煤矿底板采动突出水体运移特征的数值分析

针对煤矿底板采动突水过程中采空区底板破坏的不同阶段突水量存在明显差别的特征,根据损伤岩体的流固耦合作用,应用RFPA2D-flow数值模拟软件,结合回坡底煤矿11号煤层开采工作面的具体工程地质条件,对在采动应力和承压水压力联合作用下底板的损伤、破坏直至突水的全过程进行了数值模拟研究。通过对工作面推进过程中底板的破坏过程、应力变化和渗流场的分析,揭示了突出水体的运移规律,将底板突水区域划分为突水减量减速区、突水量陡增区、突水量平稳增加区和突水流量缓降区4个区域,从而确定了应重点防治的突水危险区域。研究结果对工程中的防治水实践具有一定的指导意义。     

采煤工作面底板突水判据的建立及应用

根据近几年奥灰岩溶水防治的研究成果和大量的实际调查资料，认为底板突水预测预报的关键是建立突水判据，并依据带压开采中煤层底板承压水渗流场、采动应力场的耦合效应，模拟采动条件下煤层底板破坏状态以及破坏区域的演化规律，建立了底板突水判别式。并以韩城矿务局马沟渠煤矿1108工作面带压开采为例予以说明。     

不同倾角断层对煤层底板突水影响的数值模拟研究

运用FLAC3D数值模拟软件,通过模拟不同倾角的正断层在采动影响下对煤层底板突水的影响过程,揭示了煤层开采过程中由于断层构造引起的底板突水通道的形成过程,以及倾角对断层活化和底板突水的影响规律。模拟结果表明:小倾角的正断层比大倾角正断层更容易引起突水危险,在实际安全设计时需要留设较宽的防水煤柱。研究结果对指导煤矿的安全生产提供了重要的参考依据。     

大埋深高水压裂隙岩体巷道底臌突水试验研究

随着煤炭开采向深部发展,高地压和高水压矿井破碎岩体巷道发生底臌突水灾害越来越多。为进一步研究该类巷道底臌突水机理与特点,笔者运用相似模拟试验和现场巷道底板增压注水试验不同手段综合研究深部巷道底臌突水的临界突变规律。运用相似试验模拟了承压水作用下,巷道底板发生破坏的特征;通过现场注水试验分析巷道底臌量和底板物性变化规律,发现了深部巷道底臌突水的突变性规律。     

矿井电剖面法探测工作面底板破坏深度的应用

为研究承压水上带压开采工作面底板破坏深度,确保有突水威胁的矿井能安全开采,基于底板马鞍形破坏规律和直流电法测试原理,通过在五阳煤矿7601工作面安装电极电缆观测底板岩层视电阻率,研究了工作面回采过程中底板岩层电性特征的变化。结果表明:五阳煤矿7601工作面底板破坏深度为26.7m,该研究结果对五阳煤矿底板奥灰水防治具有积极指导意义,证明矿井电剖面法观测底板破坏深度是可行的,是一种值得推广应用的底板破坏深度观测方法。     

煤层底板突水影响因素及危险性评价

根据阳坡泉煤矿地质和水文地质资料,运用经验公式计算、理论计算、数值模拟等方法,研究了试验工作面煤层开采底板扰动带的深度,通过力学理论分析了煤层底板承压水的导升条件,计算了承压水的导升高度,运用突水系数法和脆弱性指数法评价了突水危险性,并提出了防治煤层底板承压水突水的措施。     

高承压动水条件下裂隙型突水封堵技术研究

基于邢东矿2228工作面出水封堵项目,研究动水条件下出水通道封堵技术。底板突水是威胁我国煤矿安全生产的主要灾害之一,随着我国进入下组煤的开采以及开采煤层深度的加大,煤矿受奥灰承压水的威胁越来越严重。煤层开采后,在采动应力与水压力共同作用下会引起底板岩体破坏失稳,引发底板裂隙奥灰突水,逐步成为主要的底板突水形式。发生底板突水后,首要问题便是对出水通道的封堵,目前对出水通道的封堵局限在静水条件下实施,需对出水通道在动水条件下进行封堵展开研究。     

