半胶结中低强度围岩导水裂缝带发育特征研究

为获得半胶结中低强度围岩条件下巨厚浅埋煤层开采导水裂缝带高度及发育特征,以榆神矿区金鸡滩煤矿101工作面与转龙湾煤矿23103工作面为例,分别采用地面钻孔探测(岩芯工程地质编录、冲洗液漏失量观测及钻孔电视系统)与井下探测(钻孔双端封堵测漏法)对采空区上覆岩层导水裂缝带高度及形态进行了现场探查,采用相似材料模拟和数值模拟对不同开采煤层厚度的导水裂缝带演化规律及发育高度进行了研究。根据现场实测和模拟结果,结合其他相似条件的矿井实测数据,对导水裂缝带发育高度与煤层采厚的关系进行了拟合分析。研究表明：大跨度工作面导水裂缝带发育高度与煤层采厚为二项式关系,随采厚增加,导水裂缝带高度增大,但增大趋势变缓;导水裂缝带发育形态为平顶拱形,在工作面推进距离与工作面斜长近于相等时,“裂隙拱”在垂向上不再扩展,此时导水裂缝带高度达到最大。     

基于多因素模糊聚类分析法的底板突水危险性评价

通过对新安煤矿的研究,利用多因素模糊聚类分析法,确定影响底板突水的主要因素及其权重,建立煤层底板突水模型,对煤层底板突水危险性进行分区,确定危险程度,为奥灰水的防治提供了重要依据,保证煤矿较安全开采。     

富水破碎岩体帷幕注浆模型试验研究

利用自主研制的三维注浆模型试验系统,开展富水破碎岩体多孔分序帷幕注浆试验,获得注浆扰动下岩体多物理场演化规律:1被注岩体总压力及孔隙水压力变化强烈,历经急剧增长—峰值波动—渐进衰减—趋于稳定的变化阶段;2破碎岩体内部,浆液在隧洞拱顶和拱底位置发生优势劈裂扩散,同时引起洞周收敛位移;3注浆作用下破碎岩体压缩释水导致渗透性能显著降低,表现为分序注浆试验中超孔隙水压力激发程度逐次大幅提高。帷幕注浆试验结束后,揭露、分析了加固体内部特征,研究破碎岩体加固范围非均匀变化规律,归纳总结松散破碎岩体及泥质软弱岩体对应的渗透–劈裂型及微劈裂型两类注浆加固模式,揭示了劈裂浆脉形成的多重注浆叠加机制。基于以上研究工作,利用扫描电子显微镜(SEM)分析固结岩体微观特征,研究表明浆脉–黏土界面具有三维结构,可划分为渗透型和微劈裂型两种类型,网络状微型浆脉的锚固作用增大了界面粗糙度和强度;界面靠近黏土一侧发育损伤裂纹,推测为固结岩体物理力学条件突变位置,为加固岩体潜在破坏环节。研究成果补充和完善了室内注浆模拟试验方法,探索了多孔分序帷幕注浆试验中浆液扩散规律及注浆加固机理,为类似地质环境下岩体注浆提供了理论支撑与技术指导。     

基于距离函数组合赋权法的突水危险性评价

矿井水害是威胁矿井安全生产的主要灾害之一。南屯煤矿地质构造较为复杂,下组煤层底板处奥灰水压较大,开采时较为危险。为确保煤矿安全开采,结合地质、水文地质资料,利用距离函数组合赋权法对下组煤层奥灰突水危险性进行分析评价。通过分析矿井勘探资料及生产揭露的水文地质资料,确定了含水层水压、含水层富水性、断裂构造复杂程度、隔水层厚度四项主控因素;其中含水层富水性、断裂构造复杂程度分别通过单位涌水量q和断层分维值进行量化。通过引入距离函数,将改进后的层次分析法和熵权法进行组合赋权,从而确定了突水主控因素的综合权重,构建了突水危险指数计算模型;利用Jenks最佳自然断点法对突水危险性进行分区评价,最终将井田划分为五大区域:分别是安全区(n0.12)、较安全区(0.12≤n0.19)、较危险区(0.19≤n0.25)、危险区(0.25≤n0.31)、极危险区(n≥0.31)。本方法平衡了主观因素和客观因素对权重的影响,提高了突水危险性预测的准确性,为煤矿底板水害防治提供了参考依据。     

