古交矿区断层带的导水性模拟实验预测

基于伺服渗流实验,通过室内模拟矿山压力和地下水压力,分析了断层破碎带物质的导水特征与矿山压力和地下水压力及其本身物质组成之间的关系。结合古交矿区的实际资料,对切割中奥陶统灰岩含水层—下组煤层段的断层带进行了导水性评价。结果表明:矿山压力是影响断层带物质渗透性的重要因素,矿山压力越大,渗透系数越小;在相同矿山压力条件下,地下水压力与渗透系数呈非线性、反比例关系。认为古交矿区切割奥灰含水层的断层带渗透性较差,断层导通奥灰含水层的可能性较小。实验成果可用于预测评价断层带的导水性,为进一步研究断层突水机理提供一种思路。     

巷道掘进过导水断层水害防治技术研究

为了确保巷道掘进安全,在回风大巷掘进过DF21导水断层时,在充分分析断层导水性以及产状参数基础上,制定底板注浆封堵、止水帷幕封堵等防治水措施。回风大巷在掘进过DF21断层期间,仅顶板有少量淋水,确保了巷道掘进安全。现场应用表明,在巷道过导水断层时,采用注浆技术可以有效对断层导水通道进行封堵,并提高巷道围岩强度,注浆封堵导水通道方案可以满足巷道过导水断层需要。     

巷道过断层技术研究与应用

为了确保龙王沟煤矿回风大巷安全通过导通承压水的断层,阻隔底板奥灰水与巷道间的导水通道,有效提高断层破碎带的岩石强度,避免断层滞后突水和发生冒顶事故,采用对奥灰纪灰岩顶界面以下10～30 m范围内的岩层注浆和对断层破碎带巷道围岩帷幕注浆的方法,对巷道过断层治理技术进行了研究。回风大巷通过该断层后,该段巷道顶板只有少量淋水,总淋水量仅为0.5 m3/h。结果表明:通过对该断层的注浆治理,有效地封堵了奥灰水的导水通道,提高了巷道的围岩强度,治理方案能够满足巷道安全掘进的需要。     

板集煤矿F_(33)断层岩体工程性质及导水性研究

板集煤矿煤系地层上覆新生界松散含水层,下伏太原组灰岩岩溶水,F_(33)断层切入太原组灰岩地层。若该断层导水性较强,巷道掘进至断层时,将会造成突水事故。采用抽水试验和压水试验相结合的方法,定性和定量地研究了F_(33)断层的导水性,结果表明该断层渗透性较弱、导水性较差。     

断层水害防治技术应用研究

位于承压含水层上巷道掘进过导水断层时,在承压含水层水压和围岩应力变化的因素下,会导致承压含水层裂隙发育,断层破碎带形成导水通道,承压含水层与断层破碎带发生水力联系形成突水通道,对巷道安全掘进带来威胁,极易发生突水事故。针对上述问题,通过分析井田水文地质条件、超前探查掌握断层及其防范承压含水层的水文资料,综合分析断层的导水性及承压含水层的区域富水性,按照公式进行突水危险性水害预测理论计算。根据综合分析和理论计算结果,采取对断层破碎带预注浆加固、断层两盘含水层治理改造、承压含水层疏水降压和加强巷道支护的综合防治措施,消除了承压水害和断层水害,保障了巷道安全过断层。     

邻近超大断层巷道施工期间水害综合探查技术研究与应用

28岩石集中巷邻近F10大断层(落差110 m)进行施工,如何解决施工区域的断层水害问题,通过采用"物探先行→钻探验证(水质化验分析)→底板注浆加固→物探复勘"的综合水害探查技术,来分析该断层导水情况,以防治断层水害,保证巷道在邻近大落差断层情况下顺利布置28岩石集中巷采掘接替巷道。该项目的成功应用将为其他矿井邻近大落差断层布置巷道提供参考依据,同时该项目主要采用综合探查方式查明大落差断层水害威胁情况,可为制定邻近大落差断层布置巷道施工期间水害综合治理技术标准提供参考价值。     

巷道过断层注浆加固堵水技术实践

某矿南回风大巷沿9号煤层顶板掘进,9号煤层属于带压开采煤层,该巷道在施工过程中将遇到F3导水断层,该断层有可能沟通巷道下部奥灰水。针对此问题,采用工作面预注浆法对断层破碎带进行堵水加固。注浆时在单液水泥浆中加入一定量速凝早强剂,改善浆液性能,工作面通过预注浆安全顺利通过了断层。     

基于瞬变电磁法的矿井含水体探测及水害防治研究

为了准确探测矿井含水体的特征并提出有效的矿井防治水方案,基于瞬变电磁法原理,利用地面半空间和井下全空间两种探测方法建立含水体与巷道之间的空间位置关系。通过对两种方法探测的结果进行解释分析,确定含水体位置。分析认为3条导水断层及巷道开挖引起的围岩裂隙扩展是导致巷道两帮涌水量大、顶板淋水的主要原因,断层3与巷道2之间形成的裂隙带是含水体与巷道连通的唯一主要导水通道。通过对补给水源、导水通道、水害原因等分析提出相应的注浆截水方案,取得了良好的效果。     

