环工作面电磁法底板突水监测技术

为了监测煤层底板在工作面回采过程中导含水构造裂隙的实时动态发育情况,避免底板突水事故的发生,提出了利用环工作面电磁法对煤层底板突水进行监测的方法技术。通过数值模拟,研究总结了全空间条件下采煤工作面底板不同空间位置异常体在环工作面电磁法观测方式下的响应特征。设计了环工作面电磁法底板突水监测观测系统,并提出了电磁法突水系数的概念。根据底板下导含水裂隙与工作面底板之间距离的大小将电磁法突水系数划分3个等级：突水提醒阈值Cr、突水警告阈值Cw和突水报警阈值Ca。     

回采工作面底板突水智能监测技术应用

针对华北型煤田煤层开采存在的底板突水问题,监测预警以"下三带"理论、"递进导升"理论以及突水系数法为理论基础,构建矿井充水结构三维可视化地质模型,结合电法勘探异常区对影响矿井水文地质条件的易突水地质构造和富水性异常区进行分析,依据分析结果进行底板突水监测系统布设,通过监测煤层开采过程中表征突水水源与突水通道时空演化的指标信息,对底板突水进行监测预警。并在示范矿井开展了回采工作面底板突水预警工程示范,解决矿井突水危险动态辨识与实时预警问题。     

承压水体上煤层底板下位隐伏断层采动突水机制研究

由于煤层底板隐伏断层分布广、数量多、隐蔽性强且不易探测的特点,使得底板隐伏断层活化突水成为深部开采突水的主要形式之一。根据底板隐伏断层发育规模及空间位置条件,总结提出了底板沟通隐伏性断层突水、上位隐伏性断层突水及下位隐伏性断层突水3种模式。针对承压水体上煤层底板下位隐伏断层底板突水模式,通过力学分析、底板突水相似模拟及FLAC^3D数值拟研究了煤层回采过程中底板空间采动应力变化规律、隐伏断层扩展及突水通道演化过程。研究结果表明：近煤层底板采动岩体随工作面推进,经历压缩-卸荷-恢复过程,形成采动破坏带,底板空间采动应力状态以工作面为分界线呈现水平“S”型分布形态;采动-水压-隐伏断层作用下,隐伏断层将对采动应力随工作面移动起到阻隔作用;隐伏断层顶部受矿压-水压作用的破坏程度时机更早、程度更严重,更易诱发导水裂隙发育,隐伏断层原生裂隙扩展并向逆工作面推进方向上方发育,与采动破坏带沟通形成突水通道;采动承压水导升运移与采动裂隙发育紧密相关,采动承压水导升强度及强渗流区范围随工作面推进渐进发展,底板隐伏断层采动突水先出现隐伏断层上方采空区,突水量随工作面推进渐进增加。在将含...     

大采深厚煤层底板采动破坏深度

针对我国承压水上开采底板突水灾害随开采深度不断增大而逐年增多的趋势,以某矿综放工作面的深部开采实际为背景,根据现场煤层底板钻孔内不同深度传感器应变测试值随工作面的变化规律,确定出煤层底板岩体破坏深度介于18~20 m;以研究区实际地层资料为基础建立工程地质模型,通过反复试算、逐步修正模型边界条件,对煤层底板破坏特征进行分析,弥补了现场实测结果不能反映出煤层回采过程中底板应力场的不足;采用现场应变实测和数值模拟相互结合的方法,确定了大采深厚煤层底板破坏深度为20 m,揭示了矿山压力在采动煤层底板中的传播规律。     

综放工作面带压开采的可行性分析与实践

通过研究奥陶纪灰岩含水层的岩性、补给、径流、排泄条件等,对矿井综放工作面底板受采动影响、突水系数等综合因素进行可行性分析。在工作面掘进过程中与回采前采取物探、钻探、化探等工作,查明工作面顶、底板地质构造情况,分析出由导水通道出现突水的规律,保证了工作面的顺利安全回采。     

