底板陷落柱突水力学机理研究及应用

导水陷落柱给矿井安全开采带来较大隐患,对陷落柱突水机理的分析十分必要。在工程实际中,大部分陷落柱为"下大上小"的不规则圆台形,为了与工程实际更接近,将陷落柱模型简化为圆台形,利用摩尔—库伦强度准则和极限平衡理论,对底板陷落柱突水的力学机理进行分析,求出了底板突水的极限承压水压力,并对某矿底板突水进行了预测,提出了预防措施。     

优化组合赋权模型在底板隐伏陷落柱突水评价中的应用

为了对煤层底板隐伏陷落柱突水进行危险性评价优化,在对主要影响因素分析的基础上,建立煤层底板岩溶陷落柱突水危险性评价体系。运用差离方法和优化组合层次分析法和主成分分析法所得的权重确定优化最佳权重,从而建立基于优化组合赋权法的煤层底板岩溶陷落柱突水危险性评价模型。最后以葛亭煤矿陷落柱为例进行工程验证,结果表明:含水层水压和隔水层厚度影响因素对煤层底板隐伏陷落柱突水影响最大,该模型能优化主观和客观评价的权重,减少了主观评价方法的人为影响和客观评价方法的过于依靠客观数据,能合理客观地反映影响因素之间的差异,实现对煤层底板岩溶陷落柱突水的危险性评价。     

阳煤二矿岩溶陷落柱防水保护煤柱宽度设计

为保障阳煤二矿15^#煤层采煤工作面的安全生产，以31301工作面为背景，采用理论计算分析其顶底板岩层破坏范围，确定顶底板涌水水源及其突水危险性，并通过数值模拟探究回采工作面回采影响下陷落柱围岩塑性破坏特征。结果表明：15^#煤层工作面顶板水源为K₂、K₃、K₄石灰岩含水层，顶板含水层不会威胁矿井的生产安全；采动影响下岩溶陷落柱围岩内出现渗漏区域，岩溶陷落柱防水保护煤柱宽度设计为65 m，能够保证工作面安全生产。     

采动影响下底板隐伏陷落柱突水灾变数值分析

为研究采动影响下底板隐伏陷落柱的渗流演化规律及突水灾变特征,以1个隐伏陷落柱工程为背景,考虑流固耦合作用以及围岩渗透系数的动态变化特征,模拟再现隐伏陷落柱随工作面开挖前进的突水灾变过程;在此基础上,研究隐伏陷落柱发育高度以及水压对煤层底板突水的影响。结果表明:当工作面开挖通过陷落柱时,陷落柱与煤层间的导水裂隙通道起始于陷落柱顶部最前方而终于煤层底板距陷落柱中心约20 m的位置;随着工作面的向前推进,煤层底板的涌水量大体呈"S"型曲线分布,其在工作面靠近并通过陷落柱时增大速率最快,而在工作面远离陷落柱中心35 m后逐渐保持稳定;陷落柱距煤底越近,煤层底板涌水量发生快速增长的时间点就越靠前且其增长区间范围也越大,同时煤层底板的涌水量与其距陷落柱的距离呈指数衰减式关系;当工作面推进距离相同时,煤层底板的涌水量与陷落柱水压呈指数递增关系。     

导水陷落柱突水模拟试验台研制及应用

为了分析研究采动影响下陷落柱突水的物理规律及特征,结合五阳煤矿7601工作面工程地质和开采技术条件,利用数值模拟软件和突水模拟试验平台分别模拟了底板和过煤层两种不同陷落柱的突水过程.结果表明,陷落柱突水破坏过程的数值模拟与试验台相似模拟相一致;底板陷落柱与过煤层陷落柱突水的规律是,在采动作用影响下,陷落柱周边的塑性区不断扩大,与工作面前方形成的塑性区相互贯通,形成突水通道,当陷落柱充水且水压达到一定值时,工作面发生突水;特殊构造突水模拟试验台在一定程度上满足了设计试验的需要.     

上社矿15501工作面陷落柱区域突水机理及危险性评价

为掌握15501工作面内W260陷落柱发生突水的危险性,通过具体分析陷落柱的突水机理,得出工作面内岩溶陷落柱发生活化导水的判据和突水的模式,并具体采用多层次模糊聚类综合评价方法对W260岩溶陷落柱的突水危险性进行具体评价。结果表明:二级模糊评判B=0.399,判断该陷落柱发生活化导水的危险性较大,采用三维地震勘测、综合物探和钻孔探测验证了评价的准确性,工作面推进到陷落柱区域应加强探放水作业。     

采场底板陷落柱渗流突水数值模拟

为研究采动压力和渗透水压对陷落柱渗流突水的作用,建立了采场底板陷落柱突水的物理模型,并利用FLAC3D 软件模拟分析了采场推进过程中应力场和渗流场的变化特征。结果表明,工作面宽度的增加会增加底板的扰动,导致原生裂隙继续往深部发育,进而增大导通下部陷落柱的风险,采用回填方式开采的工作面底板扰动较小,底板岩层破坏的程度较小,为遇陷落柱构造防治突水事故提供指导。     