巷道通过导水断层的帷幕注浆工程

巷道通过导水断层时帷幕注浆是一种有效的堵水方法。结合区域地质、水文条件,3号矿井西翼3条大巷采取帷幕注浆方案,通过优化钻孔设计和施工,安全通过F10强导水断层,为矿井防治水提供了成功经验。     

基于三维数值模拟及矿井瞬变电磁法的导水构造探测研究

导水构造隐秘性较强,是煤矿水害事故中的重大隐患,导水构造的有效探测对预防煤矿突水意义重大。基于目标层段煤系岩层地电特征及前期三维地震探测成果,建立了导水构造三维地质模型,运用Maxwell软件进行三维数值模拟以揭示区域导水构造的电磁响应特征;利用矿井瞬变电磁方法进行了掘进巷道左侧帮及巷道掘进面方向的数据采集,通过对数据进行适应性处理、反演计算和综合解释,明确了巷道左侧帮及巷道掘进面前方SF32导水断层的空间位置。结果表明,SF32导水断层在距巷道左侧帮45~50 m处呈东西向展布,延伸至掘进面左前方40 m区域时出现了向北西方向的转向。最终通过钻孔验证了该导水断层的方位,修正了前期三维地震勘探所解释该断层的空间位置,证明了该方法的准确性和有效性。     

开采扰动下覆岩变形规律及断层导水通道分析

开采扰动诱发断层活化是导致矿坑涌水量增加的重要影响因素。通过岩石全应力-应变、渗透试验,并建立矿区地质模型及数值计算模型,分析开采扰动对断层活化的影响范围及进行定量化研究。研究表明:峰后岩石渗透率约为峰前岩石的渗透率的2倍,峰后岩石裂纹的贯通导致渗透率发生本质变化;露天坑三维地质模型显示覆岩断层为主要导水通道,且受地下开采扰动的影响显著;露天坑右侧边坡的位移值是左侧边坡位移值的4倍,易发生断层岩移导致涌水量突增以及边坡滑动的风险;根据位移梯度变化开采扰动区域可分为岩体破裂冒落区,破裂过渡区、变形移动区、微变形区和未扰动区5个区域。研究结果有利于优化地面堵水注浆帷幕的布置。     

矿山压力下断层破碎带的导水性研究

为了探讨断层带充填破碎岩石条件下的导水性,实地采集岩样,配制了全砂岩、砂泥岩含量2∶1、砂泥岩含量1∶2等3组实验样品,模拟实际的矿山压力和渗流水压等条件,测量渗流速度,计算渗透系数。结果表明破碎岩石的泥质成分越高,则相同条件下的渗透系数越小;在相同的矿山压力条件下,破碎岩石的渗透系数与渗流水压呈非线性反比例关系。认为断层带破碎岩石中含粘土矿物较多时,岩石易吸水膨胀、软化,增加对地下水渗流的阻碍作用;瞬间施加的渗流水压使样品被压密,导致孔隙被压缩,表现为渗透系数减小;实验成果可用于近似判断断层破碎带的实际渗流特性,可合理解释某些矿区断层发育、承压水头高但却不导水的现象。     

铁门坎断层对充填法回采地下采空区稳定性影响研究

为研究断层对地下采空区充填法回采的影响,以大冶铁矿铁门坎采区为例,通过数值模拟方法,建立不考虑断层与考虑断层影响的2种分析模型,对比分析了2种工况下采空区充填回采前后的应力场、塑性区分布规律。结果表明：考虑断层的工况下,充填回采前后采场围岩稳定性状况优于不考虑断层的工况。这是因为采场与断层之间特殊的空间组合关系：采场位于断层F1、F2夹持的范围内,且未与断层相交,采场地下开采和充填回采时导致的岩体重分布应力转化为断层破碎带变形,重分布应力被部分释放。研究结果对于断层发育区地下采场的稳定性分析具有一定参考价值。     

乌鞘岭隧道大变形围岩松动圈测试与分析

隧道工程施工期围岩松动圈的测试与判定,对于施工支护设计具有重要作用。地震折射层析法是测试围岩松动圈的较为有效的方法。通过对乌鞘岭隧道大变形围岩松动圈测试与分析,明确了乌鞘岭隧道穿越F7断层带地段的围岩松动圈范围,指导了该段隧道的开挖支护施工。     

断层上下盘采动活化突水数值模拟研究

 摘 要：为了研究断层上下盘开采活动对断层活化突水的影响规律,本文利用数值计算软件FLAC3d,结合赵固二矿F109正断层的实际地质条件,建立数值计算模型。研究了工作面分别布置于断层上下盘时周边围岩应力场与渗流场的耦合作用,以及周边岩体应力和位移的变化情况。模拟结果表明,断层活化突水是塑性破坏场与渗流场相互耦合作用的过程;当工作面布置在断层上盘时,开采过程中底板位移量较大,断层上盘承受的垂向应力较断层下盘要大。断层上下盘开采活动对断层活化影响作用不同,工作面布置于断层下盘开采更安全。     

