覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响

 采用理论分析、模拟实验和工程探测等方法,就覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响进行深入研究。研究结果表明：覆岩主关键层位置会影响顶板导水裂隙带高度,当主关键与开采煤层距离较近并小于某一临界距离时,顶板导水裂隙带将发育至基岩顶部,导水裂隙带高度明显大于按我国《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称“规程”)中的顶板导水裂隙带高度确定方法得到的结果。对导水裂隙带高度产生影响的主关键层与开采煤层临界距离主要与煤层采高、顶板碎胀压实特性、主关键层破断块度等因素有关,可以粗略按7～10倍煤层采高计算该临界距离。当覆岩主关键层与开采煤层距离小于7～10倍采高时,不能按规程中的方法确定顶板导水裂隙带高度;当覆岩主关键层与开采煤层距离大于7～10倍采高时,仍可按规程中的方法确定顶板导水裂隙带高度。上述结果能很好地解释部分煤矿顶板异常突水灾害的发生机制,并指导神东矿区补连塔煤矿顶板突水灾害防治实践,取得显著的经济效益。     

离层注浆条件下覆岩变形破坏特征的连续探测

覆岩破坏的发育高度及其分布形态是合理确定开采边界及留设防水煤岩柱的基础。为了探讨覆岩离层注浆条件对导水裂隙带形态的影响,采用前端泄露式多回路注(放)水系统,应用井下仰孔分段注水法对东滩煤矿14308工作面覆岩离层带实施注浆充填条件下综采放顶煤导水裂隙带的破坏特征进行了连续探测。探测结果表明:厚煤层综采放顶煤条件下覆岩离层带注浆时的覆岩采动导水裂隙带高度略高于正常条件下的覆岩采动导水裂隙带高度,走向方向的采动导水裂隙带高度低于倾向方向的采动导水裂隙带高度;离层带注浆时的覆岩破坏形态和范围向工作面外侧突出较大。     

水体下采煤中导水裂隙带高度的探测与分析

为准确探测出采煤工作面回采结束后,上覆岩层导水裂隙带发育高度范围,确保水体下采煤安全可靠,采用传统经验公式、井下封堵钻孔分段注(放)液裂隙测量系统及钻孔电视探测系统分别对工作面回采前后上覆岩层裂隙带的发育高度进行理论计算、定量探测和定性分析。结果表明:采用上述3种方法分别得到的导水裂隙带的发育高度范围为25.24~36.50,26.83~28.33和25.50~29.20 m。研究结果证实采用井下封堵钻孔分段注(放)液裂隙测量系统探测所得的导水裂隙带高度合理可靠,不仅为四台煤矿水下开采提供理论支撑,而且为其它矿井导水裂隙带探测提供借鉴和参考。     

厚松散层下三软煤层开采覆岩导水裂隙发育规律

为掌握厚松散层下三软煤层开采覆岩运移及导水裂隙发育规律,以澄合矿区为背景,采用物理相似材料模拟实验,综合运用全站仪监测、高清钻孔电视监测、3DEC离散元数值模拟软件以及SPSS专业统计分析软件相结合的研究方法,同时引入开采损害理论,研究该条件下覆岩运移规律、裂隙发育演化及导水裂隙带分布特征。结果表明:覆岩运移呈现非对称性,最大下沉值处于采空区中央偏开切眼侧,松散层运移范围大于基岩顶部岩层,整体呈现出"类双曲线"状。理论公式推导得出基岩破断角较小,为56°～58°。垮落带高度13.75 m,垮采比3.06,导水裂隙带高度75m,裂采比16.67;裂隙发育数量自地表而下逐渐增多且在导水裂隙带区域突然增多,裂隙发育主要受到北偏东33°方向上采动应力场控制,导水裂隙带发育演化呈现出"缓慢发育→逐级渐进升高→大幅突然升高→周期小幅升高→稳定发育"五个阶段;通过3DEC数值模拟得出,导水裂隙带高度与松散层厚度成指数函数关系,与采高成线性关系,与埋深和工作面斜长成对数函数关系。运用SPSS专业统计分析软件,基于多元非线性回归理论拟合出导水裂隙带高度预测经验公式。通过对比计算结果,验证了回归经验方程在预测导水裂隙带高度时的合理性;由于K_5砂岩含水层单位涌水量较大且距煤层较近,对工作面开采过程中覆岩裂隙导水影响较大,为避免煤层的开采受到覆岩K_5砂岩含水层的影响,根据所得预测经验公式,煤层的最大采高应不超过3.8 m。该研究对相似地质条件下煤矿保水开采等具有重要的参考价值。     