底板隐伏断层采动活化突水的断裂力学分析

为研究含隐伏断层煤矿底板采动突水发生的力学机理,根据底板隐伏断层赋存的实际特征,建立力学模型。利用断裂力学理论分析方法,研究了工作面推进过程中,在采动应力和承压水压力联合作用下底板突水通道形成的过程。获得了隐伏断层活化突水的力学判据,并分析了影响突水的主要因素。结果表明:临界水压力q是底板突水的必要条件,主要受到隐伏断层长度a、倾角β、支撑压力Q、底板厚度h等因素的影响,而当分支裂纹扩展长度达到一定值,使得有效隔水层厚度不足以抵抗采动应力和承压水压力的作用时,能够满足底板突水的充分条件。根据实际工作面工程地质条件,采用数值模拟方法对底板破坏过程中的底板应力变化和渗流情况进行了分析,使理论分析得到验证。     

应力-渗流耦合下煤层开采底板突水特征

为进一步分析煤层开采底板承压水突出机理,通过采集煤层开采过程中的前兆信息,基于固体力学基本方程及达西定律,建立了含裂隙岩体的应力-渗流耦合数学模型。结合某煤矿监测信息,分析总结了底板岩体材质、力学信息等,为突水提供前兆信息,此外,利用RFPA-Flow软件模拟了在不同水头压力和围岩压力作用下原生裂隙扩展、贯通的动态过程,为有效防治矿井底板突水,确保矿井安全生产提供参考。     

五阳煤矿3煤层底板突水危险性评价

为了对五阳煤矿3煤层底板进行突水危险性评价,保障五阳煤矿在承压水威胁条件下进行安全开采,在详细分析五阳煤矿水文地质条件和矿井揭露特征的基础上,从主要含水层、隔水层、水压、地质构造及采掘活动等方面对五阳煤矿3煤层底板突水危险性进行评价,通过在突水系数中考虑隔水层岩性—结构特征和开采活动的影响,建立了3 煤层底板突水危险性评价体系。研究表明,五阳煤矿3煤层底板奥陶纪灰岩岩溶水突水危险性极大,随着开采深度的增加,底板受采动影响破裂越严重,发生突水的危险性进一步增加。     

煤峪口矿81010工作面煤层底板裂隙发育特征及防治

针对煤炭开采过程中出现的突水事故,采用RFPA数值模拟软件建立采动模型,对底板裂隙破断过程和声发射进行模拟,研究煤层底板采动裂隙扩展突水通道,结果表明:离断层越近,断层内水压导升高度越高,断层出现活化,裂隙扩展发育,最终贯通形成导水通道,在进行注浆改造后,单个钻孔的最大涌水量为8 m³/h,说明注浆加固防治水效果较好,能确保工作面的安全回采。     

带压开采煤层底板破坏深度研究

底板破坏深度影响底板注浆改造层位的选择,采取钻孔压水试验、声波测试、钻孔窥视3种实测技术手段,选择桑树坪煤矿下组煤3105工作面进行底板破坏深度综合测试。研究结果表明,钻孔压水试验测试显示底板破坏深度为14.9 m,声波测试显示底板破坏深度为14.7 m,钻孔窥视显示底板破坏深度为15 m,声波测试结果真实合理地反应了工作面回采过程中底板岩层应力、应变变化规律,最终综合评价3105工作面底板破坏深度为15 m,可应用于同一采区其他工作面,为底板注浆加固层位选择提供了技术参数。     

基于RFPA数值模拟的底板突水危险性评价

为解决杨村煤矿十采区下组煤开采受底板突水威胁问题,运用RFPA数值模拟软件对杨村煤矿十采区16上煤层开挖过程中的底板破坏规律进行了研究。通过建立符合实际条件的数值模型,计算出了煤层在分步开挖过程中底板受矿井压力作用影响下的破坏深度和发展规律。在此研究基础之上,利用考虑煤层底板破坏深度的突水系数法对研究区煤层开采过程中的底板突水危险性做出了合理评价,并将研究区划分为较危险区和危险区2个等级。该研究成果为杨村煤矿十采区16上煤层的安全开采提供了可靠依据,可以有效地指导采区开采过程中的底板水防治工作。     

晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。     

双承压水间采煤顶底板破断及渗流规律

以山西某煤矿双承压水间下组煤开采为背景,针对煤岩应力-渗流耦合机理,采用相似材料模拟和离散元数值模拟,揭示双承压水间下组煤不同开采尺度下岩体断裂模式和渗流规律,提出顶板导水裂隙带发展模式,并建立底板“四带”形成与工作面开采过程的对应关系。研究发现：初采期间底板仅发育矿压破坏带,达到充分采动后,新增损伤带及采动导高带开始出现,新增损伤带主要集中于工作面下方。采动岩体应力-渗流耦合效应归结为：煤层开采导致顶板破裂和应力的降低,顶板岩体渗透性能增大,太灰水透过顶板裂隙渗入采空区和工作面;底板隔水层在奥灰高承压水的楔劈作用下发育导高裂隙并导升。当残余水头压力无法继续劈裂隔水层岩体抗拉强度,底板岩层重新恢复到应力-渗流稳定状态。     

分层开采底板岩体渗透性变化的试验研究

华北煤田石炭二叠纪煤系地层底部存在着含水丰富的奥陶纪石灰岩。开采实践表明,一旦煤层与奥灰之间的隔水层内存在地质构造或煤层开采引志底板岩体破坏,可能会在煤层和含水层之间形成导水带,从而诱发突水,介绍了分层开采引起对底板岩石渗透性影响的试验成果,并进行了详尽的分析,获得了分层开采对煤层底板岩体渗透性的影响规律。     

采动覆岩应力变化规律分析

为了研究采动覆岩应力变化规律,采用理论研究和数值模拟,理论分析了采场底板岩体支承压力分布、采动裂隙场的空间形态;采用FLAC^3D数值模拟了不同推进距离下水平剖面的应力分布和塑性破坏分布。研究得出,采动覆岩裂隙圈呈现典型的直接顶破断“O-X”型特征,采动塑性破坏区呈中间低和两端高的马鞍分布状态;底板和上覆岩层应力呈3个不同应力区域。     

电阻率法监测煤层底板破碎带数值模拟

提出了采用直流电阻率法监测煤层底板破碎带的演化规律,分析总结了底板破碎带的一般演化规律,建立了相应的地电模型,并采用共轭梯度算法,对煤层底板破碎带的地电响应特征进行了三维有限元数值模拟。模拟结果表明,采用电阻率法监测煤层底板破碎带的演化规律效果明显,尤其对横向电性结构的变化反映灵敏,能清晰地显示出破碎带在回采过程的演化情况,有利于煤矿底板突水实时监测和预报。     

膏体充填综采底板破坏规律与实测研究

针对承压水上煤炭资源安全开采的难题,以河南焦煤集团朱村煤矿承压水上膏体充填开采为工程背景,采用理论计算、数值模拟分析和现场实测的方法,研究了膏体充填开采底板破坏规律及演化特征,并对膏体充填开采底板破坏范围和突水性进行了预测研究,揭示了膏体充填开采控制底板破坏的力学机理。研究表明:煤矿底板破坏深度随采高的增加而逐渐增大,但当增加到一定高度(1.8 m)后,底板破坏深度趋于某一相对稳定值;膏体充填综采可使得底板破坏深度由垮落法开采的12.0 m左右,减小到2.0 m左右,突水系数由0.19~0.56减小到0.08~0.20;实测表明:膏体充填综采完整区域底板最大破坏深度约4 m,断层影响处底板最大破坏深度范围为10.0~12.0 m,膏体充填综采过程中未出现突水灾害。膏体充填综采相当于降低了煤层采高,相对增加了底板隔水层厚度,有效提高矿井开采的安全保障度。     

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。