某大型地下硐室群稳定性分析及加固技术研究

某大型地下硐室群作为历史文物存续时间一般有数百年甚至千年，其安全等级不同于一般岩体工程，在各种因素影响下，大型硐室群岩体结构稳定性减弱，强度降低，最终导致岩体失稳、损坏，因此对其 进行岩体稳定性分析和加固十分必要。该大型地下硐室群建设工程属于大型地下岩体开挖工程，岩体工程开挖前，通过工程地质调查显示，硐室群岩体整体稳定性较好，通过稳定性经验评价法对其进行了稳定性分析 ，发现硐室群整体稳定性好。在此基础上，采用三维数值仿真模拟计算方法对硐室群整体稳定性进行了评价，计算结果与工程地质调查、稳定性经验评价法的判断结果基本吻合，大型硐室群开挖后围岩总体上处于稳 定状态。针对硐室内局部有断层破碎带和局部块体存在失稳隐患，提出了以“锚杆与注浆、浇筑混凝土相结合”的锚网喷为主的加固方案，有有效确保了其安全稳定。     

压水试验定量评价注浆效果研究

注浆后岩体渗透性和力学强度是反映岩体注浆效果的重要参数,为定量评价注浆堵水工程效果,以安徽某矿奥灰特大突水抢险注浆堵水工程为例,提出采用钻孔高压压水试验方法,对C53太原组灰岩堵源注浆效果进行定量评价。针对高压压水试验过程中岩体渗透性的剧烈变化特征,提出采用紊流渗透定律计算岩体渗透系数。研究结果表明:C53太原组灰岩注浆后表现出良好的隔水性能,阻水性能呈现出高阻弱渗的特点,渗透性等级属极微~微透水,与注浆前弱~中等透水的渗透性等级对比,渗透性能显著变弱,说明堵源注浆效果良好;可根据临界抗渗强度来评价C53太原组灰岩注浆后抵抗水力劈裂的力学强度,经计算其临界抗渗强度为1.83 MPa/m,依据阻水系数消能试验测试原理,注浆后C53太原组灰岩足以抵抗5.64 MPa奥灰水的劈裂破坏,可以消除煤层底板奥灰突水威胁,能够达到堵源注浆工程目的。     

淮南矿区典型煤岩体全应力—应变渗透性表征试验

煤岩体是一种多孔介质,地下开挖使岩体的应力状态发生改变,导致岩体的力学性质和渗透性质发生改变,围岩应力状态和渗流场特性是获取储层瓦斯气、评价或计算矿井涌水量、防突水危害等具体工程问题的理论基础和科学依据。通过对淮南矿区煤岩进行三轴压缩全过程渗透性试验,分析了煤岩变形破坏全过程以及不同围压和瓦斯压力下的瓦斯渗透特性。得出煤岩全应力—应变曲线与煤岩瓦斯渗透率—全应力应变曲线之间的对应关系。结果表明:在微型裂隙闭合和弹性变形阶段,煤样渗透率随应力增大而减小,进入屈服阶段后,渗透率达到最小值并在峰值后呈持续增大之势;固定瓦斯压力作用下,煤样应力峰值随着围压的增加而逐渐增大,煤样渗透性与围压关系呈指数函数变化规律,且表现出应变滞后的特点;固定围压作用下,渗透率与瓦斯压力关系呈“V”字型走势,即在扩容阶段煤岩样渗透性达到最佳。     

崔家冲隧洞软弱围岩注浆工法的研究应用

长沙引水及水质环境工程崔家冲隧洞要穿越区域性高棱山压扭性断层F86,断层宽度达100余米,长度达1000余米,洞顶以上地表覆盖层达110 m,其规模为同类工程所罕见。由于断层破碎带岩体强度低,透水性好,穿越断层破碎带洞段的施工成为工程建设中的重点和难点。所以隧洞在施工过程中需采用多种方法穿越众多的不良地质段。主要介绍和探讨了该隧洞穿越F86断层破碎带所采用的超前预注浆技术、超前支护技术及长管棚施工技术,为今后在类似工程中提供施工借鉴。     

基于压水试验的底板泥岩阻水能力研究

现场原位压水试验是揭示岩层阻水能力的可靠方法。为探究下组煤底板泥岩阻水能力,采用现场压水试验的手段对兖州矿区破碎程度不同的两段泥岩进行测试。采用渗透系数和平均阻水强度作为评价指标,对岩体的阻水能力进行对比分析。研究结果表明：破碎泥岩的渗透性远高于厚层状完整泥岩的渗透性,阻水能力有限;岩体的渗透性在水压达临界值后发生突变,水压对岩体渗透性的改变,在破碎泥岩中表现出持续性,而在厚层状完整泥岩中表现出瞬时性;厚层状完整泥岩的平均阻水强度明显超过破碎泥岩的平均阻水强度,能够阻抗更高的水压。本研究成果对兖州矿区下组煤底板泥岩阻水能力的认识,有一定的指导作用,同时也为下组煤的安全开采提供了重要参考依据。