煤矿地下水库储水空间构成分析及计算方法

针对西部近水平煤层煤矿地下水库有效储水空间难以确定的问题,提出了利用地下水库上覆各分界岩层的垂直位移轨迹方程计算各分带岩层冒落前后的体积差,从而确定煤矿地下水库不同分带内岩层的有效储水空间,解决了现有煤矿地下水库储水系数难以确定,导致地下水库储水空间计算困难的问题。基于工作面上覆岩层断裂分带划分结果,确定煤矿地下水库的主要储水空间为垮落带与块体铰接带垮落岩层的空隙、裂隙与离层空间,得出了近水平煤层垮落带与块体铰接带有效储水空间的计算表达式。基于结构力学与断裂力学理论,分析了垮落带分界岩层可能形成的3种不同结构形式,推导了砌体梁结构、台阶岩梁结构及完全垮落情况下工作面上覆垮落带、块体铰接带分界岩层的垂直位移轨迹方程,得出了上覆不同岩层结构煤矿地下水库的有效储水空间理论计算表达式。以大柳塔煤矿近水平煤层煤矿地下水库工程实践为依托,采用UDEC数值模拟计算方法分析了工作面上覆岩层的断裂结构,研究得出了地下水库上覆各分界岩层的垂直位移轨迹曲线,发现地下水库四周边界位置较中间位置的垂直位移量小,即四周边界位置具有更大的储水空间。采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对各分界岩层的垂直位移曲线进行了拟合分析,得出了煤矿地下水库的有效储水空间。基于不同计算时步上覆岩层垂直位移曲线的差异,分析了煤矿地下水库储水空间的时空演化规律。通过在大柳塔煤矿进行现场抽放水试验,验证了上述煤矿地下水库有效储水空间计算方法的可行性及计算结果的可靠性。     

采空区对哈尔乌素露天煤矿排土场地表沉陷的影响

为了研究长壁工作面开采对排土场地表沉陷规律的影响,以酸刺沟煤矿采空区为工程背景,在实测地表移动特征的基础上,采用概率积分法对酸刺沟煤矿地下开采引起的地表沉陷进行预测,结合哈尔乌素露天煤矿GNSS监测系统,对预测值进行评价。结果表明:4112工作面开采结束后,排土场地表极限沉降为3 062 mm,东西极限水平位移为922 mm,南北极限水平位移为933mm;6上114工作面开采结束后,排土场地表极限沉降为21 529 mm,东西极限水平位移为5 313mm,南北极限水平位移为5 379 mm。GNSS监测系统监测值与预测值基本吻合。     

煤矿釆空区管道的破坏机理及影响因素研究

对采空区管道的破坏机理进行了系统分析,研究了采空区管道的形变特征,不同工况角度下对管道进行数值模拟研究,通过管道竖向沉降位移、横向位移变形曲线对管道与土壤间的相互作用关系进行分析,为采空区管道的设计和管理提供技术参考和理论依据。     

煤矿采空区山体诱发崩塌地质灾害形成机理分析及其应用——以大平煤矿为例

为避免煤矿采空区山体诱发崩塌地质灾害,根据实际工程情况,分析了郑州煤炭工业(集团)有限责任公司大平煤矿采空区的山体诱发崩塌地质灾害的形成机理。通过实地考察和勘探,研究了该矿矿脉山体结构、地质条件、周围环境、采矿活动等多方面因素;通过分析山体崩塌的破坏特征和影响诱发因素发现,边坡上部危岩块体、临空状态、软弱结构等因素是形成崩塌灾害的主要成因,同时降雨、人为活动以及地震灾害等也是导致危岩体失稳坠落形成崩塌的主要因素;通过量化影响因素指标并结合破坏准则,建立了地质灾害临界判别机理分析模型。该模型在实际工程应用中获得了采空区崩塌地质灾害分析结果,结果表明只要控制和稳定地质结构就可避免相关地质灾害的发生。     

某硬石膏矿地下开采长期稳定性研究

为了研究某硬石膏矿长期稳定性,通过构建矿山开采模型,采用Burgers蠕变本构模型,对矿山开采全过程进行数值模拟分析。结果显示,随着采空区存续时间变长,各中段采空区水平位移差和垂直位移越来越大,增加幅度逐渐减少,围岩变形趋于稳定。石膏矿模拟开采后100 a内的最大主应力值为21.7 MPa,采场围岩最大垂直位移为35～40 mm,最大Y向水平位移量为36 mm,最大X向水平位移量为26 mm,均处于允许强度和变形范围内。该石膏矿采场围岩长期稳定性较好,为类似石膏矿山长期稳定性分析提供了可供参考的案例。     

