煤层群开采底板水害威胁评价及综合防治技术研究

为了实现查庄煤矿下组煤层群(8、9、10煤)的安全带压开采,本文采用现场实测的方法研究了煤层开采后的底板破坏深度,确定了底板破坏深度与所采煤层厚度的比值系数约为10;在考虑煤层开采对底板隔水层破坏效应的基础上,采用突水系数法对距离五灰和奥灰含水层较近的8、9、10煤进行了底板水害威胁评价,结果显示在不采取相关措施的情况下三层煤的开采都是不安全的。针对此种情况,确定了该矿高承压水薄隔水层复杂地质条件下煤层群开采底板水害防治的原则为:"综合勘查、有疑必探、先治后采、全程监测"。     

采场底板破坏特征数值模拟

在总结我国煤矿底板破坏深度经验公式的基础上,运用综合考虑煤层埋深、倾角、煤层厚度、工作面长度、底板的损伤破坏程度及地质构造等多因素的修正经验公式,以某矿井工作面开采实际情况为背景,采用UDEC数值模拟对煤层底板采动特征进行分析,揭示煤层开采过程中底板的破坏特征及破坏深度,对比验证底板破坏深度经验公式的准确性。     

采动条件下厚煤层底板破坏规律动态监测及数值模拟研究

以某矿综放工作面的开采实际为背景,采用现场应变测试和数值模拟相互验证的方法,对采动条件下厚煤层底板破坏深度进行综合对比研究。现场实测表明,某矿综放工作面煤层底板岩体破坏深度介于13~16 m之间,采动矿压对底板的影响具有较远距离的"超前"显现和"滞后"延续的特点,(超前、滞后距)表现有由浅及深相应减小的总体特征;数值模拟研究表明,工作面底板下0~16 m为底板破坏影响带,即底板最大破坏深度为16 m,16~36 m岩层受煤层开采影响较小,再往下有接近原岩应力的趋势;综合分析得出该面采动底板变形破坏深度为16 m,研究结果为我国类似条件下煤炭资源安全开采及矿井水害防治提供参考依据。     

煤矿底板突水定量预警准则及预警系统研究

为研究煤矿开采底板突水预警准则,研发水害监测预警技术,实现底板突水超前预警,采用矿井水文地质分析、力学分析、地球物理勘探等技术手段,分析了矿井底板突水征兆,建立了监测指标体系,研究了水害预警现场布置方式,提出了采动影响下底板破坏深度的实时监测反演方法。根据监测指标及突水力学判据,提出了矿井底板突水定性预警准则和定量预警准则,开发了底板水害预警系统。最后以许厂矿11603工作面为例,布置水害预警系统,实施了底板突水灾害监测预警。结果表明,水害预警系统可以实时监测煤层底板预警指标,反演底板岩体力学变形破坏情况,结合预警准则,实现煤矿底板突水监测预警。     

深部开采底板承压水渗流特征及突水机理分析

随着矿井开采深度的增加,矿压显现对煤层底板承压水突水有一定的影响,矿井水害防治工作必须重视深部开采的矿压问题.介绍了2种不同突水机理的底板渗流特征,结合防治水实践经验对矿压条件下不同的突水控制因素进行了分析,使矿井水害防治"有的放矢".     

基于GWO改进的PCA-BP神经网络煤层底板破坏深度预测模型

针对矿井水害防治工作中,煤层底板破坏深度难以进行准确预测的问题,将主成分分析(PCA)与灰狼算法(GWO)改进的BP神经网络相结合,建立以采深、煤层倾角、采厚、工作面斜长、煤层底板抗破坏能力、工作面内是否有切穿型断层或破碎带为主要影响因素的底板破坏深度预测模型。根据实测资料分析各主要影响因素和底板破坏深度之间的相关性,利用PCA法将影响底板破坏深度的主要参数进行降维,根据降维后的主成分对底板破坏深度的贡献率,确定底板破坏深度的主控因素。利用灰狼算法优化BP神经网络参数,建立PCA-GWO-BP神经网络模型预测煤层底板破坏深度,并与其他预测方法进行对比,结果证明该模型误差小于0.5%、准确度高,可以对煤层底板破坏深度进行较为准确的预测。     

煤层底板双含水层突水防治技术研究

随着矿井开采深度的增加,华北型煤田底板承压含水层突水危险性加大,突水事故时有发生。如何有效地防治底板水害成为许多煤矿面临的重要问题,一直以来也是煤矿防治水工作的一个难题。通过对滨湖煤矿16煤开采的水文地质条件进行详细分析、总结突水资料、揭示了断层突水机理,对底板双承压含水层进行了危险性评价,提出了有效的煤层底板水害防治技术途径,为矿井水害防治提供了科学依据。     

