王家沟煤矿条带充填开采导水裂隙发育规律研究

为探索陕北榆神矿区王家沟煤矿萨拉乌苏组含水层下保水开采方法,在分析该矿1301、1302综采工作面地质采矿条件的基础上,基于充填条带与关键层协调作用原理,分别采用物理相似模拟实验和FLAC3D数值模拟计算方法,对比研究了综采一次采全高全部垮落法和条带充填两种开采方法开采后覆岩导水裂隙的发育规律。试验模拟结果表明,1301全部垮落法开采导水裂缝带最大高度达110.4m,1302条带充填开采导水裂缝带最大高度约55.4m;覆岩导水裂隙随直接顶、基本顶的初次来压和周期来压以及覆岩主关键层的破断失稳呈间歇性变速向上发育,应用条带充填可以起到支撑关键层的协调控制作用,能够有效控制覆岩导水裂隙带的发育高度,实现王家沟煤矿含水层下保水采煤的目的。     

孟巴矿厚松散含水层下协调保水开采模式

孟巴矿的地质采矿条件具有近地表松散富含水层厚、煤层顶板厚、煤层厚的"三厚"特征,开采煤层覆岩中含有多个含水层组,矿井水害是威胁矿井安全生产的主要因素。在覆岩多水体条件下,为了有效防止近地表厚松散UDT含水层进入井下,导致淹井灾害发生,提出上保下疏的开采水害防治模式。一分层安全开采的关键技术是控制复合关键层的结构稳定,应用初始后屈曲理论解析其稳定性,得出结构关键层的极限破坏长度,通过线性回归给出分层开采覆岩导水裂缝带发育高度预计计算公式,分析确定了一分层开采工作面宽度不超过150 m,限高开采3 m;依据对UDT含水层防护的安全煤岩柱高度确定二分层开采高度,二分层开采后覆岩结构关键层发生破坏,既能够有效疏放LDT隔水层以下含水层水,又能够保证LDT隔水层的完整性,达到UDT水体不发生下泄的目的,保障了矿井安全开采;根据工作面协调减损开采原理,确定开采分层合理错距约为82 m,下分层的巷道布置在上分层开采采空区下的厚煤层分层错距协调限高开采布置模式,实现有效降低了覆岩应力的叠加效应,减轻LDT隔水层的变形破坏程度。开采结果表明:厚煤层分层协调布置开采方法,有效减轻了UDT含水层下LDT隔水层应力叠加损伤程度,保护了隔水层的完整性;一分层限高综采,二分层限高综放开采分次疏放了煤层顶板至LDT底板2个含水层组,解决了矿井排水能力较小条件下的水害防治问题;分层工作面错距协调布置开采方法,有效降低了开采边界导水裂缝带发育高度,减小了LDT变形破坏程度,同时释放了一分层区段煤柱应力,实现了覆岩整体下沉,不但有效地降低了覆岩破坏高度,而且减小了冲击矿压冲击强度,开采期间UDT水位变化幅度稳定保持在一定范围内,实现了多水体条件下上保下疏的厚煤层分层安全开采模式。     

承压含水层下大倾角煤层条带开采参数设计与实践

为了研究新河煤矿承压含水层下大倾角煤层开采导水断裂带发育问题,采用FLAC3D数值模拟软件,对不同条带开采参数时上覆岩层破裂发育演化规律进行研究。结果表明:当工作面宽度为30 m,煤柱留设宽度为30 m时,工作面顶底板变形破坏范围明显减小,导水断裂带发育高度为30 m,与上部含水层距离为22 m。现场实践表明,在钻孔深度为67～96 m范围内钻孔平均漏水量为4 L/min,导水断裂带最大发育高度为32 m,工作面顶板导水断裂带得到了有效控制,确保了新河煤矿承压含水层下大倾角煤层的安全开采,有效防止了突水事故的发生。     

大采高工作面顶水开采技术

针对第四系松散含水层下5.5 m大采高工作面顶水开采过程中水害防治问题,分析表明顶板砂岩水是工作面的主要充水水源,计算出导水裂隙带发育高度最大为56.9 m,防砂煤岩柱高度为42.36 m,防水煤岩柱高度为67.9 m;提出了煤水分运和分区域限高顶水开采技术以及"探放水+局部封堵+分段排水"顶板防治水技术,保证了工作面安全生产。该研究成果可为大采高工作面顶水开采提供借鉴。     