侏罗系特厚煤层综放开采顶板导水裂隙带发育特征研究

以金鸡滩煤矿117综放开采工作面为研究对象,通过光纤监测、采后钻孔冲洗液漏失量观测与拟合计算相结合的方法,研究陕北侏罗系特厚煤层综放开采所诱发顶板覆岩导水裂隙带动态发育规律特征,构建导水裂隙带最大高度预测模型。现场监测显示117工作面综放开采导水裂隙带最大高度220.82～223.75m,平均裂采比20.21,预测模型计算结果与其平均相对误差2.96%。研究结果能够进一步为陕北地区煤矿特厚煤层安全开采防治顶板水害提供科学借鉴。     

高精度微地震监测预警突水技术在演马庄矿的应用

在演马庄矿27111工作面采用高精度微地震监测技术对煤矿工作面顶、底板破坏程度进行了检测,分析监测数据可以知道:开采对采空区顶板和底板的强烈影响范围离煤壁和沿空顺槽各为30 m左右;工作面回采时,顶板的一般破裂高度为采高的5～8倍,最大破裂高度为采高的10～13倍;正常回采时底板的破裂深度为8～14 m;90%以上的破裂深度没有达到L8灰岩含水层,没有形成突水通道。实践证明,高精度微地震监测技术不仅可以作为突水危险工作面的预警手段,而且也是研究工作面围岩三维破裂的有效手段。     

完整底板突水机理研究

为研究完整型底板突水机理,文章理论分析了突水事故发生的三大要素,即水源、水压、突水通道,分析了采动突水通道形成的发展规律及突水灾害实现的条件。对演马庄矿12121采煤工作面突水事故时空特点进行了分析,分析认为:12121采煤工作面突水事故在时间上,恰逢直接顶初次来压(工作面推进31 m)前夕;空间上,突水点位于煤壁附近,靠近回风巷位置。其原因是,直接顶来压前夕,支承压力峰值较大,对底板岩体的破坏作用较大,而靠近回风巷位置为应力叠加区域,支承压力峰值最高。在强大的矿山压力和水压作用下,底板破坏带和承压水导升带沟通,高水压通过底板裂隙涌入工作面,产生突水。     

新集二矿底板水害微震实时监测研究

为了加强新集二矿带压开采条件下的底板水害监测,发挥微震实时、连续、全空间监测优势,构建新集二矿深部矿井微震监测系统,对回采过程进行实时监测.总结监测结果,对微震事件总体分布、时空运移规律进行分析,研究采矿活动与突水风险之间的关系.结果 表明,工作面回采期间底板150m范围内不存在隐伏导含水构造、裂隙薄弱带.工作面回呆期间构造未活化,回采过程无突水风险,保障了工作面安全回采.     

基于微震信号突变分析的底板断层突水预测

为了探索承压水上底板采动断层活化破坏特征,预防底板断层活化突水,利用微震监测技术对工作面底板采动断层进行了连续动态监测。结果表明：当工作面推进距断层约60 m时,断层就出现活化迹象,且随着工作面的推进,断层活化程度及破坏范围增大;底板断层活化破坏深度达到30.4 m,接近无断层底板破坏深度的2倍,活化破碎的断层带更容易形成导水通道诱发工作面底板突水。基于承压水上采动断层活化破坏特征信号,利用Origin数据处理软件对微震监测的底板断层活化破坏深度数据进行了4次多项式拟合,应用基于突变理论推导的底板采动岩体失稳突水判据对其进行了突变分析。依据分析预测结果,并结合放水孔水量、水温等信息,及时注浆加固了底板断层活化破坏区域,使工作面顺利推过断层区域,实现承压水上断层区域工作面的安全带压开采。     

采煤工作面带压开采分析及综合防治水措施

根据矿井水文地质条件,计算新义煤矿一水平工作面底板岩层采动导水裂隙带深度,对计算出的突水系数绘制成等值线图进行带压开采可行性分区,并根据存在的问题提出针对性的防治水措施,为矿井防治水工作提供参考依据和建议。     

