断层影响下底板隔水层的破坏机理研究

为了研究断层对底板隔水层稳定性的影响,根据岩石剪切破坏的极限平衡条件推导出隔水层破坏的临界水压力公式,并提出突水判据.基于临界水压力公式分析了断层倾角、内聚力和断层煤柱宽度对底板隔水层破坏的影响规律.结果表明,断层倾角越小,底板隔水层能够承受的临界水压越小,底板就越容易发生突水;若断层带内聚力越小,即断层带强度越软弱,底板临界水压力也随之减小,此时底板发生突水的可能性越大;断层煤柱留设宽度越大,底板越不容易发生突水.工程应用表明预设的煤柱宽度偏小,有发生底板突水的可能,为保证安全开采,根据所推出的临界水压力公式计算得出合理的断层煤柱宽度应为34.3 m.     

高承压水条件下工作面过断层理论分析

为研究高水压条件下工作面过断层突水机理,在考虑工作面附近矿山压力及水压分布规律的基础上,通过建立力学模型,理论分析了工作面正常推进过程中和过断层开采时底板岩层弯曲变形规律,并给出开采初期和来压过程中跨断层开采突水力学判据。研究结果表明:从开采煤壁至采空区矸石压实区之间的区域为突水脆弱区;在地质条件相似的情况下,工作面经过断层时的底板岩层弯曲量是正常推进过程中底板岩层弯曲量的48倍左右,因此工作面过断层时更易发生突水;来压过程中的作用反力使突水发生的可能性变小;为安全通过断层,应使断层破碎带至采空区矸石压实区之间的距离小于底板梁极限悬臂跨距。     

基于隔水关键层水压计算及突水分析

为了对矿井突水问题有更深入的认识,依据隔水关键层理论和弹性力学,对有无断层影响下的临界水压进行了公式推导,分析了断层条件下临界水压随断层倾角的变化情况,并和无断层条件下隔水关键层的临界水压进行了对比,以及分析了底板卸压区长度对临界水压的影响。结果表明,临界水压随着断层倾角的增大经历了先增大、后减小的过程;断层降低了临界水压;卸压区在一定范围内时,即使断层存在,隔水关键层的阻水能力也是很强的;卸压区越长,断层对临界水压的影响越小。     

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...     

高水压孤岛工作面底板突水防治技术研究

为解决邢东矿深部带压开采顶板来压剧烈导致底板突水的难题,采用现场调研、理论分析以及应力监测和微震监测等手段,研究了2129工作面底板突水危险性和防治技术。研究结果表明：2129工作面开采地质条件复杂,顶板剧烈来压时底板突水危险性较大|减小基本顶来压步距可有效减小底板采动破坏深度,提出了顶板水力压裂卸压底板突水防治技术|2129工作面平均来压步距为5.25m,较2222工作面减小了近76%,来压动载系数最大值为1.47|微震监测结果表明底板破坏集中在浅部岩层且未形成导水通道,该防治技术可有效降低底板突水危险性,保障高水压下孤岛工作面安全带压开采。     

高水压孤岛工作面底板突水防治技术研究

为解决邢东矿深部带压开采顶板来压剧烈导致底板突水的难题，采用现场调研、理论分析以及应力监测和微震监测等手段，研究了2129工作面底板突水危险性和防治技术。研究结果表明：2129工作面开采地质条件复杂，顶板剧烈来压时底板突水危险性较大|减小基本顶来压步距可有效减小底板采动破坏深度，提出了顶板水力压裂卸压底板突水防治技术|2129工作面平均来压步距为5.25m，较2222工作面减小了近76%，来压动载系数最大值为1.47|微震监测结果表明底板破坏集中在浅部岩层且未形成导水通道，该防治技术可有效降低底板突水危险性，保障高水压下孤岛工作面安全带压开采。     