矿井开采对煤层顶底板影响研究

为了研究矿井开采对煤层顶底板的影响,采用理论分析的方法,分析了矿井开采对煤层顶板的影响、矿井开采对煤层底板的影响,首先研究了矿井开采对顶板影响范围、计算了首采层开采对上覆岩层的塌陷范围;然后,研究了矿井开采对底板破坏范围,以新田煤矿4号煤层工作面为例,研究得出:采空区对上覆岩层影响形成的塌陷盆地最大边缘为采空区外9.748 m;1401工作面回采对底板最大破坏深度71 m。研究为类似工程条件的开采对煤层顶底板影响范围提供理论依据。     

高承压水上采煤可行性分析及安全开采评价

针对深部矿井承压水上采煤导致的底板突水问题,在深部开拓时,必须进行必要的可行性分析和安全开采评价。通过对某矿区深部扩大区水文地质条件分析,认为该区域煤矿可开采。利用底板岩体渗流模型及修正的水力参数,基于FLAC^3D各向异性渗透模型进行应力场-渗流场耦合模拟,得出底板破坏深度。结果表明：正常区段工作面底板破坏深度为25 m,受构造破坏区段底板破坏深度为50 m。根据突水系数法对安全开采深度及工作面斜长进行了评价,提出了可行的水害防治措施。保持0.06 MPa/m的突水系数,采取疏水降压措施,把水头疏降到-950 m标高时,15煤层工作面的开采是安全的。     

方山矿二_1煤层底板防治水研究

在总结方山矿水文地质条件的基础上,从煤层厚度与底板破坏带深度变化规律分析入手,利用突水系数法,开展了二_1煤层底板突水危险性评价研究。针对方山矿二_1煤层底板水害实际,从疏水降压和底板注浆加固两方面给出了水害防治的方案,为方山矿二1煤层安全开采提供了技术支撑。     

地应力对煤层开采底板破坏控制效应实验研究

为了研究地应力对深部煤层开采底板破坏深度的控制效应,论述了地应力随地层埋深不断增加而增大的分布规律,分析了地应力、矿山压力和底板突水的内在关系,通过室内岩石应力、应变和破坏特征实验研究,结合国内现场底板破坏深度统计资料分析,得出了地应力对深部煤层开采底板损伤破坏深度具有明显的控制效应,并提出了深部煤层开采底板破坏深度计算公式。     

采动影响下急倾斜底板破坏防治

针对采动影响下急倾斜工作面“非均衡”的围岩应力分布对底板破坏深度的影响问题,结合相关力学理论建立了工作面走向受力特点的底板塑性破坏受力模型,根据经验公式得出不同应力集中系数下的底板破坏深度公式,并对某矿急倾斜工作面底板不同破坏深度位置进行支护模拟。研究结果表明:急倾斜工作面中上部、中部和中下部底板破坏深度不同,根据计算分析得出的破坏深度和数值模拟分析得出的无支护状态下3个位置底板破坏深度对应误差最大为0.9 m较合理。最后在工作面3个位置的对应深度处进行底板注浆临时支护,研究结果能够有效抑制底板破坏,对急倾斜工作面底板管理具有现实意义。     

一种新型煤矿底板破坏深度预测模型

为有效预防煤矿底板突水风险,在传统的粒子群优化算法中增加自适应权重,结合遗传算法的交叉、变异步骤改进传统的粒子群优化算法,并用其优化SVM模型,建立改进的GA-PSO-SVM煤矿底板破坏深度预测模型,选取采深、煤层倾角、采高、工作面长度、煤层底板承压水水压和煤层底板损伤变量作为影响底板破坏深度的主控因素,通过15组煤炭生产单位采集底板破坏带深度相关数据,测试改进的GA-PSO-SVM模型的性能,并与FOA-SVM模型、BP模型的预测结果进行对比,研究表明:改进的GA-PSO-SVM模型预测结果与实测结果的误差范围为0.36%~5.22%,FOA-SVM模型预测结果的误差范围为1.60%~12.49%,BP模型预测结果的误差范围为1.01%~20%,改进的GA-PSO-SVM模型预测结果的误差范围更小,更适合煤矿现场的应用要求。     

保德煤矿底板奥灰水害防治关键技术

保德煤矿属带压开采矿井,煤层底板承受最大水压达到5.3 MPa。为了保证矿井安全带压开采,通过对矿井奥灰含水层特征、突水机理及防治技术进行研究,针对矿井不同水平煤层带压开采所面临的水文地质条件和突水危险性,采用采掘前隐伏导水构造的综合探查与评价和奥陶系峰峰组隔水性能利用2种奥灰水害防治方法,有效保障了矿井近10年的安全带压开采,杜绝了奥灰水害的发生;由此得出隐伏导水构造探查和奥陶系峰峰组利用作为矿井奥灰水害防治关键技术是科学、有效的。     

