基于隔水关键层原理的断层突水机理分析

因煤矿突水中大部分突水是与断层破裂带有关,应用隔水关键层原理分析断层突水机理是非常有必要的.首先根据断层的形成机理及其位置分析了断层突水的原因,探讨了煤层断层的突水条件;然后基于隔水关键层原理建立了含隔水断层的隔水关键层活化力学模型,理论解析了隔水断层在矿压和水压作用下的断层活化滑移条件,最后分析了顶、底板隔水断层的断层活化突水机理,得出了在矿压和水压共同作用下的断层采动活化突水条件.     

无断层底板关键层破断后的稳定性分析

承压水体上采煤的关键问题在于底板突水机理的分析与预测.当底板关键层受采动影响而发生破断后其是否导致突水,基本的落脚点在于破断后的底板关键层是否将发生回转失稳.基于此,通过对采动底板关键层破断后呈现的形式分析,以无断层的底板关键层为研究对象,将工作面中部底板简化为三铰拱形式,在对三铰拱力学分析的基础上导出三铰拱的极限平衡关系;基于三铰拱极限平衡状态被破坏后工作面中部底板关键层发生回转失稳的力学机理,建立了无断层的底板关键层发生回转失稳的条件,并由此得到无断层底板关键层的失稳判据.     

采场底板断层突水及其防治方法

阐述了采煤过程中底板岩层在矿压作用下的变形特征及其规律。在理论上提出了当倾向采场且平行其边缘的底板断层面同底板岩层中的最大膨胀线相吻合时，该类断层两盘的相对位移量最大，也最容易发生突水事故，并通过实例说明了底板断层的突水机理。最后，从水文地质和采煤方法两个方面，提出了防治突水的措施。     

断层附近工作面底板突水评价研究

为了使突水系数法在煤矿底板突水评价中更加准确有效,考虑到采动影响下工作面底板与断层间的相互作用,建立断层上盘倾斜隔水关键层力学模型,并对其薄板模型的挠度进行求解。通过工作面底板实际破坏深度与断层上盘倾斜隔水关键层模型联合计算,得到断层附近工作面底板最易突水路径。在此基础上,提出断层附近突水系数法改进公式,并将其应用于某矿工作面底板突水评价中,结果表明:改进的突水系数法比传统突水系数法计算所得突水系数值高0.046 MPa/m,进而将工作面底板由突水较危险区评价为突水危险区。     

承压水底板关键层失稳的尖点突变模型

根据煤矿长壁工作面的布置以及底板突水的可能性分析，提出了底板关键层的力学模型；在此基础上，应用突变理论的方法，对底板关键层的力学模型进行分析，推导出了关键层系统的总势能函数表达式，建立了底板关键层的尖角（ＣＵＳＰ）型突变模型。根据这一模型分析了承压水底板关键层失稳的力学机制，得到的结论符合实际情况，为研究煤矿底板突水机制引入了一种新的理论分析方法。     

基于尖点突变模型的承压水底板突水研究

以尖点突变理论为基础，采用力学平衡和能量平衡的原理，分析了矿井承压水底板关键层突水失稳的力学机理，建立了其尖点型突变模型，给出了底板关键层失稳的力学条件。通过工程实例的分析，证明用数值模拟分析和预测矿山底板突水是切实可行的。     

某矿区带压开采逆断层活化及突水性分析

根据某矿区732工作面的实际地质特征，建立了力学模型，给出了断层位置法向应力和剪应力的计算公式，计算了该矿区在开采过程中F16逆断层面上的法向应力和剪应力，得出：随着732工作面的开挖，F16逆断层面产生附加法向应力和附加剪应力，附加的法向应力使得断层带内张性裂隙产生与发展，附加的剪应力使得断层带内剪切裂隙和断层两侧的剪节理张开，透水性增强。在此基础上，利用RFPA 2D Flow有限元软件模拟了732工作面开采过程中顶板破坏情况及底板渗流特征，结果表明：732工作面开挖过程中，由于F16逆断层浅部紧闭不导水以及底板页岩未破坏，对盘含水层到采场之间没有形成贯通的裂隙通道，奥灰水不能溃入采场，底板渗流量不足以发生突水危险。     

用脆弱性指数法评价屯兰矿8号煤奥灰突水

以有效隔水层等效厚度、隔水关键层有效厚度、断层和褶皱密度、断层规模指数、断层交点和端点分布、陷落柱、峰峰组水压、峰峰组富水性和矿压破坏带深度等九个因素为主控因素,运用脆弱性指数法对屯兰矿8号煤底板奥灰突水性进行了评价,将屯兰矿8号煤底板奥灰突水划分为五个区域,即煤层底板突水脆弱区、煤层底板突水较脆弱区、煤层底板突水过渡区、煤层底板突水较安全区和煤层底板突水相对安全区。     

矿井工作面底板突水机理的理论探析

突水通道是突水形成的必要条件,为此,对工作面底板的突水机理进行理论研究。结合下三带理论,将工作面底板的突水类型划分为正常型和构造性,对采场采动作用下工作面底板隔水层进行三带划分和厚度计算。结果表明,正常型突水过程的本质就是应力场和渗流场相互耦合作用不断加强的过程;不导水断层转变为了导水型断层,这是导致突水发生滞后的机理所在。     