综放开采上覆岩层应力分布和运移规律研究

以三元煤矿104~#厚煤层综放面为实际工程背景,运用数值模拟软件FlAC~(3D),对综放工作面顶板覆岩的运移和应力分布规律进行了模拟研究。结果表明:工作面推进30m左右时,综放面的上、中、下不同部位的覆岩塑性破坏范围均为6m左右,随着工作面的推进,应力逐渐在工作面超前处和采空区后部集中,位移量最大的位置出现在采空区后方约8.5m处,上覆岩层最大位移达分别为375mm、425mm、575mm,实测结果与Flac~(3D)数值模拟结果一致。     

基于评价理论及多软件联合建模的采空区稳定性分析与应用

为更好地规避事故,需对采空区危险性进行分析评价。以大新锰矿工程地质条件为基础,建立三维数字模型,结合模糊综合分析评价理论与数值模拟研究手段,对采空区危险性进行了系统地分析与评价。结果表明:+280,+340,+380与420m中段的两端采空区为不稳定区域,可能发生塌陷、冒顶等地质灾害。     

二步采场回采下的一步采空区稳定性数值模拟分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,采空区顶板暴露面积进一步扩大,空区失稳坍塌问题凸显,为了能够及时掌握采空区稳定状态,加强采空区管理,避免采空区坍塌引发矿山重大安全事故,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文在总结目前国内外常用的采空区稳定性分析方法的基础上,采用目前较为先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助开展采空区探测,建立了某矿山主生产中段的采空区数值计算模型,通过模拟采场回采过程,分析不同回采阶段的应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采空区稳定状态的影响大小。结果表明,该矿山二步采场回采使得一步采空区周围的应力集中范围进一步扩大,并与一步采空区形成了应力叠加,特别是在矿柱位置出现了应力集中,其最大集中应力约为26MPa,且垂直方向上的位移量增加,最大位移量接近5mm,存在顶板垮塌风险。     

煤矿采空区与火烧空区高密度电法探测模拟

为了在实际工作中,通过高密度电法探测手段有效识别并区分煤矿火烧空区与采空区的电阻率异常特征;通过建立不同深度的煤矿火烧空区与采空区的二维电阻率剖面模型,并分别对模型进行正演模拟与反演计算分析来实现这一目的。首先通过建立数值模型验证了高密度电法中的温纳装置与偶极装置针对煤矿采空区与火烧区探测时的可行性与有效性;并通过对煤矿采空区异常与火烧空区异常的数值模拟与结果分析,识别并区分了通过高密度电法探测煤矿火烧空区与采空区时产生的电阻率异常差异;最后运用水平向与垂向的一阶导数零值曲线对电阻率拟断面进行了电阻率的特征分析。相较而言：温纳装置对水平向异常的识别能力要强于偶极装置,偶极装置对垂向异常的识别能力要强于温纳装置;而通过对电阻率拟断面进行一阶导数计算,可有效识别、区分电阻率拟断面上的各类电阻率异常特征。     

广州市城市采空区分布规律及灾害分析

广州市轨道交通十二号线工程专项勘察项目是以物探微动方法对工程沿线煤矿采空区开展勘察工作,基本查明了工程沿线范围内煤层的分布特征,探明了沿线采空区的分布、空间形态、充填情况、覆岩类型,查明了采空区引起的垮落带、裂隙带和弯曲带的埋深、具体高度和发育状况,初步评价了采空区稳定性及对城市建设的适宜性,并对施工提出了可行的建议。本文在此基础上对广州市嘉禾矿区煤矿采空区城市地质灾害进行分析,丰富了城市地质灾害理论,为城市采空区灾害治理有指导或参考作用。     

甘肃魏家地煤矿矿山环境特征评估及生态恢复

魏家地煤矿位于甘肃省白银市,矿山采用立井开拓方式综采放顶煤采煤方法,生产能力为300万t/a,矿区内主要采煤区为西一采区1、2、3煤层,东一采区开采1煤层,西二采区开采1、2煤层,煤矿共有采空区1处,面积为5.03 km²,因采煤造成了一系列的矿山地质环境问题。通过对魏家地煤矿矿区进行野外实地调查、资料收集与分析、综合研究等,评估矿山地质环境主要为崩塌、地面塌陷等,以及煤矿工程活动对土地造成的损毁,包括土地压占损毁、土地挖损、塌陷损毁等。为了实现社会经济的可持续发展,最大限度地减轻矿业活动对矿山地质环境的污染与破坏,对魏家地煤矿提出地质环境治理方案,实现了对矿山地质环境的保护与恢复治理。     

煤矿老空区定向探查钻孔的施工应用

定向钻进技术已成为煤矿井下探放水及地质探查的主要技术途径之一。以石拉乌素煤矿、张双楼煤矿、双龙煤矿老空区定向探查钻孔施工为例,分析了老空区定向探查钻孔施工工艺流程。针对不同情况的老空区,分析了对钻孔轨迹控制精度的要求及影响因素、准确选择磁偏角的重要性,总结了定向钻具的安全施工措施及经验。结果表明,定向钻孔可进行长距离精准超前探查,能够满足探查老空区的需求。研究为煤矿安全开采提供了可靠的技术保障。     

