强富水含水层下综放开采水砂灾害防控关键技术

弱胶结煤层覆岩抗采动变形能力差,高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,在近距离强富水含水层下综放开采具有极大的危险性,常发生突水溃砂事故。为了实现强富水含水层下综放开采水砂灾害的安全防控,研究了基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测与监测、煤层采放高度设计与实时调整的突水溃砂灾害防控关键技术。提出基于网络并行电法和井下加密钻探的精细化探查组合方法以查明工作面开采的水文地质条件;采用经验公式预计、数值模拟计算、钻孔注水法实测以及电-震一体化监测等手段获取动、静态综放开采的覆岩破坏高度特征;通过控制煤层采放高度、优化工作面两巷在煤层中的位置、电-震一体化监测覆岩破坏高度反算煤层采放高度等方法达到及时调控煤层采放高度的目的。以应用工作面为例,采用并行电法、钻探验证,覆岩破坏高度实测以及煤层采放高度的精准控制等方法,基于地质条件探查与分析,动态控制了煤层覆岩的采动破坏范围,实现了工作面在近距离强富水含水层下的综放安全开采。研究表明,物探、钻探探测可有效获取水文地质信息以及综放开采覆岩破坏的关键参数,将采动裂隙场与水文地质条件相结合,控制煤层采放高度,对不同含水层采取疏或保的不同对策,实现了强含水层下综放安全开采。     

软弱覆岩综放开采条件下导水裂缝带发育高度研究

导水裂缝带发育高度是预防煤层顶板突水的主要技术参数,与煤层采厚、开采方法、覆岩岩性等采矿、地质因素相关。为探查敏东一矿软弱覆岩综放开采条件下导水裂缝带发育高度,采用钻孔冲洗液漏失量观测方法进行现场实测,实测结果表明:综放采厚为7.7 m时,导水裂缝带发育高度为79.78 m,裂高采厚比为10.36。同时采用数值模拟、相似材料模拟对实测结果进行验证,模拟结果证实实测数据准确。     

漳河水库下厚煤层综放开采技术研究

为保障五阳煤矿7802工作面漳河水库下厚煤层综采放顶煤安全开采,研究综放开采导水裂缝带高度发育规律,探讨了综放采场覆岩结构破坏及采动渗透性间关系,计算了水库下综放开采安全所需防水煤柱高度,制定相应的防治水技术措施。结果表明:中至坚硬覆岩综放开采导水裂缝带发育高度基本与煤层一次采高成正比,比例系数为20.22;煤层顶板基岩厚度大于水库下安全开采所需煤柱高度;监测知井下工作面涌水与地表水体没有水力联系,实现水库下压煤安全开采。     

基于人工神经网络技术的综放导水断裂带高度预计

在对综放开采条件下导水断裂带发育规律分析的基础上，将基于非线性理论的人工神经网络技术用于煤层覆岩破坏高度的预测，选取采高、基岩柱厚度、倾角、顶板单轴压强度、泥岩比例和覆岩结构6种因素作为导水断裂带预测模型的影响因子，建立导水断裂带高度预测模型，并在我国首个海域下综放工作面加以应用.     

基于EH-4电磁成像系统的工作面覆岩结构探测研究

近年来,EH-4电磁成像系统在探测矿产资源、地质构造、地下采空区方面取得了良好的效果.同忻煤矿8100工作面为大采高综放工作面,顶板及煤层均为坚硬煤岩,工作面覆岩运动受岩层结构及岩性组合的影响.利用EH-4电磁成像系统在工作面开采前后进行了探测,探测结果表明,8100工作面开采前后覆岩地电特征存在明显差异,确定覆岩垮裂带高度为150 ～ 170 m.研究成果验证了EH-4电磁成像系统在探测工作面覆岩结构方面的适用性.     

洛河组含水层下厚煤层开采导水裂隙带高度探测与分析

以亭南煤矿二盘区巨厚洛河组下开采条件为背景,采用理论和工程探测方法,对不同工作面采厚情况下采动覆岩导水裂隙的发育特征进行了探测和分析。研究结果表明,在204面采高6m条件下,实探导水裂隙带高度为144.0m|206工作面采放总厚度7.5m情况下,实探导水裂隙带高度为140.2m|206工作面采放总厚度9m情况下,实探导高为148.3m,导水裂隙带高度并没有因采高的变化而明显变化,均至宜君组底界附近,同时受控于覆岩中关键层的位置。实测结果也验证了基于关键位置的导高判别方法的正确性及其在亭南煤矿巨厚洛河组覆岩条件下的适用性。研究成果可为亭南煤矿后续盘区合理采放高度设计和顶板水防治提供参考和借鉴。     