特厚煤层综放开采导水裂隙带发育高度分析

针对以往导水裂隙带高度预测公式不能适应特厚煤层综放开采的现状,通过理论分析、相似性模拟实验、导水裂隙带实测及突水实例的方法确定了黄陇侏罗纪煤田永陇矿区郭家河煤矿的导水裂隙带范围及裂采比,为防隔水煤柱尺寸的留设及工作面防治水工作提供了依据,为类似矿井的防治水工作提供了有益参考。     

基于微震监测的工作面底板突水全时空预警方法

为分析采煤工作面不同时期、不同空间的微震响应特征差异,进而实现矿井水害预警和防治,基于典型案例分析提出了一种基于微震监测的工作面底板突水全时空预警的方法。所谓“全时空”是指包括采前时期、超前采动影响时期和开采时期在内的工作面全时间周期的3时段划分,以及工作面全空间的7个评价区域划分。在第1时段（采前时期）,基于钻孔工程信息（钻孔涌水量、钻孔水压、钻孔注浆量）和微震响应特征,形成了突水危险性的表示方法,确定了原发性突水危险区,进而实现了采前时期突水危险性的长期预测;在第2时段（超前采动影响时期）,设置“固定工作面”,并对微震事件及震源参数进行重新定位,在对微震事件核密度分析的基础上,获取突水前兆信息,确定了超前影响区、滞后影响区、侧向影响区的突水特征,进而实现了超前采动影响时期的突水危险性预警;在第3时段（开采时期）,结合微震事件核密度分析,确定了顶板导水破坏区、底板破坏区、底板采动损伤区,引入2D-CE法在平面上对微震事件进行规范化,分析微震事件置信椭圆与预警含水层的位置关系,进而实现了工作面开采时期的突水危险性预报。同时根据开采验证结果,对前期预报方法进行修正,为后续工作面突水预报服...     

采动覆岩“突水离层带”岩体结构演化致灾机理及突水预报方法

离层水害是近年来我国东西部矿井较为常见且严重的水害类型，研究采动覆岩结构演化对揭示离层突水机理、灾害预测防治有着重要意义。为分析不同工程地质条件下离层突水演化机理，将可以产生采动覆岩离层涌水的离层水体及其上下位一定范围的岩层统称为“突水离层带”。建立“突水离层带”采动岩体结构力学模型，根据上位岩层和下位隔水层破断规律，分析5种突水类型(采动覆岩离层静水压突水、采动覆岩离层动力突水、多煤层叠加开采离层突水、传统顶板导水裂隙涌水和离层积水不突水)的形成机制和力学条件，研究回采期间导水裂隙带时空演化与离层突水的关系；基于工作面开采条件、覆岩条件、突水离层带发育位置和微震监测，分析了离层突水形成条件，揭示了离层突水演化机理，并对永陇矿区崔木煤矿和招贤煤矿工作面开展了实例分析，提出了工作面离层突水预报方法。研究得出：(1)随着工作面推进，充水离层上位岩层和下位隔水层破断规律的差异是导致出现5种突水类型的根本原因；(2)只有在采高M和充水离层与煤层间距H处于某种特定关系下，才会满足形成“突水离层带”的基本条件，发生离层突水；(3)陕西崔木煤矿21306工作面离层突水主要是由上位岩层破断导致，突水期...     