高强度综放开采采动覆岩破坏高度及裂隙发育演化监测分析

 以王坡煤矿为试验矿井,采用钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔彩色电视系统,探测高强度综放开采覆岩破坏高度,并对监测到的裂隙发育演化进行数字化分析和相似模拟试验研究。研究结果表明：王坡煤矿高强度综放开采覆岩破坏高度为94.00～104.92 m;采动岩体裂隙分布的主要特点是裂隙发育以高角度甚至垂直岩层层面为主,裂隙的发育数量与埋深呈现二次方的递增形式,而裂隙宽度与裂隙数量的分布近似呈正态分布;开采过程中裂隙富集区主要集中在前后煤壁,上覆岩层裂隙密度分布曲线呈两端高中间低,形状如“马鞍”型。     

煤层开采后覆岩破坏规律研究新方法

电阻率法动态监测技术是研究煤层开采后覆岩破坏规律的一种新方法 ,该方法通过在采煤工作面覆岩中预埋入电极传感器,动态、连续的观测工作面回采前后上覆煤岩体电阻率及供电电流,根据电阻率及供电电流的变化情况分析工作面煤层开采后顶板岩层破坏的形态,查明工作面开采后覆岩"两带"发育的动态变化规律,得到煤层采后顶板"垮落带"和"导水裂缝带"的发育高度。     

综放开采覆岩运移及导水裂隙带高度研究

为了研究综放开采覆岩运移及导水裂隙带高度,基于沙坪矿某综放工作面具体采矿地质条件,采用FLAC3D数值模拟软件对该综放工作面覆岩运移分布特征进行了分析,得到了综放开采覆岩垂直位移和垂直应力分布情况,并构建了综放导水裂隙带高度多元回归预测模型,得到了综放开采导水裂隙带高度与5个主要因素的多元回归公式,并与只考虑开采厚度单因素的回归公式进行对比分析。结果表明:相对于只考虑开采厚度单因素,当考虑5个主要因素时,导水裂隙带高度预测公式更加精确实用。结合工程实例,验证了该多元回归公式的合理性及适用性。     

富煤一矿水体下采煤可行性分析

根据我国现阶段水体下采煤理论及开采经验,系统地分析和研究了富煤一矿水体下采煤的技术及条件,通过对煤层覆岩条件及其防水特征研究后,认为本矿井的煤层覆岩条件和留设的防水安全煤岩柱特征均有利于水体下开采全部煤层,但地表破坏和覆岩破坏的沟通强度、采深采厚比值的研究结果显示,开采M_(15)号煤层以上的煤层是安全的,开采M_(15)号以下的煤层则需要在开采上部煤层时进行监控监测,以便采取适合本矿井的综合措施后确定能否开采。     