近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律实测研究

为深入研究近距离厚煤层组综放开采覆岩破坏规律,并为合理留设露头区安全煤(岩)柱提供数据依据,指导浅部工作面防治溃水、溃砂等水害事故,以大屯矿区7,8煤近距离厚煤层组工作面为例,在前期上层煤(7煤)覆岩破坏规律观测研究的基础上,近期采用井下“两带”观测仪观测了下层煤(8煤)的“两带”高度发育特征,从而在我国率先全面实测了近距离厚煤层组工作面覆岩破坏规律。结果表明：上层煤的底板破坏范围与下层煤垮落带发育范围有重合区域时,下层煤垮落带高度增大;下层煤综放开采按综合采厚计算的裂采比与以往单一煤层的裂采比较为接近,但按下层煤采厚计算的裂采比高于综放开采单一煤层的裂采比52%。“三下采煤规程”中的“两带”高度预计公式在近距离厚煤层组综放开采条件下应当进一步完善。     

软弱覆岩下厚煤层综放开采导水断裂带高度计算

为得到蒙东地区无软弱覆岩层地质条件下特厚煤层综放开采导水断裂带的准确测算方法,以神华大雁矿业公司敏东一矿02工作面为例,分别采用煤矿防治水经验公式、"三下"采煤计算公式等方法计算导水断裂带高度;同时,采用FLAC~(3D)软件对煤层顶板覆岩破坏对覆岩导水断裂带发育过程进行模拟,分析了不同推进距离下的导水断裂带发育高度,采用塑性区分布法,得到了导水断裂带发育高度"突变"和"稳定"2种状态与回采工作面的推进距离。经计算,3种方法得到的导水断裂带高度分别为93.12、26.67和88.00 m,而采用现场钻探观测表明导水断裂带高度为83.78 m。实测数据表明,蒙东地区软弱覆岩特厚煤层综放开采条件下冒采比为5,裂采比为11。     

综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律研究

为确保多伦协鑫煤矿综放回采工作面不受上覆第三系含水层影响,确定留设安全煤（岩）柱的合理厚度,须掌握综放开采条件下白垩系覆岩破坏规律。基于覆岩破坏高度现场实测结果,结合实验室相似材料模拟试验,得出了综放开采条件下白垩系覆岩破坏＂两带＂高度与采高之间的比例关系,取垮采比5.61,裂采比12.21,作为7号煤上分层综放开采条件下合理留设安全煤（岩）柱的数值依据。经过与开采条件相似矿井的覆岩破坏相关数据对比分析,认为白垩系岩层覆岩破坏具有裂采比较小、垮采比较大的特点,符合软弱类型覆岩的破坏规律。     

王坡煤矿综放工作面采动覆岩破裂高度研究

为了提高王坡煤矿3号煤层综放开采断裂带瓦斯抽采效率,准确找到断裂带高度位置.以王坡煤矿3215综放工作面为例,采用数值计算方法和双端堵水法对王坡煤矿3215综放开采工作面覆岩破裂高度进行了分析及实测研究,2种方法研究结果呈现了较好的一致性.研究结果表明:3215工作面覆岩破裂高度为54 ～57 m,数值计算和实测结果较为真实地揭示了该工作面覆岩破裂高度情况;证明了双端堵水法的井下实测断裂带位置的可行性,可为该矿及类似条件矿井高位瓦斯抽采钻孔层位参数优化提出了技术解决方案.     

高家堡井田二盘区导水裂隙带高度实测研究

为了查明煤层顶板导水裂隙发育规律,采用地面钻孔分段注水测试和钻孔窥视方法实测了高家堡井田204工作面和205工作面煤层顶板导水裂隙带发育高度。研究结果表明：（1）205工作面DT1钻孔位置煤层顶板导水裂隙带发育高度为327.75 m,裂采比25.81。（2）204工作面DT2钻孔位置煤层顶板导水裂隙带发育高度为197.85 m,裂采比35.33。（3）高家堡井田二盘区导水裂隙带实测结果丰富了黄陇煤田综放采煤覆岩破坏规律。     

积水采空区下厚煤层综放开采技术

应用煤层开采覆岩破坏理论,从煤层与上覆采空区空间关系出发,研究综放开采的可行性和安全开采技术方案。分析了新疆库车某矿1005工作面地质采矿条件,类比国内类似条件综放开采实测资料预计其覆岩破坏高度,研究厚煤层综放开采对覆岩含水层尤其是积水采空区的影响,评价积水采空区下综放开采的可靠性,提出"物探探查、钻探验证、疏干再采"的技术方案,最终实现该工作面的安全开采。     

