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。     

煤层群分组上行开采相似材料模拟和数值模拟研究

通过理论分析计算,得出上下两组煤开采后的导水裂隙带发育高度以及理论破坏形态预计。通过计算机数值模拟、实验室相似材料模拟研究分析上下两组煤开采后覆岩破坏规律及顶底板应力分布规律、覆岩沉降规律,得出导水裂隙带最大值。数值模拟下煤层开采后的覆岩破坏高度,得到模拟的导水裂隙带高度,并与理论值,模拟得出的结果对比,综合分析分组上行开采覆岩破坏与运动规律。     

煤层群分组上行开采相似材料模拟和数值模拟

通过理论分析计算,得出上下2组煤开采后的导水裂隙带发育高度以及理论破坏形态预计。通过计算机数值模拟、实验室相似材料模拟,研究分析了上下2组煤开采后覆岩破坏规律及顶底板应力分布规律、覆岩沉降规律,得出导水裂隙带最大值。数值模拟下煤层开采后的覆岩破坏高度,得到模拟的导水裂隙带高度,并与理论值、模拟计算结果对比,综合分析了分组上行开采覆岩破坏与运动规律。     

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。     

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。     

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。     

特厚煤层分层综放开采覆岩破坏规律数值模拟

 以华亭陈家沟煤矿综放采场实测导水裂隙带发育高度成果数据为基础,应用FLAC3D反演计算模拟分层综放开采引起的煤层覆岩破坏规律,并与实测数据进行了对比分析得出：分层综放开采后覆岩移动破坏形成“拱”式承载结构,拱脚压应力高度集中;导水裂隙带发育形态也近似为“拱形”,与实际探测高度拟合度较好;分析了开采过程中覆岩的位移场、应力场和塑性破坏区分布规律。研究结果可为深入研究分层综放开采覆岩破坏规律提供借鉴。     

条带充填保水开采导水断裂带高度多因素影响分析

针对现西部矿井保水开采技术难题,以曹村煤矿12采区工作面为研究背景,在系统分析了导水断裂带发育高度受多种因素影响的基础上,通过理论分析、现场调研及数值模拟等方法,提出了条带充填开采方案。结果表明:条带充填开采,上覆岩层缓慢下沉,由原"三带"变为"两带",阻断岩层的破断起到保水作用;煤层开采厚度、顶板岩层强度及结构类型、条带开采采出率、充填参数等是影响条带充填上覆导水裂隙发育高度的主控因素,且上覆岩层下沉值与其值成线性关系。     

强含水层下巷式充填采煤覆岩破坏规律研究

为了进一步研究强含水层下巷式充填覆岩的移动变形机理,得到巷式充填覆岩导水裂隙带发育规律,利用FLAC3D数值模拟软件,结合公格营子矿区的地质条件建立矿区三维模型,模拟导水裂隙带的发育情况。分别模拟分析了采厚、充填率及充填体弹性模量三种影响因素下巷式充填导水裂隙带的发育情况,回归分析得出了各影响因素下导水裂隙带的高度公式。公格营子矿巷式充填开采结果表明,强含水层下巷式充填采煤是安全可行的且经济效益显著。     

海下采煤软弱覆岩导水断裂带发育高度研究

龙口矿区海域煤层开采后软弱覆岩导水断裂带的发育高度直接影响了海下安全开采。在分析龙口矿区海域软岩工程地质特征的基础上,运用有限差分法、相似材料模拟试验并结合现场实测资料,研究了海下采煤软弱覆岩变形破坏规律。结果表明：煤层顶板软岩剪切破坏后,裂隙连通性及导水性相对较弱,岩体仍具有一定阻水能力;海底煤层开采后,覆岩垂直剖面由上至下分为剪切破坏带、拉剪破坏带和拉伸破坏带;开采过程中,导水断裂带高度随工作面推进逐渐增加,并最终达到稳定;6 m厚煤层采全高时,导水断裂带发育高度为48.2~55.0 m。最后,经统计提出了海下采煤软弱覆岩中导水断裂带发育高度的计算公式。     