近风氧化带开采导水裂隙发育规律及机制分析

 为寻求提高开采上限导高发育规律,以40例“两带”探测钻孔实测数据为依据,应用回归分析方法对3种水体采动等级下不同覆岩类型的导水裂隙高度进行非线性统计研究,并首次建立3类水体下的预留防水煤岩柱与裂采比间的BoxLucas1模型曲线。研究发现：提高开采上限时,BoxLuca1曲线预测导水高度的误差值远小于常规“三下”规程经验公式误差,表明该模型的合理性;3类水体的曲线斜率逐渐增大,顺序为II,III类＞I类,表明II,III类裂采比下降更快,导高发育受到风氧化带的抑制作用更加明显。而且I,II类水体下的导水裂隙顶界面未达到泥化层的底界面,III类水体下的裂隙未达到或未穿透风氧化带。说明在一定范围内提高开采上限是可行的。在此基础上,一方面利用Paris位移公式和Crouch不连续位移公式,提出风氧化带拉张型裂隙面的位移公式,计算结果表明,该带裂隙受上覆自重应力影响更容易因发生变形位移和刚度位移而产生弥合效应。另一方面,风氧化带特有的塑性大变形使得外力对该带所做的功大部分被其消耗掉,因而更容易损耗劈裂能量,从而抑制导水裂隙的继续向上发育。这可为该带下合理留设防水煤岩柱提高煤层开采上限提供理论依据。     

复合顶板高瓦斯厚煤层综放工作面覆岩“两带”动态发育特征

以余吾煤业为试验矿井,采用钻孔两端封堵分段注水装置和钻孔电视系统,探测综放开采上覆岩层"两带"高度,对采动前后裂隙倾角、数量与深度关系、数量与宽度关系进行数字化分析,并就采动过程裂隙演变情况进行相似模型与数值模拟试验。结果表明:余吾煤业综放开采冒落带高度为27～32 m,裂隙带高度为58～61 m,采动前裂隙以高角度、低宽度为主;随着采煤工作面的逐步推进裂隙数量呈直线上升,且增加的裂隙以小角度、中宽度为主;采动过程中裂隙的主要聚集区在煤壁前后,覆岩裂隙密度分布曲线呈两端和中间高,如"波浪"型。     

青龙煤矿开采对水环境的影响

在分析青龙煤矿地质及水文地质条件的基础上,通过对导水裂缝带发育高度、突水系数的预测计算,探讨了煤矿开采对地表水、地下水环境的影响,为煤矿的长远开采规划和矿区环境恢复治理提供了理论依据。     

岩石的风化损伤属性与缩小防护煤柱开采机制研究

以大量试验数据、现场测试资料和大规模缩小防护煤柱开采工程实践为依据,研究隐伏煤田基岩风化带的分布特点。结果表明:岩石风化损伤后具有强度降低,塑变能力增强;多趋泥化,裂隙易于弥合,再生隔水能力显著增强,亲水能力强等变异特征以及工程地质特性。重点论述风化带内煤层开采具有移动快、变形大、回缩快和下沉大等覆岩破坏移动演化新特征,获得以泥质岩类为主的风化带岩层受开采扰动的影响,具有阻隔底含水下渗和抑制导水裂隙带继续发展的双重作用和煤岩柱厚度与风化程度是影响导水裂隙带发育高度的主导因素等新的认识。同时,阐述了缩小防护煤柱开采的机制,系统地提出了采空区滞后控水、煤水分流、加大开采高度、物探预测和地质弱面预先加固等一系列确保安全的关键技术保障措施。对类似矿井浅部资源的回收与安全开采具有理论意义和应用价值。     

浅埋煤层覆岩隔水性与保水开采分类

 通过陕北浅埋煤层保水开采的模拟研究与采动损害实测,揭示采动覆岩裂隙主要由上行裂隙和下行裂隙构成,采动裂隙带的导通性决定着覆岩隔水层的隔水性。实验分析上行裂隙带发育高度的计算公式,模拟测定下行裂隙带的发育深度。基于采动裂隙发育程度与采高和隔水岩组的关系,提出以隔采比为指标的隔水性判据,由此将保水开采分为自然保水开采、可控保水开采和特殊保水开采3类,为浅埋煤层保水开采提供科学依据。     