厚煤层综放开采富水覆岩采动裂隙动态模拟研究

以陕西省旬耀矿区水文地质资料为基础,通过相似模拟试验研究了综放开采上覆岩层的运移、周期破断及裂隙扩展规律。结果表明关键层的破断对覆岩裂隙向上发育起决定作用,在其破断前一定时期内裂隙发育保持相对稳定;随着工作面的推进,裂隙发育是动态发展的,采动导水裂隙的演化可分为发展期、贯通期和压实闭合期3个阶段;导水裂隙带高度扩展到了直罗组上部岩层,并未发育到洛河组砂岩含水层,覆岩破坏高度最大为78.7 m,约为采高的9倍。     

孟巴矿特厚煤层分层开采覆岩导水裂隙带高度测定

针对孟加拉国巴拉普库利亚煤矿地表松散富含水层水体下安全开采问题,采用井下仰孔注水测漏法对Ⅵ煤首分层综采采场导水裂隙带发育高度进行了现场探测,实测覆岩最大导水裂隙带高度为61.46 m;应用FLAC3D数值模拟方法,模拟计算了首分层和二分层开采覆岩最大导水裂隙带高度分别为65 m和88 m;通过与经验公式计算结果进行对比分析,综合确定首分层开采覆岩最大导水裂隙带高度为65 m,裂采比为21.67,并给出了中硬顶板条件下分层综采导水裂隙带发育高度计算公式。     

急斜煤层防水煤岩柱的失稳及留设

基于龙湖煤矿的水文地质条件,采用数值计算和相似模拟相结合的方法,研究了在不同煤厚和煤柱宽度时,防水煤岩柱的稳定性和失效形式,结果表明:采厚增加,导水裂隙的发育高度显著增大,裂采比增大;大煤柱不能明显降低导水裂隙的发育高度和煤柱塑性破坏宽度;防水失效主要有煤柱的塑性破坏和导水裂隙导通上部含水层两种形式;薄煤层防水煤岩柱留设应重点防止煤柱的塑性破坏,而厚煤层则应考虑导水裂隙的贯通情况.     

条带充填参数对提高开采上限影响分析及应用研究

为解决含水层下因留设防水煤柱而造成的资源严重浪费,以某煤矿1302工作面为工程背景,通过理论分析、现场调研及FLAC~(3D)数值模拟软件研究了条带充填采煤导水裂隙带发育高度的变化规律,提出了以条带充填开采解决1302工作面开采过程中提高开采上限的设计方法。研究结果表明:条带充填上覆导水裂隙带发育高度为15.84 m左右,较垮落法开采发育高度低35 m左右,有效地解决了保水开采提高开采上限的难题;采用"钻孔双端封堵测漏"装置监测,得到导水裂隙带发育高度与理论计算结果相吻合,相关研究成果对类似条件下的煤炭保水开采具有一定的借鉴意义和应用价值。     

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。     

顶板砂岩水下煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度研究

导水裂隙带发育高度是顶板砂岩水下实施安全采煤的重要技术参数之一。以新集矿区某综采工作面为工程背景,针对工作面回采后采动裂隙导通上覆砂岩含水层易发生突水事故的问题,在分析覆岩岩性特征的基础上,采用经验公式估算、基于关键层位置覆岩导水裂隙带高度预测方法、数值模拟及井下仰孔分段注水法对覆岩导水裂隙带发育高度进行研究。结果表明,基于关键层理论导水裂隙带高度预测方法、FLAC3D数值模拟与井下仰孔分段注水试验结果基本一致,而经验公式预测导水裂隙带发育高度数值较小,存在一定的局限性。工作面回采后,导水裂隙带发育高度最大为57.6 m,裂采比为15.2,且发育形态呈“马鞍型”。 研究结果可为工作面顶板水害治理提供地质依据。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

含水层下综放开采膏体充填技术与应用

针对含水层下厚煤层开采时易发生突水灾害的问题,以陕西某矿为工程背景,提出了1种综放开采过渡支架后方膏体充填技术,阐述了该技术的原理和工艺流程,利用数值模拟、现场观测的方法,分析了架后充填开采导水断裂带发育特征及工作面涌水量变化规律。数值模拟结果表明,采用架后充填技术后,工作面导水断裂带发育为矩形,最大发育高度为67.2 m。现场观测结果表明,采用架后充填技术后,架后充实率可达90%,工作面涌水量由220 m^3/h显著下降到90 m^3/h,工作面推进200 m后导水断裂带最大发育高度为76.8 m。研究结论表明,该技术有效地降低了覆岩导水断裂发育高度,可实现含水层下厚煤层安全开采。     