山西省阳城县上孔煤矿地质灾害预测分析及防治研究

阳城县上孔煤矿拟开采3、9、15号煤层,在开发利用过程中,为了改善矿山地质灾害的防治效果,采用矿区地表移动变形预测模型,预测地表移动变形。通过矿山采空区地质环境综合预测,预计地表最大下沉量6 88354 mm,并将其地质灾害影响程度预测评估分为“严重区”和“较轻区”。“严重区”影响范围4397 hm²,“较轻区”影响范围51525 hm²。通过矿山地质灾害预测分析,提高地质灾害的监测预警工作,并加强地质灾害防治工程,保护人民生命、财产损失,达到防灾减灾的目的。     

基于煤炭采空影响的多含水层水文地质响应——以新桥煤矿为例

为研究受煤炭采空影响的多含水层的水文地质响应，以新桥煤矿为例，通过对其采空区分布和地表塌陷的调查，结合煤矿地质构造、含水层水文地质特征等的分析，探讨采空影响下煤层顶底板工程地质条件的改变而产生的导水通道，造成采空区地下水的补给和径流，并通过计算和PHREEQC模拟软件分别对采空区水量、水质进行预测，从而为煤矿安全生产和采空区地下水开发利用提供依据。     

煤矿采空区综合勘探三维信息管理系统研究

采空区是我国煤矿发生灾害的主要灾源之一,如何对采空区进行有效管理成为一个重要的研究方向。在采空区综合勘探的基础上,建立数据仓库集中存储各种报告文档和勘查成果图纸,建立采空区三维地质体模型,通过ActiveX插件技术实现三维模型和属性信息的远程在线浏览和管理,实现“市煤炭局—县/区煤炭局—煤矿”多级用户信息共享和数据交互的一体化监管,提升煤矿安全生产水平。     

木瓜煤矿极近距离下位煤层沿空留巷技术研究

木瓜煤矿现阶段开采的10号煤层上部为9号煤层采空区,为提高10号煤层的采出率,解决矿井采掘接替紧张的问题,设计在10煤层的首采工作面应用巷旁充填沿空留巷技术,通过采用数值模拟的方法,结合10-100工作面具体的地质条件,研究确定了留巷巷旁充填体的参数,并确定留巷期间加强支护和顶板管理方案,现场应用期间通过围岩位移监测得知,留巷效果良好。     

红庆河煤矿综采工作面采空区“三带”测定及模拟分析

根据红庆河煤矿综采工作面采空区自燃“三带”现场实测数据,采用氧气浓度划分法对工作面采空区自燃“三带”进行划分;利用FLUENT数值计算软件模拟分析综采工作面采空区风流流场、温度场等,分析验证采空区氧气浓度、CO浓度、漏风速率、温度等变化规律,并与数值模拟中采用漏风强度法划分的采空区自燃“三带”进行验证,确认了采空区“三带”现场实测的可靠性、准确性。结果表明:综采工作面采空区“两道”漏风严重,氧化升温带在进、回风巷分布范围较广;现场实测与数值模拟的结果变化趋势相一致,可以用来指导实际生产。     

常村煤矿冲击危险性评价及防治研究

通过冲击危险性综合指数评价对正在回采的工作面进行评估,对常村煤矿21号煤层工作面进行综合指数法评价。分析了影响常村煤矿冲击危险性因素,常村煤矿发生冲击地压包括地质条件因素、开采技术因素2个方面。依据综合指数法,按照地质影响因素对常村煤矿21号煤层进行分析,得出危险指数为0.43;按照开采技术影响因素进行分析,得出该煤层危险指数为0.33。依据上述2个因素进行综合分析,得出危险指数为0.43,属于弱冲击工作面。     

急倾斜特厚煤层综放工作面防灭火技术研究

神华新疆乌东煤矿+495 m水平B3+6工作面上部存在安宁渠小窑开采史,且B3+6煤层属Ⅰ类易自燃煤层,受井下工作面开采影响,地表裂隙发育、漏风严重。针对+495 m水平B3+6工作面存在的特殊开采条件,利用超前探测、超前注氮、架后埋管注氮、控风堵漏等综合防灭火技术措施,有效地防止安宁渠小窑开采区域、上覆老空区和本采空区遗煤自然发火,确保了该工作面安全回采。     

综放沿空巷道不对称支护技术研究

为研究不对称支护对综放沿空巷道围岩的影响,以高良煤矿3205综放面附近的一条沿空巷道工程为背景,在传统对称支护方案设计基础上,对煤柱侧锚杆和锚网进行加强设计,得到了不对称支护方案;采用FLAC^3D数值模拟分析对称和不对称支护条件下沿空巷道周边围岩的应力、变形。分析结果表明,非对称支护方案对围岩应力分布影响不大,但能够有效改善沿空巷道周边围岩的位移。