近距离煤层上行开采巷道合理布局研究

以翟镇煤矿六采区二、四煤层上行开采为工程背景,为解决上层煤工作面巷道的合理布局问题,采用覆岩组合结构理论、现场实测和仿真模拟的手段,对下层煤采动形成的裂隙带综合形态特征及围岩集中应力分布进行重点研究。结果表明:在组合顶板条件下,裂隙带应是以岩层组为单位呈阶梯状向上发育的,现场实测得到的裂隙带发育高度也验证了上述形成机制;裂隙带空间形态呈现出一个向采空区内侧倾斜的拱形马鞍态,裂缝角为75°~78°;裂隙带内自下向上的分区破裂现象明显,上层二煤处于裂隙带上部的一般开裂区,在该区域布置回采巷道具有较大的可行性;数值模拟结果得到二煤层的断裂位置位于采空区侧3~5 m,内应力场分布范围在采空区侧6~10 m。在对下层四煤采后形成的裂隙带发育高度、空间形态、破裂分区以及集中应力分布进行综合研究的基础上,提出上行开采巷道内错式和外错式两种布局方案,有效避开了裂隙带及集中应力影响范围,取得了较好地现场应用效果。     

超高水开放式充填开采围岩破裂的微地震监测

 超高水材料充填开采对于围岩长期稳定性的控制作用,在国内外均缺少相关的研究。以冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿(简称陶一煤矿)充6工作面为背景,采用微地震和围岩应力动态监测相结合的实时监测方法,综合地表沉陷的测量数据,首次对超高水材料开放式充填大面积开采效果进行研究和评价。根据监测结果,在陶一煤矿充6工作面采高3 m、采深约300 m、工作面斜长120 m的条件下,工作面围岩覆岩破裂最大高度为48 m、支承压力影响范围35～40 m,工作面上方地表最大沉陷量为98 mm。结果表明,超高水材料开放式充填能够有效控制围岩破裂范围,减小采动影响,且在仰斜开采工作面运用效果较好。     

导水裂缝带高度研究方法探讨——以陈家沟煤矿为例

导水裂缝带高度是采煤安全性评估、矿井涌水量预测及防水煤(岩)柱设计等工作的重要参考指标,在顶板水害事故预防、瓦斯灾害防治及煤层气资源开发等方面也有重要的意义。以陈家沟煤矿为例,运用实测法、公式法、数值模拟法、物探法、类比法和理论分析法等方法对其导水裂缝带高度进行了研究,并对其成果进行了优劣性及适用性对比分析,结果表明不同方法得出的陈家沟煤矿导水裂缝带高度值有一定差异。实际应用中,应尽量采取实测法,辅以物探法、数值模拟法或公式法等,由点扩展到面;当实测法在某些地区不能取得可靠的数据时,应根据实际情况选取其他适合的多种方法综合分析,相互补充、反复论证,以使研究成果趋近实际值。     

大采高开采覆岩台阶错动演化规律及突水防治

 在厚煤层大采高开采条件下,覆岩垮落带和裂隙带高度增大,岩层活动程度增强,将造成裂隙带岩层的台阶错动失稳,是开采中引发突水事故的重要条件,而裂隙带岩层的台阶错动失稳与其下位岩层的岩性结构和组合状况有关。因此,分析岩性结构对覆岩台阶错动失稳及突水防治的影响,并运用数值计算和现场实测分析的方法,研究厚煤层大采高条件下,煤层群开采煤层间不同岩性结构组合对上煤层完整性和连续性的影响规律。当煤层间岩性呈软硬岩层组合结构时,随着下位硬岩层或软岩层所占层间距比例的增大,上煤层产生的台阶错动量减小,软岩层结构比硬岩层结构更有利于减小上煤层台阶错动。给出判定台阶错动量的岩性结构构成条件,现场实测覆岩台阶错动及裂隙分布规律,提出突水防治的有效措施,保障工作面的安全生产。