突水系数法在华晟荣煤矿水上带压开采安全评价中的应用

根据华晟荣煤矿水文地质条件提取评价煤层底板突水危险性关键指标,在工程实践中分析煤层底板突水灾害发生的各方面因素,通过对井田钻探揭露奥灰岩的15个钻孔数据分析确定了隔水层厚度及底板承压水的水压值,分析了突水系数公式的演化,计算出突水系数,确定了华晟荣煤矿3#煤层带压开采分区均处在相对安全区。同时进一步预测了矿井涌水量,核验了矿井排水能力,为华晟荣煤矿3#煤层工作面回采时采用带压系数进行复核验证提供了数据基础,对制定完善带压开采技术措施具有重要的指导意义。     

软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术

软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一,作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说,巷道的底臌问题尤为突出。针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题,首先从巷道底臌变形的力学机制入手,根据巷道围岩本构关系及应力作用模式,在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型,导出了巷道底臌力源P_0的计算方程。计算分析知,当底臌压力P_0大于底板岩体的强度极限时,巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间,随时间效应的加大最终导致巷道底臌;其次,结合建立的底臌力学模型,提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术,对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析,揭示了其"控底-助帮"的底臌控制机理,并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化,模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度,影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度;最后,通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算,确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因,并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明,该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好,有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。     

倾斜煤层底板破坏深度计算方法及主控因素敏感性分析

为研究倾斜煤层底板破坏主控因素对底板破坏深度的敏感性,根据弹性力学中的半无限体理论建立了沿煤层倾斜方向底板破坏深度求解力学模型,计算了倾斜煤层底板采动最大破坏深度。以阳城煤矿的采场条件为工程背景,基于FLAC3D数值仿真软件,按照正交试验设计方案对3306工作面底板破坏特征进行数值模拟。运用矩阵分析法以及方差分析法对模拟结果进行分析计算,确定各主控因素对底板破坏深度的敏感性。研究表明:(1)随着工作面推进距离的增大,底板最小主应力值与承压水压值越来越接近,且最小水平主应力与底板承压水压相等的区域不断扩大,底板突水危险性增加。(2)各主控因素对底板破坏深度影响的主次顺序为:工作面斜长采深黏聚力采厚煤层倾角水压内摩擦角,方差分析结果显示,各主控因素中工作面斜长对底板破坏深度的敏感度为高度显著;采深较为显著;黏聚力显著;采厚、煤层倾角、水压以及内摩擦角不显著。(3)运用矩阵分析法确定了正交模拟试验的最优方案,即按照此方案实施后底板破坏深度最小,可有效降低矿井底板突水的危险性。     

基于RFPA数值模拟的底板突水危险性评价

为解决杨村煤矿十采区下组煤开采受底板突水威胁问题,运用RFPA数值模拟软件对杨村煤矿十采区16上煤层开挖过程中的底板破坏规律进行了研究。通过建立符合实际条件的数值模型,计算出了煤层在分步开挖过程中底板受矿井压力作用影响下的破坏深度和发展规律。在此研究基础之上,利用考虑煤层底板破坏深度的突水系数法对研究区煤层开采过程中的底板突水危险性做出了合理评价,并将研究区划分为较危险区和危险区2个等级。该研究成果为杨村煤矿十采区16上煤层的安全开采提供了可靠依据,可以有效地指导采区开采过程中的底板水防治工作。     

黄河北煤田顶底板双灰岩水害分析及防治技术

为了研究黄河北煤田下组煤开采所受水害问题并制定防治方法,通过分析区内主要水害类型及其对矿井安全生产的影响,得出11煤开采主要受直接顶部四五灰涌水及底板徐灰突水威胁,同时两含水层均与奥灰存在密切水力联系;基于黄河北煤田11煤特殊水文地质条件,提出"顶板灰岩帷幕截流,底板灰岩区域治理"方法治理顶底板双灰岩水害,并应用于区内典型矿井,同时探讨了水害治理效果。结果表明底板徐灰治理效果较好,顶部四五灰帷幕需全部搭接才能检验截流效果。     

似膏体充填开采防止高承压底板水突出研究

以曹庄煤矿81006工作面为试验研究对象,开展了以防止高承压底板水突出为目的的似膏体充填开采系统及工作面底板破坏深度探测研究。研制了以胶固料、矸石粉、粉煤灰为原料的充填材料,构建了地面及井下2部分充填系统,实现了物料的添加、搅拌、输送的自动控制。采用钻孔双端封堵测漏装置,对似膏体充填开采工作面(81006工作面)和顶板垮落法开采工作面(8812工作面)的底板破坏深度进行了现场实测。结果表明,在似膏体充填开采条件下,矿山压力对工作面底板破坏深度显著减小。基于"下四带"理论,分析了似膏体充填开采条件下矿山压力对底板破坏深度减少的机理,证明了似膏体充填开采是防止高承压底板水突出的有效措施。