煤矿采掘突水溃砂事故鱼刺图分析

针对目前煤矿突水溃砂机理研究成果,应用鱼刺图法对煤矿突水溃砂事故的原因进行分析,将突水溃砂事故主要诱发因素归纳为上覆物源、突水溃砂通道、水砂容纳空间以及较高的水头压力,并建立煤矿采掘溃砂事故因果模型,最后针对采煤过程中可能的诱发因素,提出了一些有针对性的防治措施。     

厚松散含水层下重复采动覆岩破坏规律分析

在厚松散含水层下采煤时,由于含水层可传递上覆表土层的载荷,导致工作面容易产生溃砂、突水事故.为了避免在回采过程中发生溃砂、突水事故,结合朱仙庄煤矿864工作面的实际条件,建立复合隔水关键层的力学模型,采用数值模拟对厚松散含水层下特厚煤层分别在上分层2.5,3.0,3.5,4.O m综采、下分层6.5,6.O,5.5,5.0 m综放和一次性全厚放顶煤进行开采,确定安全开采的方案.研究结果表明:在上分层为3 m下分层6综放时,裂缝带发育的高度最低、覆岩破坏的最终形态最缓和,在工作面回采过程中最为安全.     

西北矿区浅埋煤层突水溃砂危险性评价

我国西北地区煤矿矿区生态环境脆弱,尤其是浅埋煤层进行开采时,上覆岩层突水溃砂频发,造成重大的人身伤亡和经济损失。以西北转龙湾煤矿23105工作面为研究区,基于熵权法和GIS技术,选取了砂层厚度、含水层富水性、有效隔水层厚度和煤层采厚等4个指标作为影响研究区浅埋煤层工作面突水溃砂危险性的关键因素,建立了基于熵权法和GIS技术的浅埋煤层突水溃砂危险性评价模型,对研究区突水溃砂危险性进行了分区评价。根据模型评价结果与依据"三下规范"评价结果进行对比,结果表明:浅埋煤层工作面突水溃砂危险性多因素分区评价更加充分地考虑突水溃砂的诱发条件,得出了23105工作面突水溃砂危险性处于相对安全-极高危险,工作面从南至北、自东南向西北危险性逐渐减小的趋势,有利于有针对性地防治突水溃砂,在不同分区内采用最适当的工程防治措施。     

厚覆基岩下煤层开采突水溃砂机理研究

为了揭示较厚上覆基岩煤层开采顶板突水溃砂灾害的形成机理,以照金煤矿突水溃砂事故为例,结合最新补勘地质资料,从导水通道、充水水源、物源、储水空间、动力源和地质构造等多方面对该类型灾害机制进行综合分析。研究结果表明:在采动条件影响下,富水性弱～中等的洛河组含水层也可能发生破坏极大的水害事故;较厚上覆基岩煤层开采顶板突水溃砂的发生并非单一因素造成,而是由多个因素相互作用最终造成水砂混合流运移和突溃的现象;照金矿202工作面综放开采产生的导水裂隙带导通洛河组含水层,水进入宜君组与直罗组之间的离层空腔,随着积水量增加,渗入煤系含水层和古河床相松散体中形成似泥石流体,并会沿工作面切落形成的集中通道瞬间溃入工作面,导致煤层顶板上覆较厚基岩发生突水溃砂。     

哈拉沟煤矿垮落带破碎岩体溃砂的离散元数值模拟研究

采用离散元模拟了垮落带波及到松散砂层时导致的突水溃砂灾害。以神东矿区哈拉沟煤矿22402工作面为原型,采用分形理论分析了垮落带破碎岩体的块度分布特征,并利用离散元方法(DEM)根据破碎岩体的块度分布生成不规则碎石,建立了垮落带破碎岩体溃砂数值模型。模拟结果表明：垮落带破碎岩体间空隙较大且连通性好的通道会形成溃砂优势通道,垮落带残余的空洞空隙可以储存溃落的松散砂;大小不均、堆积混杂的垮落带破碎岩体对溃砂速度具有一定的阻挡作用,松散砂在溃砂通道内流动的速度分布呈纺锤形,通道中间的速度大于壁面的速度。     

浅埋薄基岩含水层下煤层开采突水溃砂相似模拟实验研究

综合考虑含水层赋存、开采地质力学条件及煤岩体结构特征,自主研发了突水溃砂气液联动相似模拟实验装置,该设备包括含水层煤系地层模拟装置、气液联动调控装置和水压水量监测装置,设计最大注水压力80 k Pa,监测水压力精度1.0 k Pa,水位精度1.0 mm。通过神东矿区浅埋薄基岩含水层下煤层开采突水溃砂相似模拟实验,研究了采动煤岩体裂隙发育及突水溃砂导水通道分布特征,结果表明:沿工作面推进方向,突水溃砂通道发育过程划分为裂隙渐次发育阶段、裂隙贯通阶段和突水溃砂通道形成3个阶段;覆岩破断及突水溃砂区域划分为覆岩裂隙渐次发育区、水砂侵入区和水砂侵入阻断区3个区域。     