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。     

底板承压水上断层突水的力学分析

针对底板承压水上断层的受力特征,建立了简化的力学模型,根据弹性力学得到了断层面上正应力和剪应力的解析公式,并对断层倾角、工作面推进距离这两个因素影响下的断层面上的剪应力变化情况进行了详细的分析;基于隔水关键层理论,对断层影响下的临界水压进行了公式推导,分析了临界水压随断层倾角的变化情况。结果表明,断层面上的剪应力峰值在β<60o时是随着倾角增大而增大的,在β>60o时是随着倾角增大而减小的;随着工作面向断层推进,剪应力峰值也逐渐向浅部转移。临界水压随着断层倾角的增大经历了先增大、后减小的过程;当断层倾角在β<40o或β>65o时,隔水关键层可能发生破断,将会继断层形成另一条突水通道。     

底板承压水上断层突水的力学分析

针对底板承压水上断层的受力特征,建立了简化的力学模型,根据弹性力学得到了断层面上正应力和剪应力的解析公式,并对断层倾角、工作面推进距离这两个因素影响下的断层面上的剪应力变化情况进行了详细的分析;基于隔水关键层理论,对断层影响下的临界水压进行了公式推导,分析了临界水压随断层倾角的变化情况。结果表明,断层面上的剪应力峰值在β≤60°时是随着倾角增大而增大的,在β>60°时是随着倾角增大而减小的;随着工作面向断层推进,剪应力峰值也逐渐向浅部转移。临界水压随着断层倾角的增大经历了先增大、后减小的过程;当断层倾角在β≤40°或β≥65°时,隔水关键层可能发生破断,将会继断层形成另一条突水通道。     

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。     

中峪煤矿掘进工作面大面积分散出水治理技术的实践

对沁安煤电公司中峪煤矿12041工作面的突水事故原因进行了分析,基于工作面大面积分散出水的情况,制定了地面打钻注浆方案进行突水治理。实践效果表明:本次突水治理技术方案堵水效果较好,堵水率达100%,有效地解除了全矿井的水害威胁。     

基于模糊证据理论的煤层底板突水量预测

从信息融合的角度,将煤层底板突水量预测过程看成是一个多源信息融合处理与状态估计过程,提出基于贴近度的模糊证据理论,建立基于模糊证据理论的煤层底板突水状态估计与评价模型。利用15个有代表性的采煤工作面底板突水资料作为训练样本,基于广义三角模糊数生成各焦元基本概率赋值。用所建立的突水预测模型对4个待检验的突水样本进行分析,并与人工神经网络、最小二乘支持向量机、距离判别分析等方法进行比较,所得结果一致或更好,说明基于模糊证据理论的煤层底板突水量估计方法具有良好的实用性和有效性。     

韩家湾煤矿三盘区开采突水溃砂可能性分析

 为了解放富水区下呆滞的煤炭资源,从矿井突水溃砂发生的四个必要条件分析,采用了物探、钻探和抽水试验等技术对三盘区进行了水文地质补勘,根据勘探结果得出工作面已不具备溃砂条件的结论,排除了工作面面临的溃砂威胁。同时,根据工作面涌水机理提出了“动静态水结合法”的水量预计方法,结合工作面具备的最大排水能力,确定了工作面临界突水水头高度,根据计算结果基岩风化带潜水含水层水头高度低于临界突水高度,解除了工作面面临的突水威胁。     

突水系数法分析预测煤层底板突水危险性的探讨

为了预测煤矿深部带压开采奥灰突水危险性,合理划分危安区。研究了华北型煤田特征、模拟试验及相关资料,对以往突水系数公式进行了综合分析对比,在此基础上,提出突水系数修正公式,并对高家塔煤矿9号煤层带压开采奥灰突水危险性及危安区进行了预测、划分。结果表明：突水系数可由0.043~0.091 MPa/m修正为0.067~0.127 MPa/m,突水性分区可由相对安全区-相对危险区修正为相对危险区-危险区。实际生产矿井带压开采突水事故证明了突水系数修正公式的合理性。     

广东大兴煤矿特大突水事故机理分析

通过实地调查、测量以及地质及地球物理勘探，分析认为大兴煤矿“8·7”突水事故的突水机理为：防水煤柱受断层破碎带的影响，在上部水压、采动矿压、煤层自重、地下水的联合动力作用下，破碎的岩体沿垂向固有构造裂隙面向上塌落形成椭圆形柱体，待形成自然平衡拱后塌陷垮落停止，上覆岩层得到暂时稳定；随着采煤工作面的不断扩大，自然平衡拱被再一次打破，椭圆形柱体内的垮落继续向上发展，直至最后的关键层破坏或破碎达到临界突水系数而发生突水.     

