层底板破坏深度;采用三维非线性固-液耦合岩石水力学计算方法,以非线性数值模拟软件ANSYS为手段,建立了三维数值仿真模型,根据矿井水文地质、工程地质特征和开采技术条件,分4种工况,对不同开采阶段、不同深度煤层底板应力分布、破坏状态的影响进行了分析研究。数值模拟结果表明,从突水的必要条件(底板破裂带贯通)和充分条件(水平应力小于承压水压力)来考察,在本次计算采用的工作面开采条件和正常的地质条件下,突水的可能性由大到小依此为:工况Ⅳ >工况Ⅲ >工况Ⅱ >工况Ⅰ,由此为该矿首个9号煤工作面开采选择提供了依据。      

基于GIS的改进AHP型脆弱性指数法

AHP法是煤层底板突水预测预报的关键技术之一,但传统基于“1~9”标度的AHP法往往存在一致性效果不够理想等问题.通过对AHP法的改进研究,提出了基于“10/10~18/2”标度的改进AHP法型脆弱性指数法评价技术.以成庄矿3#、9#和15#煤层底板奥灰突水脆弱性评价为例,在建立各主控因素专题层图基础上,应用基于“10/10~18/2”新标度的改进AHP法,确定了各主控因素的权重;进一步建立了煤层底板奥灰突水的脆弱性评价模型,得出了各煤层脆弱性评价分区.研究表明,改进的AHP法构建的判断矩阵具有较好的一致性;通过与传统突水系数法评价结果对比可知,基于GIS的改进AHP型脆弱性指数法评价能够真实反映多因素影响下煤层底板突水的非线性动力过程,评价结果更为吻合实际.      

基于积分变换采场底板应力与变形解析计算

煤层开挖后,采空区卸载的同时侧帮产生支撑压力作用于侧帮底板上,导致底板应力重分布;根据最终应力场由初始应力场与开挖应力场叠加的特点,建立底板岩层的力学分析模型;采用Fourier积分变换方法求解双调和方程,并利用形式函数待定法求解对偶积分方程,得到底板应力场与位移场的解析表达式;然后根据Mohr-Coulomb准则判断底板岩层的塑性破坏深度。通过算例分析结果表明：在采空区底板中主应力随着深度的增加而增大至原岩应力;而在侧帮底板中最大主应力随深度的增加而逐渐减小至原岩应力;在侧帮底板深度小于10 m时,主应力发生旋转, 变为中间主应力并且随深度逐渐减小,当随深度继续增加时又逐渐增大至原岩应力;在采空区的中心发生最大底臌位移为0.236 m,侧帮底板受支撑压力作用产生向下的位移;塑性破坏范围呈中间大两边小,最大破坏深度为31.2 m,为半开挖宽度的1.04倍。最后通过FLAC3D模拟煤层开采,发现两者计算结果虽存在一定的偏差,但总体趋势基本一致,说明该解析方法能较准确地分析底板的应力与位移,可为工程实践提供指导与计算方法。     

淄博煤田石谷井田底板水害分析及防治水对策探讨

石谷井田位于淄博向斜东翼中段深部,整体上呈单斜构造,开采煤层为太原组底部9、10号煤层。通过对井田水文地质条件的分析认为：本溪组徐上砂岩、徐灰及奥陶系石灰岩承压水是矿井的主要充水含水层;影响井田含水层富水性的主要因素是地形地貌、含水岩组与可采煤层之间的岩性组合、厚度变化及断裂构造;井田底板突水形式主要是裂隙扩大型和裂隙渗流型。对井田的底板突水规律进行了分析研究,提出了以查明底板水文地质条件为前提,以准确分析判断可能发生的底板突水类型为基础,做好探查探测、实时监控、分析评价、预测预报、疏放降压、条带开采、合理留设煤柱的综合预防及治理措施。     

底板梳状长钻孔替代穿层钻孔瓦斯抽采技术可行性

底板岩巷穿层钻孔抽采技术和本煤层定向长钻孔抽采技术是目前高瓦斯和突出矿井回采工作面最为主要的瓦斯治理措施。晋城矿区赵庄矿煤层具松软低透气性特点,主要采用岩巷穿层钻孔消突为主,本煤层顺层钻孔消突为辅的瓦斯治理方法。但底板岩巷穿层钻孔存在工程量大、施工周期长及成本高等缺点,本煤层钻孔存在钻孔抽采不均匀、钻孔覆盖密度不足等技术缺陷。为对比考察底板梳状长钻孔与底板岩巷穿层钻孔的抽采效果,在赵庄矿1307采面开展了2种瓦斯治理方法。结果表明:抽采条件和抽采范围相同条件下,5个底板梳状长钻孔的瓦斯抽采总量占到底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采总量的75.4%,而底板梳状长钻孔的经济投入仅占底板岩巷穿层钻孔经济投入的29.2%。由此得出,研究区梳状长钻孔替代穿层钻孔的瓦斯抽采技术是可行的。该研究为底板梳状长钻孔替代底板岩巷的技术可行性提供了实践参考,为松软低透的高瓦斯和突出矿井的瓦斯治理提供了更为经济可行的治理方案。      

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。     

煤层开采过程中底板岩层渗流稳定性分析

在我国华北煤田石炭－二叠纪煤系地层的底部，存在着含水丰富的奥陶纪石灰岩。由于受采动的影响，煤层岩层的渗透能力会发生明显的变化，有时会导致承压水突入采空区。应用现场实验成果，利用有限元方法计算了底板岩体渗流场；在此基础上，进行了采动和渗流对煤层底板岩体稳定性影响的有限元分析计算。     

黄县煤田煤层顶底板稳定性分析

本文介绍了黄县煤田主要可采煤层顶底板岩层的工程地质特征及稳定性分区情况。由于本煤田煤层围岩成岩作用差,岩石物理力学性质指标较低,因而煤层顶底板大部不稳定。结合矿井开采实际,本文进一步论述了煤层顶底板稳定性与岩层结构面特征,胶结物成分、岩层破碎程度、软弱夹层存在及构造应力方向等有很重要的关系。并且建议今后新建井主要巷道方向应尽量取南北向,以避免构造应力的影响。     

华北型煤田底板灰岩含水层超前区域治理模式与选择准则

为建立系统的超前区域水害探查治理技术体系，分析概括我国石炭-二叠纪煤田煤层赋存及水文地质条件，从水害治理工程的系统性出发，围绕我国煤层底板水害超前区域治理工程施工过程中钻孔施工条件、层位选取、钻进工艺3个主要因素，概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式。综合考虑煤层埋深、煤层底板承受水压、底板岩层结构组合等判识指标，确定了各类治理模式的选择准则；结合钻孔布设、注浆材料2项指标，进一步划分出超前区域治理亚类模式。以淮北矿区、韩城矿区2个典型超前区域治理工程实践为例，分析了各区域治理模式的选取原则及工程应用效果。研究成果对指导我国煤层底板含水层超前区域治理工程模式选择与底板注浆工程实施具有重要理论指导作用。