隐伏陷落柱探查与治理技术研究与应用

陷落柱尤其是隐伏导含水陷落柱对煤矿的安全生产具有巨大危害,探查不清、治理不到位、盲目揭露等容易造成淹井事故。因此,在工作面掘进前,必须探查清楚工作面范围内是否存在隐伏陷落柱,避免矿井在采掘过程中发生误揭而导致突水事故。以九龙矿为例,采用地面区域超前治理技术,超前探查煤层底板隐伏陷落柱的赋存状况和形态,并进行注浆加固治理,达到消除煤层底板突水危险,实现深部煤层安全掘采的目的。     

四位一体法封堵千米埋深微型隐伏导水陷落柱技术

九龙矿15423N工作面在回采过程中发生采空区滞后底板突水,依据采前所进行的水文地质工作以及该面发生突水后的特点,研究制定了治理突水方案,经治理钻探探测资料证实:该面煤层底板下发育的隐伏微型强导水陷落柱,是导致该面发生突水的主要原因,分析研究了陷落柱大埋深、大流量、高承压的特点,研究制定了骨料灌注、骨料胶结、通道截流、水源加固四位一体法堵源封顶截流的综合治理陷落柱技术,快速高效地根治了陷落柱水害,消除了水患。     

超前预注浆技术在工作面过陷落柱技术探析与实践

本文依托高河矿W4301工作面过Xw15陷落柱的工程实际,以实现工作面不搬家倒面,工作面回采工作便捷的工作面直接过陷落柱为目标,在工作面超前探视的基础上,确定工作面陷落柱的具体方位、几何尺寸以及岩石性质,通过工作面超前预注浆技术,对陷落柱进行加固处理,切实保障工作面工作面回采时的顶底板稳定性,防止突水事故的发生。确定了回采工作面的回采工艺,实现了工作面快速过陷落柱,保证了工作面安全、高效回采。高河矿后续出现的工作面过陷落柱问题提供技术基础,并为其他地质条件类似矿井工作面直接过陷落柱提供借鉴。     

基于GIS-BN技术的范各庄矿煤12底板突水态势评价

为了评价陷落柱型煤矿突水危险性,设计实施了基于GIS-BN技术的煤矿陷落柱型突水危险性评价方法,并在范各庄矿实际应用。在深入分析范各庄矿突水因素的基础上,应用K-Means算法确定并离散化了突水因素的数据,应用ARCGIS和BN结合的方法建立了针对12煤层底板突水危险性评价模型,通过BN参数学习和BN突水推理,对突水危险区域进行了区划,并对模型的模拟效果进行了分析。结果表明：突水危险区域位于矿区的西北部和东南部。西北部的高危区域属于典型的陷落柱突水区,高危区域基本上和西北部的陷落柱异常发育地带吻合;西北部广泛分布的塌陷坑在一定程度上加重了该区潜在突水的可能性;东南部危险地带,属于典型的断层突水地带,集中在F5-F8和F4-F10-F11-F12两大断层带周边地区。以上区域的突水可能性非常大,在开采时需要采取适当措施防止突水发生。评价结果的拟合率高达80%,说明GIS-BN方法对煤矿陷落柱型突水危险性评价是可行和准确的。     

基于模糊层次分析的煤层底板陷落柱突水危险性评价研究

煤矿岩溶陷落柱是华北煤田广泛发育的特殊性地质,是影响煤矿突水的主要因素。为了对煤矿底板陷落柱煤层开采的危险性进行评价,通过对煤矿底板陷落柱突水的主要影响因素进行详细地分析,建立起包括含水层水文条件、底板隔水层条件、煤层开采条件和陷落柱自身构造条件4个一级评价指标,以及包括含水层水压、隔水层厚度、隔水层完整性、开采高度等二级评价指标因素的煤矿底板陷落柱突水综合评价体系。采用层次分析方法确定出评价模型中主要影响因素的赋权值,通过查阅相关文献资料得到模糊层次评估的安全等级标准。以某煤矿为研究对象,结合煤矿前期探测到的地质资料,确定煤矿突水综合评价体系的模糊集,运用模糊综合评价方法求得煤矿突水危险性的等级,并根据评估结果有针对性地提出改进措施和建议,保证煤矿正常的安全生产和经济效益。     

保德煤矿奥灰突水危险性评价及其防治对策

通过对保德煤矿水文地质条件和突水影响因素分析研究,认为井田构造不发育,煤层底板隔水层隔水性能较好。利用突水系数法对煤层底板奥灰突水危险性进行了评价,8#和11#煤层底板突水系数均小于临界突水系数,在无隐伏导水断层或导水陷落柱等导水构造的情况下可实现安全带压开采。针对奥灰突水的特点,提出防治对策是掘进工作面和回采工作面应采用物探和钻探手段进行综合探查,加强矿井水情监测监控预警系统、防排水系统、应急救援等安全保障措施。     