我国厚及特厚煤层高强度开采导水裂缝带发育高度区域分布规律

收集了国内厚及特厚煤层综放和大采高综采条件下导水裂缝带高度实测数据，共计179组，其中坚硬覆岩51组，中硬覆岩100组，软弱覆岩28组。在此基础上按照我国14大煤炭基地分布分别列出了不同覆岩类型条件下的导水裂缝带高度和裂采比的范围，绘制了我国煤矿导水裂缝带高度分布图，以此数据为基础回归了导水裂缝带高度(简称“裂高”)预计公式，并重点分析了3个典型矿区导水裂缝带高度分布特征和主要影响因素，以及实测导水裂缝带高度数据之间存在较大差异性的原因，取得以下研究成果：从全国区域来看，实测平均裂采比随着岩性由软弱、中硬到坚硬依次递增，坚硬覆岩的平均裂高分别是中硬覆岩和软弱覆岩的1.52倍和2.29倍，中硬覆岩平均裂高是软弱覆岩的1.5倍；不同覆岩岩性的导水裂缝带高度都随着采厚的增加而增加，且坚硬覆岩条件下增加的速率明显要高于中硬和软弱覆岩；裂采比则随着采厚的增加而降低，且减小速率随着采厚达到一定厚度有趋于稳定的趋势。黄陇基地永陇-彬长矿区属于中硬覆岩类型，导水裂缝带高度和裂采比明显高于我国东部矿区，工作面长度大于170 m时导水裂缝带发育高度受工作面长度影响较大，其高度及裂采比随着工作面长度增加，呈...     

浅埋深薄基岩矿井综放工作面导水裂缝带发育规律研究

转龙湾煤矿首采工作面煤层埋深160 m左右,基岩厚度60～120 m,属于浅埋薄基岩开采。本文分析了转龙湾煤矿II-3煤层覆岩特征,井下现场探测了首采试验区的采动覆岩破坏导水裂缝带发育高度,采用有限差分数值仿真方法模拟了薄基岩浅埋煤层综放开采条件下的覆岩运移破坏过程。研究表明,采动覆岩塑性破坏区的形态经历了"马鞍形"—"拱(箱)形"的演化发育过程;随着采动空间的增大,采空区两端超前破坏裂隙扩展速度较中部变慢,最大导水裂缝带发育高度位于采空区中部,裂采比为20。     

白垩系巨厚砂岩下覆岩离层水涌突机理研究

针对石拉乌素矿南翼首采221_上106A综放开采工作面推进距离550 m时采空区覆岩离层积水异常涌突事件,通过现场实测和理论分析,对此次异常突水事件的机理进行深入研究。研究表明:工作面采动期间距开采煤层310 m的白垩系巨厚砂岩下形成的封闭离层积水是此次异常突水的水源;按照距106A工作面3.0 km的覆岩变形破坏光纤监测孔所确定的裂采比为24.56,计算得导水断裂带发育高度不会沟通白垩系巨厚砂岩下形成的封闭离层。但由于离层积水具有荷载传递作用,导致下部导水断裂带与离层之间的岩层发生破坏,形成下行裂隙,使得导水断裂带沟通积水离层,形成离层突水。     

鹿洼煤矿13上14工作面“两带”高度观测

根据鹿洼煤矿13上14工作面具体地质条件,在对采动覆岩破坏发育规律进行合理预测的础上,通过选择可靠的井下"两带"高度观测方法,得出了13上14工作面采动覆岩导水裂缝带发育高度为31-21m,裂采比为14.9,由此导出了鹿洼煤矿3煤层开采覆岩导水裂隙带高度预计公式为:H裂=14.9M(M为采高).     

亭南煤矿洛河砂砾岩含水体下合理开采厚度的研究

亭南煤矿首采的101工作面刚刚推进120m,采空区内就出现了煤层上覆洛河砂砾岩含水层水涌入现象,给工作面正常开采带来了困难。通过对出水原因、采区地质和水文地质、覆岩岩性和结构的分析,以及综放开采覆岩破坏导水裂缝带高度预计,最终确定了洛河砂砾岩含水体下合理的开采厚度。     

水体下特厚煤层综放开采导水裂隙带高度发育特征研究

以陈家沟煤矿3203工作面北汭河下综放开采为研究对象,采用变形分析法和数值模拟相结合的方法对工作面开采导水裂隙带高度进行研究.研究结果表明:3203工作面采用综放开采导水裂隙带最大高度出现在开切眼侧,最大高度124m,裂采比为11.7;导水裂隙带最终发育形态为一偏态的"马鞍形".工作面覆岩结构对导水裂隙带发育规律具有显...     

综放开采工作面两带高度发育规律数值模拟研究

针对某煤矿1301综放工作面开采受顶板砂岩、第四系松散含水层顶板水威胁的问题,为得到深部大采高综放工作面两带高度发育规律,采用FLAC3D数值模拟方法,研究覆岩在走向、倾向方向破坏演化规律。结果表明:覆岩导水断裂带高度达到106 m,冒落带高度达到49 m,导水断裂带已经波及到顶板砂岩含水层,开采3号煤层受顶板"三砂"水影响较严重,需要采前疏放顶板砂岩含水层。     

焦坪矿区某井田综采覆岩导水裂隙带高度研究

为了研究在综放开采条件下覆岩导水裂隙带高度的发展规律,以焦坪矿一盘区1418工作面为地质原型,应用经验公式计算并结合现场实测数据、计算机数值模拟(FLAC3D有限差分软件和UDEC离散元软件)和物理相似材料模拟实验方法,对工作面4-2号煤层采动后造成的覆岩变形破坏情况进行分析,并对导水裂隙带发育高度进行预测。研究表明:该矿1418工作面综放开采巨厚煤层覆岩导水裂隙带高度为采厚的近26倍。