松散承压含水层下采煤突水机理与防治研究

针对祁东煤矿多起采煤工作面突水灾害问题,采用现场测试和模拟实验方法,对松散承压含水层下采煤顶板导水裂隙发育特征与突水机理、突水危险区域预测与突水灾害防治对策等进行了深入研究.结果表明:祁东煤矿采煤工作面每次突水前都伴随有压架现象,说明工作面突水灾害的发生与覆岩破断运动紧密相关.由于松散承压含水层的载荷传递作用,易导致覆岩关键层产生复合破断,引起松散承压含水层下部较大范围岩层的整体破断,使得顶板导水裂隙发育高度异常增大而沟通含水层,这是引发松散承压含水层下采煤发生异常突水灾害的根本原因.提出了松散承压含水层下采煤突水危险区域的预测方法和突水灾害防治对策,指导了祁东煤矿松散承压含水层下采煤突水灾害的防治实践.     

浅埋煤层矿井突水溃沙灾害研究进展

我国西部煤矿区生态环境脆弱,近松散层浅埋煤层开采时常会遇到突水溃沙灾害的威胁,经过多年研究和发展,在基础研究、工程实践等领域取得了大量成果。就目前的研究而言,突水溃沙研究集中在机理、预测、防治等3个方面,突水溃沙机理的研究主要采取建立沙粒力学结构模型、试验及水动力学等方法;突水溃沙预测主要采用地质条件对比、水力坡度判断及多因素综合分析等方法;突水溃沙的防治以降低采前地下水位为核心,采取不同的工程措施以减轻突水溃沙风险。在在总结相关研究成果的基础上,以保水采煤为宗旨,指出了突水溃沙领域研究的方向。     

钻孔导致突水溃沙事故机理及防治对策研究

以隆德煤矿为例,基于颗粒流和液体流2种流体力学理论,提出了预测突水溃沙流量的溃沙漏斗和突水口2种模型,探讨了地质钻孔导致隆德煤矿突水溃沙事故的形成机理和防治对策。主要研究结果包括:1)相比于溃沙漏斗模型,突水口模型预测的突水溃沙流量与现场推测数据更为接近,可以较好地揭示隆德煤矿地质钻孔导致的突水溃沙现象;其中,决定突水溃沙事故流量大小的2个关键因素为含水沙层的厚度和钻孔直径;2)建立了地表动态沉陷模型,地表溃沙漏斗中心点沉降值及影响半径均随时间的增长而增加,但加速度逐渐减小;3)提出了"采掘工程设计前,排查钻孔并封堵"的预防对策,以及"管道流变裂隙流,裂隙流变空隙流,最后注浆封堵"的治理对策。     

采掘诱发高势能溃砂灾变机理与防控研究与展望

采掘诱发高势能溃砂是威胁矿山生产和矿工生命安全的重大灾害,其发生机理与防控原理不同于矿井突水和浅部流砂,具有突发性强、蓄能高、破坏力大、防控困难等特点,亟需在以往研究基础上,对高势能溃砂灾变机理和防控原理开展研究。结合矿山深部开采和高强度开采实际,以赋存—形成—运移—预测—防控为主线,采用地质勘查与建模、物质成分和结构测试、野外及井下长期观测、监测预警、透明土离心模型试验、渗水力模型试验、理论研究和数值模拟等方法,围绕矿山采掘诱发高势能溃砂启动与灾变机理、高势能水砂混合流在采动覆岩裂隙带和垮落带中的运移规律、高势能溃砂注浆扩散凝固机理、挡砂墙渗透失稳机理等关键科学问题,重点研究高势能溃砂形成的地质背景、启动判据、灾变机理、运移规律、辨识评价和防控原理等内容,建立高势能溃砂的危险源辨识、预测评价、灾变机理、运移规律、预警救援、治理恢复的系统防灾减灾救灾的溃砂防控理论及关键技术体系。研究结果将为解决我国采掘诱发高势能溃砂、突破高势能溃砂灾害防控的技术瓶颈提供理论支撑。由于工程诱发灾变过程和结果的不确定性,将高势能溃砂防控向深层次、多结构、多维度、多决策的综合防灾减灾体系拓展,是今后矿山重大地质灾害防控的重点方向。     

基于GIS的矿井溃水溃沙预警方法

针对矿井易发生溃水溃沙事故而造成严重后果,结合矿井的实际工作,根据大量的勘探数据,研究了基于GIS的溃水溃沙灾害实时预警方法和面向生产计划的预警方法。采用空间建模、拓扑分析、距离分析等手段,根据工作面上覆基岩厚度等信息进行分析和预警,并辅助工作人员做出消警决策和生产计划决策。以神东矿区为研究背景,证实该方法实用、高效,能够满足现代煤矿企业对溃水溃沙预警信息化的需求。     