基于MATLAB多元非线性特厚煤层导水裂隙带高度预计

为解决特厚煤层待采工作面导水裂隙带运用现有规程条件难以计算的问题,依据导水裂隙带与各主要影响因素之间的关系,结合正交试验法,构建不同影响因素下的工作面组合方案,利用3DEC软件模拟分析各工作面开采后的最大导水裂隙带高度,将其计算结果运用MATLAB软件进行多元非线性回归拟合,得到特厚煤层综放工作面导水裂隙带高度的计算模型。以大平矿已采工作面导水裂隙带高度监测数据为例,研究结果表明:计算模型预计结果与实测结果的最大相对误差为6.47%,最小相对误差为0%,平均误差为2.93%,误差结果较小,计算模型可用于特厚煤层待采工作面导水裂隙带高度的预计。     

底板突水预警系统在受底板奥灰水威胁工作面中的应用

通过建立微震监测系统,对微震信号进行采集、分析,精确地计算出微裂隙的破坏位置、能量以及可能影响的区域,实时监测采动过程中工作面底板含水层破裂引起的微震信号,超前分析底板破坏带发育情况,分析微震事件的空间展布,监测断层活化情况,及时发布微震预警信息,实现水害实时监测预警.     

岩溶水影响下工作面开采突水危险性评价

岩溶水突水发生过程表现为非线性动态特征，且受到多控制因素影响。为了明确大饭铺煤矿61114工作面开采受底板岩溶水的影响程度，基于区域水文地质特征的研究，以岩溶含水层富水性、底板岩层完整性、隔水层厚度、阻水性能、底板采动破坏深度、安全水头、突水系数等多个指标，结合物探综合探测成果，对工作面突水危险性进行评价。综合评价结果显示:矿区虽位于准格尔岩溶水径流区内，工作面带压开采危险性较低，但工作面内部小构造较为发育，物探探测工作面内部存在4处可疑岩溶富水区或导水通道，在回采过程中需提前打钻验证异常区，密切关注隐伏贯穿性导水构造。     

超前预防回采工作面突水技术开发与应用

工作面回采过程中由于采空区侧底板在应力作用下岩石完整性被破坏,裂隙发育,但裂隙具体发育多深,是否能够导通深部奥灰含水层,目前国内研究尚待研究。针对这一问题,以范各庄矿为例,采用超前防范回采工作面突水技术,建立微震监测系统、预留底板水文观测孔、利用矿井水文自动监测系统等手段,监测工作面回采过程中裂隙发育情况、底板含水层水量变化情况以及与深部奥灰含水层连通情况。结果表明,超前预防回采工作面突水技术能够起到预警作用,避免发生突水淹井事故,确保工作面安全回采。     

深埋特厚煤层综放开采覆岩导水裂缝带发育特征

以大佛寺煤矿为试验矿井,采用钻孔电视系统和钻孔简易水文观测法,探测深埋特厚煤层综放开采顶板导水裂缝带发育高度,并对导水裂缝带演化特征进行相似模拟和数值模拟试验研究。研究分析表明:大佛寺煤矿深埋特厚煤层综放开采顶板导水裂缝带发育高度为170.80~192.12 m;裂缝带区域内,裂隙数量自上而下逐渐增多,近煤层区域裂隙异常发育;钻孔砂岩区域,受拉伸作用,形成了纵横交错的裂隙,裂隙尺寸、角度较大;工作面回采距离与顶板导水缝隙带发育高度曲线呈"台阶"型。     

巨厚煤层综放工作面断层活化导水规律研究

采煤工作面存在断层时，采动影响可能会造成断层活化形成新的导水通道，造成突水灾害。鉴于此，龙王沟煤矿在现有断层活化数值模拟成果的基础上，以巨厚煤层综放工作面过断层为工程背景，通过微震监测、水量监测和电阻率监测等技术方法，动态监测断层活化状态及垂向导水裂隙的发育情况，对断层活化导水的规律进行研究。研究表明：微震监测发现采面距离断层400 m时断层即进入准静态阶段，距离断层157 m时断层进入活化阶段，通过断层与巷道交叉点后应力释放恢复至原岩状态；断层进入活化状态后微震能量增大，使导水裂缝带导通部分含水层至采空区，出水量增大；电阻率监测到断层底板区域存在横向发育的低阻异常区，采动影响未发育新的垂向导水通道至奥陶系灰岩含水层，工作面安全回采通过异常区。根据工作面过断层期间断层活化导水的规律，提出了相应的监测防治技术，保障工作面的安全开采。