张家峁煤矿N15203工作面浅埋煤层导水裂隙带发育特征

张家峁煤矿地处我国西北干旱地区,生态环境脆弱,煤层埋藏浅,煤矿开采过程中导水裂隙带导通上覆含水层,造成地下水位下降,加剧生态环境恶化,同时地下水涌入矿井,威胁矿井安全开采。为详细分析张家峁煤矿浅埋煤层导水裂隙带发育情况,以矿区北翼N15203工作面地质条件为背景,利用理论计算、数值模拟方法对导水裂隙带的发育高度进行了研究,并通过现场钻孔电视成像实测结果验证了理论计算与数值模拟结果的可靠性。研究表明:①数值模拟可展现覆岩破坏的动态变化规律,当工作面推进至60 m和110 m时,覆岩破坏速率明显加快,与关键层理论判断结果一致;②由于黄土层塑性变化较大,对导水裂隙带发育具有一定的抑制作用,导水裂隙带发育至基岩顶界附近,高度约108 m,裂采比约19.64;③通过与现场钻孔电视成像结果对比,数值模拟和关键层理论计算结果与实测数据基本保持一致,能够较准确地预测导水裂隙带高度发育情况。分析结果对于陕北浅埋煤层开采覆岩导水裂隙带后续研究具有一定的参考价值。     

近距离煤层重复采动覆岩破坏规律及“两带”发育高度分析

为研究近距离煤层重复采动下覆岩破坏规律与“两带”发育高度,预防工作面开采过程中由导水漏风通道引起的工作面顶板漏水、采空区自燃等各种安全事故,以鄂尔多斯市某煤矿为工程背景,采用井下窥视法和数值模拟对近距离煤层开采后覆岩破坏规律以及“两带”发育高度进行分析,揭示了规律形成的原因。研究结果表明：在近距离煤层重复采动影响下,“两带”发育高度远超过上煤层开采,下煤层推进80 m时裂隙带最大发育高度为88 m,与地表贯通形成导水漏风通道;初次采动与重复采动时的裂采比分别为19.33、29.33;裂隙带的发育呈台阶式上升,阶段间的变化表现为激跳形式;覆岩的破坏表现为“拱形→帽形→马鞍形→外O内蝶形”;数值模拟及拟合公式所预测的“两带”发育高度与实测值之间误差率为1%左右,验证了预测的准确性,可为相似工作面的开采以及相似工程提供借鉴。     

山区内浅埋煤层导水裂隙带高度发育研究

本文以高原低山丘陵地貌的11607浅埋深工作面工程背景,进行了工作面开采过程中上覆岩层导水裂隙带高度发育研究,通过现场实测、相似模拟结合数值模拟的方法,研究了采动影响下,覆岩破坏变形规律,导水裂隙带发育高度等特征,三种方法所测得结果相互得到了验证,该项研究对山区内覆岩导水裂隙带发育规律研究起到一定参考借鉴意义。     

充填开采覆岩导水裂隙带高度预测

为了更加准确地预测某矿充填开采覆岩导水裂隙带的发育高度,以某矿实际地质开采条件为依据,通过公式计算、实地测量、相似材料模拟及数值模拟类比分析对其导水裂隙带进行预测。得出结果:本矿区顶分层垮落法管理顶板,底分层充填开采,可以用等效采高法按软弱岩层计算预测导水裂隙带发育高度。     

含水松散层下煤层开采覆岩破坏规律的数值模拟研究

以五沟煤矿1011工作面煤层开采为例,应用ANSYS有限元软件,对煤矿开采引起的煤层顶板覆岩运移规律进行了数值模拟,分析研究了含水松散层下煤层开采覆岩破坏移动规律,确定了导水裂隙带和覆岩冒落带发育高度,利用经验公式和简易水文观测法对模拟计算结果进行了验证,得出了1011工作面覆岩破坏移动规律和"两带"发育高度,为进一步合理留设防水煤柱提供了有效的技术参数。     

综合机械化矸石充填开采导水裂隙带发育高度研究

对不同试样的矸石充填材料进行压实测试,得出了应力-应变曲线及最佳配比方案,根据等价采高模型理论,计算了某试验矿井矸石充填开采时的导水裂隙带发育高度,提出了给矸石充填体施加一初始压实力可以极大地提高其抗压性能,进而有效地减小覆岩裂隙的发育高度,并采用数值模拟研究了不同压实性能的充填材料的导水裂隙带发育高度情况。研究结果表明,优化充填材料配比,增加初始压实力和提高采空区充填率都可以有效地减小导水裂隙带发育高度。     

