焦作矿区底板注浆加固工作面富水性分区及加固效果分析

以焦作矿区8个发生突水的底板注浆加固工作面为背景,依据底板钻孔涌水量对工作面进行了富水性分区,研究了工作面底板注浆加固体的空间分布特征,分析了底板突水的机理。研究结果表明:底板突水主要发生在富水区,并受断层带、基本顶来压等多个因素影响。注浆加固有效地降低了大水工作面的突水危险,表明对工作面的富水区、断层带、基本顶来压等特殊位置加大注浆工程量是十分必要的。     

邢东矿深部带压开采底板突水特征及控制技术

针对深部带压开采工作面区域注浆治理后底板突水仍频发的难题,以邯邢矿区邢东矿深部带压开采为工程背景,通过现场调研和理论分析已突水工作面突水过程和开采地质条件,获得了邢东矿深部带压开采底板突水特征和影响因素,确定了邢东矿深部带压开采底板突水主控因素;应用弹塑性力学理论从动静载角度分析了不同来压步距对底板破坏深度和宽度影响规律,进而采用数值模拟研究不同来压步距下底板应力场和塑性区演化规律。研究结果表明:工作面顶板剧烈来压突水是邢东矿深部带压开采底板突水主要特征,顶板难以及时垮落是其关键诱因;随来压步距增大,底板应力集中带和卸荷应力拱逐渐向底板深部岩体传播扩展,顶板垮落易产生强烈来压动载效应,底板采动破坏深度和宽度增大,诱发隐伏导水构造活化及深部岩体破坏,贯通底板隐伏构造带等导水通道诱发底板突水。为此,提出了顶板水力压裂卸压以及底板微震监测、采动应力监测、围岩变形监测和承压水水位监测等多参量监测的防治技术。现场监测表明,试验工作面顶板水力压裂后周期来压步距缩短为9.53 m,相比邻近未压裂工作面减小了61.42%,来压动载系数、应力集中系数和围岩变形速度均较小,奥灰水位相对稳定,未形成底板突水通道,底板突水得到有效控制。     

矿井电法探测工作面底板潜在突水构造的应用

通过矿井直流电法探测带压工作面底板水文地质条件的应用,结果表明该技术对探测带压工作面底板含水层、潜在突水构造的位置及其分布规律效果好,能及时提供采煤工作面范围内具体的防治水资料,对预防工作面突水、保证生产安全具有重要指导作用。     

基于GIS的斯列萨列夫公式底板突水危险性分析与评价

为了研究煤层底板突水危险,以刘桥二矿带压开采为例,根据矿区地质及水文地质资料,在分析煤层底板破坏深度及承压水导高带高度的基础上,计算出底板有效隔水层厚度,采用考虑矿压影响的斯列萨列夫公式计算出工作面底板安全厚度,并建立工作面底板突水预测模型,利用底板突水阈值和GIS技术对矿区底板突水危险性进行预测分区,为煤矿的安全合理开采提供科学依据。     

基于带压开采条件下首采工作面底板立体加固防治水技术研究

基于汾源煤业首采工作面底板抗水性差,并存在多个构造带且带压开采的条件,分析了工作面突水危险性,结合矿井实际情况,采用底板立体加固方案对底板进行防治水。结果表明:由于首采工作面为带压开采,且存在断层,使主采煤层与各主要充水含水层距离缩短甚至对接,造成断层破碎带成为各含水层的导水通道,极易引发突水。在采用突出重点兼顾一般的方法,对底板进行全面立体加固的基础上,对构造带重点区域进行加强加固,从根本上防止底板突水的发生,保证工作面的正常回采。     

断层影响下底板采动临界突水水压解析解

考虑采动矿压和煤层隔水底板下承压含水层水压的联合作用,推导出断层影响下底板突水的水压力解析式。运用试算法搜索出最危险底板剪切破裂面及临界突水水压。在此基础上,分析了工作面开切眼到断层带距离、断层倾角、工作面推进方向以及侧压力系数等因素对底板临界突水水压的影响规律。算例显示,临界突水水压随工作面开切眼到断层带距离的加大而减小;随着断层倾角的减小,临界突水水压先减小后增加,但当断层倾角小于某一临界角度时,底板不沿断层面破坏;由断层下盘向上盘推进时的临界突水水压较由断层上盘向下盘推进时大,但无论工作面的推进方向如何,临界突水水压皆随着工作面过断层带距离的加大而逐步减小;随着侧压力系数的加大,临界突水水压先增大后逐渐减小。实例应用表明,临界突水水压计算判别结果与实际情况吻合。     