哈拉沟煤矿22402工作面初采期溃水溃沙机理及防治技术

结合哈拉沟煤矿22402工作面初采期煤层覆岩结构特征,对该工作面溃水溃沙事故的原因进行了分析,并提出了对应的防治措施。结果表明,22402工作面初采期煤层覆岩属单一关键层结构,关键层破断发生滑落失稳导致其上覆岩层整体断裂下沉,导水裂隙带导通了含水层与工作面,含水层水带动其上部沙粒溃入工作面而发生溃水溃沙事故。据此从开采前、开采期间和事故应急抢救3个方面,提出了工作面溃水溃沙事故的防治技术。     

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。     

煤矿突水行为研究系列试验装置研发及应用

随着煤矿开采深度和强度的不断提高,矿井面临底板突水、顶板突水和构造突水等多方面的挑战,针对不同类型突水机理及灾变模式利用现场监测等手段难以进行研究,因此采用实验室物理模拟试验手段成为解决研究此类复杂问题的关键。针对该问题,山东科技大学自主研发了采动煤层底板突水相似模拟试验系统、采动顶板涌水溃砂模拟试验系统、岩石应力渗流耦合真三轴试验系统等一系列试验设备,建立了突水行为研究实验室,利用物理试验实现了对矿井突水问题的探讨。系统实现了模拟高水压和高应力作用下的底板岩体破裂演化过程,获得了底板突水致灾演化规律和内在机制;实现了对水岩耦合作用下采动顶板突水溃砂灾变特征分析,透过试验机清晰地展现了煤层开挖后上覆岩层空间形成的结构形态和水砂突涌通道的分布形态;为模拟提供了深部高应力、高水压的加载环境以及独立伺服控制的三维应力,实现了全数字化的数据采集过程,获得了岩体裂隙扩展演化规律和破裂过程的声发射行为。     

韩家湾煤矿浅埋煤层富水区下溃砂突水性预测

针对韩家湾煤矿三盘区富水性中等有突水危险的问题,为了安全有效地开采2-2煤层,以地下水动力学为基本原理,建立了以渗透破坏的临界水力坡度为条件的预防突水溃砂发生的临界条件和预计公式,计算得出了该矿预防突水溃砂发生的临界水压的高度,为韩家湾煤矿制定矿井防治水工程方案提供理论依据.     

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。     

肥城煤田突水资料统计特征

在收集肥城煤田180余件突水案例基础上,总结了该煤田的突水资料统计特征,并根据这些特征对肥城煤田深部开采进行了预测。提出了底板突水类型划分新方案,即将煤矿底板突水划分为:掘进沟通型突水、回采影响断层型突水和回采底板破坏型突水三大类。     

含水松散层下厚煤层采掘溃砂危险性分析

针对含水松散层下厚煤层采掘溃砂工程难点,对含水松散层的岩性、厚度和富水性等水文地质条件进行研究,探讨了厚煤层分层开采留设安全煤岩柱合理尺寸,并确定了相应的开采方法;预计了(垮落带和导水裂隙带)"两带"高度,基于GIS的强大数据处理功能,对多因素引起的采动溃砂危险性进行了量化评价,分析得出了分层开采条件下顶板溃砂危险性分区图。     

矿井突水仿真构模及系统实现

针对矿井突水仿真问题,分为井巷工程静态模型构建和水体漫延动态仿真2部分进行研究。运用点线化思想规范并构建井巷工程模型,引入当量长度概念统一时间度量参数。结合矿井突水特点,运用增加约束条件的图论及智能搜索算法,研究突水发展过程中水流下向漫延及水位上向升涨2个过程,采用时间步长法构建模拟时钟,预测及再现突水发生前后巷道、水体动态,完成矿井突水的仿真构模算法及系统原型实现。以国内某金属矿山数据为例,检验系统的可行性和有效性,所建模型及系统原型能够为突水预防、救援及研究工作提供技术支撑。     

任楼煤矿提高回采上限首采面突水溃砂原因分析

针对任楼煤矿首个提高回采上限工作面回采过程中发生的突水、溃砂事故,从覆岩结构、矿压显现、支架阻力等角度,对突水溃砂的原因进行了分析。结果表明,风巷顶板破坏并沿巷帮发生失稳导致顶板侧向支承结构消失,周期来压期间覆岩整体破断时支架阻力不足、支护不及时而导致覆岩砌体梁结构失稳、端面漏冒加剧,进而造成严重突水溃砂。在后期的复采过程中,提高支架阻力、修复变形严重的风巷、改变巷道支护形式、完善排水系统以及加强工作面支护管理是防范突水溃砂的主要手段。