复杂突水条件下矿井注浆堵水技术

以桑树坪矿"8.7"突水堵水工程为例,论述了因小煤矿越界开采本矿深部煤层导致发生特大突水、在不明过水通道下的注浆堵水技术。为了在突水条件不清楚的前提下进行注浆,桑树坪矿先采用了多种探查手段,之后开展动水注浆。工程实践表明,在过水通道位置不清楚的前提下,首先要通过调查了解小煤矿的采掘情况,并结合本矿采掘系统确定截流段的大体位置;其次采用物探手段对该处过水通道进行探查,并根据物探成果使用井下钻探方法精确查明过水巷道的位置;之后展开动水截流,截流成功后再对煤层底板和奥灰岩顶部进行注浆。     

单家村煤矿八采区奥灰突水机理研究

本文以单家村煤矿八采区奥灰滞后突水实例为主,分析了大小组合断层共同作用形成地垒、造成奥灰上抬出露于巷道,引发滞后出水的突水原因;结合奥灰水文观测孔长期、动态观测数据,分析得出了八采区奥灰含水层特征,最终研究得出地质资料不准确导致采掘活动直接揭露奥灰引发突水、断层抬升奥灰含水层,导致3煤层与下部含水层之间隔水层厚度不足引发奥灰突水、采掘活动引起断层活化,改变其导水性引发奥灰滞后突水三条奥灰突水机理。研究成果填补了兖州煤田区域巷道掘进过程中断层导致奥灰滞后突水方面的空白,为八采区水害防治工作提供了技术依据,也为同类受水害威胁的矿井提供了重要借鉴。     

煤层底板突水危险性评价模型的建立与应用

分析总结了矿井煤层底板突水的影响因素,在系统收集与分析矿井水文地质资料的基础上,确定了影响张村煤矿二1煤层底板突水的主要因素。对水压、地质构造、隔水层厚度、采动矿压等因素进行了定量评价,借助于地理信息系统(GIS)的空间分析工具,引入多源信息复合方法,建立了煤层底板突水危险性评价模型,并根据张村煤矿二1煤层底板的各影响因素的实际数据,对其底板寒灰突水危险性进行了评价,获取了有效的突水危险性评价结果。     

高水压大采深矿井突水危险性评价研究

大采深、高水压是我国老矿井的普遍特点,以开滦赵各庄矿为例,其奥灰水压高达12MPa。通过对赵各庄矿充水因素分析,对奥灰底板进行了带压开采评价,提出了加强奥灰含水层和断层防治的具体安全技术对策,为矿井的十四水平安全开采提供了科学依据。     

基于FOA-SVR的矿井底板突水量预测模型应用研究

矿井突水是常见的突发性强烈的矿井灾害。为了更好地预防矿井水灾,降低灾害造成的物质损失以及减少人员伤亡,建立了一种基于FOA-SVR的矿井底板突水量预测模型,利用果蝇算法优化支持向量回归机算法(FOA-SVR)选出最优的模型参数。针对底板突水这种非线性、小样本问题,从突水因素中选取水压、含水层厚度、隔水层厚度、底板采动裂隙带深度以及断层落差这5个作为特征因素。然后利用FOA对SVR参数进行优化之后建立FOA-SVR底板突水量预测模型,输出即为需要预测的突水量。结合实例并将该模型的预测结果与SVR模型的预测结果进行对比,结果表明：该模型在预测突水量的精度上比SVR模型更高,具有一定的应用价值。