永城矿区煤层底板裂隙灰岩突水特证及防治技术

根据永城矿区的水文地质条件及煤层底板裂隙灰岩突水情况，划分出开放裂隙突水、闭合引张裂隙突水、递进导升突水等三种类型，分析了各种类型突水的特征和突水机理，介绍了局部底板改造等防治办法。     

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。     

Numerical simulation on fault water-inrush based on fluid-solid coupling theory

About 75% water-inrush accidents in China are caused by geological structure such as faults, therefore, it is necessary to investigate the water-inrush mechanism of faults to provide references for the mining activity above confined water. In this paper, based on the fluid-solid coupling theory, we built the stress-seepage coupling model for rock, then we combined with an example of water-inrush caused by fault, studied the water-inrush mechanism by using the numerical software COMSOL Mutiphysics, analyzed the change rule of shear stress, vertical stress, plastic area and water pressure for stope with a fault, and estimated the water-inrush risk at the different distances between working faces and the fault. The numerical simulation results indicate that: (1) the water-inrush risk will grow as the decrease of the distance between working face and the fault; (2) the failure mode of the rock in floor with fault is shear failure; (3) the rock between water-containing fault and working face failure is the reason for water-inrush.     

深部煤巷围岩强化控制在谢桥矿的应用

 摘要：随着煤矿进入深部开采,煤层巷道围岩稳定性控制越来越受到重视。本文提出了深部煤巷围岩的强化控制思路,其核心是 “三高”锚杆支护体系。结合“三高”锚杆并应用FLAC数值模拟成功解决了谢桥矿12418顺槽深部高地压煤层巷道的支护问题。该深部围岩强化控制思路具有极大的推广意义。     

关键层理论在采场底板突水危险性评价中的应用

基于岩层控制中的关键层理论,采用砌体梁理论对底板关键层破断块体的稳定性进行了分析,从而对采场底板突水危险性做出评价。结果表明,底板关键层破断岩块的高长比越小,其形成的砌体梁结构抗滑落失稳的能力越大;关键层破断后互相咬合中间上浮量达△时,就形成了岩块结构的变形失稳。所以根据底板关键层破断岩块的高长比及岩块间咬合中间上浮量,可以判断采场底板突水的危险性。     

Numerical simulation of the floor water-inrush in working face influenced by fault structure

Used numerical simulation method to study the floor water-inrush mechanism in working face which was influenced by fault structure, and set up many kinds of models and performs numerical calculation by fully using large finite element soft-ANSYS and element birth-death method. The results show that the more high the underground water pressure, the more big the floor displacement and possibility of water-inrush; the floor which has fault structure is more prone to water-inrush than the floor which not has fault structure, the floor which has multi-groups cracks is more prone to water-inrush than the floor which has single-group cracks. The numerical simulation result forecasts the water-inrush in working face preferably.     

突水系数法在华晟荣煤矿水上带压开采安全评价中的应用

根据华晟荣煤矿水文地质条件提取评价煤层底板突水危险性关键指标,在工程实践中分析煤层底板突水灾害发生的各方面因素,通过对井田钻探揭露奥灰岩的15个钻孔数据分析确定了隔水层厚度及底板承压水的水压值,分析了突水系数公式的演化,计算出突水系数,确定了华晟荣煤矿3#煤层带压开采分区均处在相对安全区。同时进一步预测了矿井涌水量,核验了矿井排水能力,为华晟荣煤矿3#煤层工作面回采时采用带压系数进行复核验证提供了数据基础,对制定完善带压开采技术措施具有重要的指导意义。     

断层倾角对煤层底板突水影响的机理研究

平朔井工一矿发育有大量复杂断层,在采动影响下活化造成突水,极大增加了工作面底板突水危险性。运用基础力学建立力学模型,对断层活化导水机理进行理论分析,揭示了突水通道形成过程,得到突水的理论判据。研究表明:断层倾角是影响底板突水的关键因素,断层倾角越小越易活化导水。     

采动底板断层“活化”的解析计算及其工程应用

在材料力学和矿山压力理论的基础上,建立了采动底板断层活化突水的解析力学模型。综合考虑断层面及其附近的受力条件,并结合水压力推导出采动底板断层活化突水的相关公式,得出了在临界突水条件下断层活化突水的水压和开采深度的相关公式,并对该公式相关参数进行了讨论。结合郑州矿区超化煤矿22081工作面断层活化突水实例进行应用,通过计算得出其理论与实际情况是基本吻合的。进而说明该力学模型及其相关公式可以作为采动底板断层活化的判据之一。     

煤层底板突水危险性综合评价

基于煤层底板突水预测的复杂性,提出了基于GIS与熵权耦技术的煤层底板突水危险性的综合评价方法,在分析山东某矿区的水文地质、工程地质,开采及勘探等资料的基础上,根据研究区断层构造,覆岩厚度,关键含水层富水性,开采厚度等影响水资源保护性开采的主要因素,以地理信息系统(GIS)的多因素空间分析功能为操作平台,并结合熵权法模型确定各个影响因素的权重,通过GIS与熵权耦合建立了煤层底板突水危险性分区评价模型,结果表明煤层底板突水危险性指数法比传统的突水系数法有明显优势。