厚松散层薄基岩浅埋煤层导水断裂带高度研究

薄基岩浅埋煤层开采形成的导水断裂带易造成水资源破坏,导水断裂带高度确定是含水层免受破坏的关键。以青龙寺煤矿5-20101工作面为研究对象,采用物理相似模拟、理论计算及井下仰孔注水测漏法分析煤层开采导水断裂带发育高度。研究表明:工作面开采后采空区上方覆岩形成拱形梁结构,拱的边缘位置为拉应力区,该区域纵向切落裂缝为岩层的主要导水通道,导水断裂呈"八字形"分布;5-20101工作面导水断裂带发育高度为52.3~62 m,平均57.2,裂采比为24.2;导水断裂带发育不会与萨拉乌苏组含水层贯通,生产过程中不受含水层倒灌的威胁。     

沟谷地形下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律模拟研究

为探索沟谷地形下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律，利用FLAC软件建立了沟谷地下煤层开采数值模拟模型，研究了煤层至沟谷之间不同垂直距离的覆岩导水裂隙发育规律。研究结果表明:随着煤层至沟谷垂直距离的增加，沟谷底塑性区高度变化不大，约8 m，而煤层上覆塑性区高度随之增加，当煤层至沟谷垂直距离为25、35、45、55、65 m时，其煤层上覆塑性区高度分别为14.5、14.9、15.6、16.1、16.5 m；覆岩有效隔水厚度随着煤层至沟谷垂直距离的增加而增加，煤层至沟谷垂直距离愈大，则覆岩与沟谷地段越不容易形成贯通导水裂隙。     

基于关键层位置的敏东一矿导水断裂带高度预测

针对敏东一矿首采盘区顶板富水条件下的水害防治难题,根据收集到的地质钻孔柱状资料数据,采用“基于关键层位置的导水断裂带高度预计方法”,对首采盘区01~04工作面的导水断裂带发育高度进行了预计,结果分别为82.80、83.06、45.65、61.10 m。同时,利用导水裂隙发育的钻孔工程探测对02工作面预计结果进行了验证,证实了理论预计结果的准确性。     

厚松散层软弱覆岩下综放开采导水裂隙带发育高度

导水裂隙带高度是实施保水采煤技术措施的一个重要参数,为获取厚松散层软弱覆岩下综放开采工作面导水裂隙带高度,以某矿11915工作面为例,综合运 用井下钻孔注水漏失量观测、钻孔电视和数值模拟3种技术手段,对采空区上覆岩层导水裂隙带高度进行了探测。通过对井下施工的3个钻孔进行注水漏失量观测确定了开采前后的 钻孔漏失量变化规律,结合钻孔电视观测的孔壁裂隙特征最终确定了导水裂隙带高度,并采用数值模拟分析了导水裂隙带发育规律。结果表明:厚煤层(6.65 m),软弱覆岩、厚松散层(102 m)条件下综放开采的导水裂隙带高度为45.7~46.7 m,垮落带高度为16.1 m;裂采比为6.87~7.02,垮采比为2.42;数值模拟得到的导水裂隙带发育高度与现场实测结果一致,导水裂隙带发育经历发育、缓增、突增及稳定4个阶段,覆岩裂隙带以离层的形式向上发育,以铰接形式存在。钻孔电视能直接清晰的获取覆岩裂隙发育特征,是钻孔法探测导水裂隙带高度的最佳方法;井下钻孔漏失量法用于导水裂隙带高度观测是可靠的,但需要观测设备需要满足一定的封孔压力,封孔胶囊具有足够长度,并且需要改善胶囊与孔壁之间的接触状态。总体来讲,钻孔法观测导水裂隙带高度是目前最可靠的方法,但施工量大,成本较高;目前物探法应提高对覆岩完整性变化的探测敏感度,并多配合钻孔法的使用进行结果对照分析,获得物探结果最佳解释方法后再进行推广应用,降低导水裂隙带高度的探测成本。导水裂隙带高度是实施保水采煤技术措施的一个重要参数,为获取厚松散层软弱覆岩下综放开采工作面导水裂隙带高度,以某矿11915工作面为例,综合运用井下钻孔注水漏失量观测、钻孔电视和数值模拟3种技术手段,对采空区上覆岩层导水裂隙带高度进行了探测。通过对井下施工的3个钻孔进行注水漏失量观测确定了开采前后的钻孔漏失量变化规律,结合钻孔电视观测的孔壁裂隙特征最终确定了导水裂隙带高度,并采用数值模拟分析了导水裂隙带发育规律。结果表明:厚煤层(6.65 m),软弱覆岩、厚松散层(102 m)条件下综放开采的导水裂隙带高度为45.7~46.7 m,垮落带高度为16.1 m;裂采比为6.87~7.02,垮采比为2.42;数值模拟得到的导水裂隙带发育高度与现场实测结果一致,导水裂隙带发育经历发育、缓增、突增及稳定4个阶段,覆岩裂隙带以离层的形式向上发育,以铰接形式存在。钻孔电视能直接清晰的获取覆岩裂隙发育特征,是钻孔法探测导水裂隙带高度的最佳方法;井下钻孔漏失量法用于导水裂隙带高度观测是可靠的,但需要观测设备需要满足一定的封孔压力,封孔胶囊具有足够长度,并且需要改善胶囊与孔壁之间的接触状态。总体来讲,钻孔法观测导水裂隙带高度是目前最可靠的方法,但施工量大,成本较高;目前物探法应提高对覆岩完整性变化的探测敏感度,并多配合钻孔法的使用进行结果对照分析,获得物探结果最佳解释方法后再进行推广应用,降低导水裂隙带高度的探测成本。     