五阳煤矿陷落柱发育特征及突水危险性评价

为防止陷落柱导通奥灰水造成矿井重大水灾,分析归纳了山西五阳煤矿陷落柱基本特征,主要包括：陷落柱发育标高在650 m以上,发育与构造密切相关,多数原生导水性差;典型陷落柱垂直具有6段特征等.以五阳煤矿7601工作面为原型,运用ANSYS有限元软件模拟分析了煤层下部有隐伏陷落柱时采动过程中的突水危险性.当工作面推进距陷落柱小于50 m时,受采动影响的陷落柱导水裂隙与工作面导通可导致工作面出水;随工作面推进,导水通道扩大可导致突水事故.     

陷落柱影响采场围岩破坏和底板突水的数值模拟分析

为探讨陷落柱在围岩破坏及突水中所起的作用,采用FLAC^3D模拟分析了陷落柱影响下采煤工作面推进的全过程．采动影响下采场围岩的应力应变数值模拟充分说明,陷落柱的存在使底板的应力应变分布极不均匀,应力集中系数增大,陷落柱附近位移明显,远离陷落柱其影响逐渐减小,但对底板岩层破坏范围及破坏形式影响较小;陷落柱顶面上方岩层的应变较大,与周围不协调,容易产生局部剪切变形．陷落柱边壁、工作面底板压缩区与膨胀区的分界线重合在一条线上时,是剪切破坏的最佳状态,最容易发生底鼓突水．陷落柱影响下的底板破坏深度为15—18m．     

采动影响下隐伏陷落柱突水数值模拟

以塑性区范围、裂隙内的液体压力和渗流速度为评判依据,分析隐伏型陷落柱受开采扰动的突水危险性。根据流固耦合理论,采用FLAC3D软件实现隐伏型陷落柱突水进行数值模拟,分析了开采扰动下不同隐伏深度的突水过程。研究表明,在开采扰动下陷落柱会从底部开始产生剪切破坏并剪切破坏面向上扩展,当陷落柱周围的破坏区域与工作面周围破坏区域贯通就会发生突水;陷落柱隐伏深度越小,开采扰动对的陷落柱内渗流场的影响越大;当陷落柱隐伏深度低于30 m时,存在突水的危险性。     

采动过程中底板隐伏陷落柱突水数值模拟

为弄清采动在工作面底板岩溶陷落柱围岩破坏及突水中所起到的作用,以葛亭煤矿底板隐伏岩溶陷落柱为研究对象,采用FLAC3D数值模拟软件对采动过程中的垂直方向应力场、塑性破坏区和垂直方向位移变化进行分析研究,分析了不同推进距离下隐伏底板岩溶陷落柱的突水过程。研究结果表明,随着推进距离的不断增加,岩溶陷落柱的塑性破坏范围不断增加,底板垂直方向的位移不断增大,当煤层底板的塑性破坏区和岩溶陷落柱的塑性破坏区发生连接时,容易发生底板岩溶陷落柱突水事故。     

煤层底板陷落柱突水过程及其影响因素数值分析

为研究煤层底板陷落柱的突水过程以及陷落柱发育高度、底板岩层强度以及含水层水压3因素对底板陷落柱突水的影响,运用基于有限元的数值分析方法模拟了陷落柱活化及底板裂隙扩展和贯通形成突水通道的全过程,通过对应力场和损伤场的解读,突水通道形成的时空标定在模拟中得到了初步实现,3因素对陷落柱突水的影响在结果中的规律性显现得到了详细分析;另基于开滦范各庄2171采面工程实例,建立模型分析了其突水原因,结果显示高水压下陷落柱发生了活化,高压水流经由陷落柱在-390 m高程劈入煤岩形成突水通道引发了水害。     

巨厚煤层工作面底板突水危险性评价

为准确预测龙王沟巨厚煤层底板突水的危险性,运用五图双系数法对6煤层底板奥陶系灰岩水危险性进行评价,根据工作面底板破坏深度和底板水压资料,计算了带压系数和突水系数,采用Suffer软件绘制了底板破坏深度、底板保护层深度、底板有效保护层厚度、底板水压的等值线图,再根据三级判别标准绘制出带水头压力开采评价图。结果显示:井田西部和3个陷落柱异常区为危险区,井田中部为较危险区,井田东部为安全区。整体来看,龙王沟井田6煤层底板奥陶系灰岩发生突水的可能性较小。     

新元矿9104工作面过陷落柱注浆加固技术应用研究

为了解决新元煤矿9104首采工作面受地质构造影响存在工作面底板涌水的问题,设计采用无线电波坑道透视仪对回采工作面范围内的地质构造进行定位。在井下进行钻探确定陷落柱的发育情况,在相应位置对陷落柱进行超前注浆加固,提高煤层陷落柱位置煤岩体的整体性,增强其隔水能力,有效地防止了底板突水的发生,取得了良好的治理效果。