基于BP人工神经网络的封闭不良钻孔导水危险性评价

以梁家煤矿部分封闭不良钻孔作为研究对象,综合分析了影响封闭不良钻孔导水危险性的主要因素以及各因素的评价指标,建立了封闭不良钻孔导水危险性评价指标体系。一级指标有3个,分别为充水水源、地质构造、采掘活动的影响。其中,充水水源下设有3个二级指标,地质构造和采掘活动的影响分别下设有2个二级指标。根据已建立的封闭不良钻孔评价指标体系,运用MATLAB软件构建了3层BP人工神经网络模型,对封闭不良钻孔的导水危险性进行定量评价,模型输入层有3个节点,分别为充水水源影响指数、地质构造影响指数、采掘活动影响指数。中间层有9个节点,输出层有1个节点即封闭不良钻孔导水危险性指数,根据其评价结果划分出钻孔的导水危险性等级,分别为较安全、较危险和危险。     

基于集对分析-可变模糊集耦合法的砂岩含水层富水性评价——以宁东矿区金家渠井田侏罗系直罗组含水层为例

我国西北地区的侏罗系煤炭资源开采过程中面临顶板水害威胁,其危害程度与煤层上覆地层的水文地质结构有关,对煤层顶板含水层富水性进行合理有效的预测评价,有利于对顶板水害防治做出科学的决策,从而实现安全开采。以宁东矿区金家渠煤矿为例,基于岩性,选取了砂岩等效厚度,砂岩岩性系数,砂泥互层数3个评价因素,建立了岩性影响指数评价指标;基于构造,针对断层、褶皱,选取了断层交端点密度、断层规模密度、煤层倾角变异系数3个指标作为主采煤层上覆直接充水含水层-直罗组砂岩含水层富水性的评价指标。在此基础上,引入集对分析-可变模糊集耦合评价方法,构建了基于集对分析-可变模糊集耦合评价法的直罗组含水层富水评价模型。利用"联系度"实现了富水评价指标与评价等级间的反映联系,利用"相对隶属度函数"实现了富水评价指标值之间的有机融合。在富水性相对分区的基础上,以研究区钻孔抽(放)水试验的单位涌水量为基准,综合确定了研究区富水性分区,结果表明,研究区整体富水性较弱,具有中等、弱2个等级分区,其中富水性中等区域主要位于研究区中北部,富水性弱区主要位于南部、东部及西部。     

下组煤露头区导水裂缝带高度综合确定

为了合理留设煤层露头区第四系防水煤柱,采前进行导水裂缝带高度预计是重要的基础工作之一。以滕州矿区新安煤业公司太原组下部16煤露头区以往勘探资料为基础,综合运用"三下规程"、裂采比计算方法、函数公式和数值模拟4种方法,对16煤露头区开采导水裂缝带高度进行了预计,并进行了对比分析。多种方法可互相弥补、验证,克服了单一方法的局限性。结果显示,16煤厚度取值1.05~1.37m时,最大导水裂缝带高度为25.5~29.3m。计算结果为留设第四系防水煤柱提供了依据,同时也为矿井防治顶板水提供了重要参数。     

基于断层封闭性的导水性评价及防隔水煤柱设计

山东王楼煤矿自建井以来一直受矿井涌水的影响。刘官屯断层贯穿王楼井田中部,该断层附近多个工作面的涌水量居高不下,判断该断层是否导水,进而留设合理宽度的断层防隔水煤岩柱,对防止王楼煤矿断层突水,减小矿井涌水量至关重要。本文以王楼煤矿27309工作面刘官屯断层防隔水煤岩柱留设为例,通过岩性并置图法、SGR断层泥比率法和断面正压力判定法等从侧向和垂向两方面评价断层的封闭性,进而确定断层的导水性。根据评价结果选择合适的公式,计算刘官屯断层防隔水煤岩柱的宽度,并结合以往工作面出水情况综合分析,进而确定刘官屯断层防隔水煤岩柱尺寸。结果表明,27309工作面附近刘官屯断层是导水断层,断层防隔水煤岩柱宽度应为140m。既保证工作面不导水,又能最大限度地回采煤炭资源,对矿井的安全生产具有极其重要的意义。     

南屯煤矿下组煤西区煤层底板突水危险性评价

以南屯煤矿16上煤十一、十三采区为例,在详细分析矿区水文地质条件和突水规律的基础上,确定了6个影响煤层底板突水的主控因素;应用层次分析法(AHP)确定了各因素的权重系数;运用Surfer建立各主控因素的专题层图;对各专题图进行叠加处理,建立基于Surfer的AHP型煤层底板突水脆弱性指数评价模型;统计得到突水脆弱性指数频率直方图,确定分区阈值,最后提出煤层底板脆弱性分区划分方案。     

南屯井田小断层特征分析

该文对南屯井田揭露的大量小断层进行统计分析,总结出了小断层的发育特征及分布规律,并对小断层的成因及形成机理做了简要分析。