浅部矿体开采覆岩运移及导水裂隙带发育高度分析北大核心

为研究浅部矿体开采覆岩运移及导水裂隙带发育特征,以红柳矿I020308工作面为研究对象,采用理论试验、数值模拟、理论研究与现场实测方法,分析采动覆岩运移规律以及导水裂隙带发育高度。结果表明:1)覆岩裂隙呈“采场上方裂隙扩张-采空区上方裂隙闭合”趋势,岩块破断呈“下位岩体垮落-上位岩体咬合-叠层同步下沉”趋势,覆岩下沉量峰值达3.268 m。2)导水裂隙带高度发育过程为极缓慢-逐步扩展-迅速发育-增速递减发育;伴随采动影响,含水层水量间歇性释放,采空区涌水量交替增-减且整体呈下降趋势,直至工作面充分采动后稳定,实测导水裂隙带高度为58 m。3)基于矿物成分及微观结构分析,覆岩内富含亲水性黏土矿物且广泛分布粗颗粒,水-岩反应下将加剧裂隙发育,造成理论与实测导水裂隙高度形成误差。     

洛河组砂岩含水层下大采高工作面导水断裂带演化规律

针对旬耀矿区厚煤层大采高工作面上覆洛河组砂岩含水层下的安全采煤问题,采用理论分析、相似材料试验和数值模拟研究了某矿1109大采高工作面覆岩破断及裂隙演化规律。研究表明:上覆岩层经历了直接顶破断、基本顶初次破断与周期破断、亚关键层初次破断与周期破断5个阶段,破断发生引起工作面煤壁上方裂隙密度和开度发生跃变,采空区覆岩裂隙经历孕育、产生、张开、闭合、压实5个动态阶段;从开切眼到充分采动过程中,在裂隙带的上部、工作面煤壁上方及开切眼上方裂隙较为发育,裂隙区近似"抛物线"状,采空区中部覆岩裂隙闭合而边界处裂隙不易闭合;工作面充分采动后,导水断裂带发育高度82~85 m,未导通上覆洛河组砂岩。     

厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面覆岩破坏电法监测

掌握导水裂缝带发育高度对于厚松散层薄基岩煤矿工作面安全开采具有重要的意义。在煤层采动影响前,在工作面巷道向煤层工作面顶板施工1个仰孔,布置孔中电极电缆,形成钻孔电法监测系统。在巷道中连接并行电法仪器和钻孔电缆,数据采集方式称为AM法。随采煤工作面位置逐渐接近并进入钻孔控制范围,监测电极电流值和视电阻率值发生变化。结果表明:对潘北煤矿厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面电法监测显示,弯曲下沉带电极电流值和视电阻率值较为稳定,受采动影响程度较小;导水裂缝带内,电极电流值明显下降,视电阻率值明显升高;顶板高度0~40 m采动超前影响范围可达410 m左右;工作面坚硬顶板砂岩地层为控制覆岩破坏的关键层,采空区上方坚硬顶板岩层垮落滞后工作面9~16 m;工作面导水裂缝带高度为37 m,导水裂缝带未发育到基岩面,风化砂质泥岩裂隙在采动应力作用下存在闭合现象。