条带充填置换开采围岩变形及承压水导升规律

条带充填置换开采有效的缓解了我国东部煤炭资源日益减少的困境。为了量化分析条带充填置换开采对工作面围岩变形及承压水导水的控制作用,本文结合现场监测与理论分析开展对比试验。结果表明:条带充填置换开采工作面上覆岩层开采扰动最大高度15 m,较不充填开采减少2.3~13.5 m,有效控制上覆岩层运动;条带充填置换开采工作面底板破坏深度为10 m,较不充填开采减少0.65 m,充填对底板破坏控制作用不明显,充填置换开采过程中应加强底板承压水突水前兆信息监测及防治措施。将充填体压缩量划分为顶板沉降量与底板底鼓量,直接顶与直接底以挠曲变形为主,条带充填体有效地控制围岩变形破坏;依据"下三带"理论与突水系数法,保护层带突水系数小于0.06 MPa/m,底板徐灰承压水得到有效控制,保证煤矿安全开采。     

多煤层重复采动覆岩破坏高度发育规律研究

为了研究多煤层重复采动下覆岩破坏高度的发育规律,以公乌素煤矿三煤层开采为工程背景,通过现场实测、数值模拟研究方法,得到了单层开采和三层重复开采时16煤1604工作面覆岩导水裂缝带高度,采用3DEC数值模拟研究了单煤层开采及重复采动覆岩的破坏特征,理论分析了重复采动覆岩裂隙发育机理及裂缝带高度的计算方法。结果表明：钻孔冲洗液观测与钻孔窥视结合实测法更准确,公乌素16煤重复采动条件下,裂采比15.14,垮采比3.15|模拟显示采空区两侧裂隙发育明显且为离散裂隙,中部裂隙闭合,裂隙高度与实测较为接近|提出了3种不同程度的重复采动裂缝带发育高度的计算方法,为确定重复采动条件下覆岩裂隙发育高度提供理论依据。     

直流电法技术在导高探测中的应用

在煤矿防治水工作中,目前常利用经验公式计算导水裂隙带高度,其结果存在一定的误差且无法直观获得覆岩破坏带(导水裂隙带、垮落带)的发育形态。而利用直流电法技术实时监测受采动影响下的覆岩电场,获取其时空变化特征,可准确掌握覆岩破坏带的动态发育过程,并为影响煤层安全开采的覆岩破坏实际高度提供地球物理场依据。试验在某矿131303工作面顶板施工导高观测钻孔,对地电场数据进行长期监测,通过数据反演,对比不同采动阶段覆岩视电阻率分布特征的变化情况,掌握了此工作面覆岩破坏带动态发育过程,并得出垮落带发育高度为13 m,导水裂隙带发育高度为41 m的结论,对此工作面的防治水工作产生了指导作用。     

深部条带开采覆岩和煤柱综合探测及破坏特征

针对深部条带开采覆岩具有富水、岩石电性差异小、数据解释难度高的问题,基于并行电法多方法的综合分析优势,对深部条带开采覆岩破坏特征进行立体探测、定量评价。分析了条带开采覆岩破坏带的电性特征,讨论了适用于深部条带开采孔间并行电法测试的理论准则,对条带开采后形成的"上两带"及"侧三带"进行定量评价。得到结论:覆岩"上两带"及残留煤柱"侧三带"视电阻率剖面形态因采动破坏程度的不同,由规则变为不规则,连续性变差,通过构建孔间岩体电场性质差异图像,其形态突变和数值界面可作为判定覆岩"上两带"及"侧三带"发育范围的依据;综合运用并行电法、钻探实测及数值模拟计算等方法,确定采50 m留50 m(采留比1∶1)条件下,垮落带发育高度为15.2 m,导水裂隙带发育高度为46.65 m;条带煤柱破碎区发育宽度为7 m,塑性区发育宽度为19.5 m,弹性核区宽度为11 m。