马堡矿15^#煤带压开采数值模拟研究

针对马堡矿地质构造复杂,主要岩溶含水层富水性强,下组煤距下伏奥灰很近,煤层开采面临着奥灰突水严重威胁的情况,运用数值模拟的方法,研究了工作面斜长对底板破坏规律与突水机理的影响,并对15号煤带压开采进行了安全性评价。研究结果表明:工作面斜长分别取160 m与110 m时开采15号煤产生的采动破坏带均会与承压水导升带贯通,隔水层丧失阻隔水性能进而导致底板突水,而工作面斜长为60 m时则不会发生底板突水。因此,可通过采取控制工作面斜长的方法提高带压开采的安全性。     

寺河煤矿5310工作面断层对底板突水的影响及防治

寺河煤矿5310工作面内揭露一断层,而且为带压开采,为了确保回采面不受底板奥灰水的影响,并确保工作面的安全生产,应用FLAD3D软件对工作面进行模拟分析,得出随着工作面的回采,回采面距离断层越近,工作面及断层四周应力集中化程度越高,应力的高度集中导致了底板裂隙带的产生;计算得出3~#煤层突水系数为0.073 MPa/m,表明工作面底板存在突水的危险;应用注浆技术对底板进行注浆改造,注浆完成2个月内底板涌水量均在正常范围内,回采过程中未发现异常突水情况。     

带压开采底板破坏因素分析及突水预测研究

为有效防治采动影响导致的底板突水事故,采用塑性理论及经验公式分析总结了底板破坏的影响因素,并将其分为赋存因素与开采设计因素。以上孔煤业15号煤层为研究背景,选取隔水层厚度、底板水压、煤厚及工作面斜长作为主控因素,建立了"赋存-采动"多因素组合模型,利用FLAC3D模拟了不同因素组合下底板垂直应力及塑性区分布规律。结果表明:采动破坏带深度对工作面宽度的变化十分敏感;隔水层厚度及底板水压则对承压水导升带范围起控制作用,且隔水层厚度影响更大;采厚的波动对底板破坏影响微弱。首次提出了等效破坏深度的概念,并将其应用于突水系数法中,预测了15号煤层带压开采突水危险,并建议降低工作面宽度、在煤壁及工作面前方等采场边缘处加强探放水以预防突水。     

完整底板突水机理研究

为研究完整型底板突水机理,文章理论分析了突水事故发生的三大要素,即水源、水压、突水通道,分析了采动突水通道形成的发展规律及突水灾害实现的条件。对演马庄矿12121采煤工作面突水事故时空特点进行了分析,分析认为:12121采煤工作面突水事故在时间上,恰逢直接顶初次来压(工作面推进31 m)前夕;空间上,突水点位于煤壁附近,靠近回风巷位置。其原因是,直接顶来压前夕,支承压力峰值较大,对底板岩体的破坏作用较大,而靠近回风巷位置为应力叠加区域,支承压力峰值最高。在强大的矿山压力和水压作用下,底板破坏带和承压水导升带沟通,高水压通过底板裂隙涌入工作面,产生突水。     

带压开采工作面安全评价及防治水技术研究

阳煤五矿8421工作面局部带压,已经采用无线电波透视法、矿井瞬变电磁法、直流电法对该工作面进行了综合水文物探并综合分析划分了3个底板相对富水区,运用矿井底板突水系数法对工作面带压开采综合评价后提出了回采应采取的措施,为带压开采工作面安全回采奠定了基础。     

鑫黔煤矿21203采面带压开采可行性评价研究

基于鑫黔煤矿21203工作面底板下方中存在茅口组灰岩强含水地层条件,采用常规突水系数法结合矿井物探、钻探、巷道揭露地质情况对21203工作面底板茅口灰岩突水危险性进行分析。研究得出底板隔水性能较好,茅口灰岩突水的可能性较小,工作面实施带压开采是可行的。矿井在制定安全保障措施下进行带压开采,减小矿井资源损失,提高采出率,同时也为类似条件的工作面开采提供借鉴和参考。     

带压开采底板突水预测研究

为了有效预测工作面在带压开采下底板突水,以上孔煤业15#煤层为研究背景,通过塑性理论和经验公式分别计算底板的破坏深度|考虑采动与赋存因素影响,基于修正的突水系数法,提出极限突水系数公式,确定合理的工作面尺寸,提高突水预测精度。现场施工水文钻孔探查底板涌水情况,并根据岩芯测得底板隔水层物理力学性质,与理论推算结果对比,对15#煤层底板突水可能性进行有效预测。研究结果表明：底板主要隔水层属于中等坚硬岩石类,具有较好的隔水性能,底板含水层含水性弱,不具备底板突水的条件。极限突水系数计算结果显示,15#煤层在底板完整区段无突水危险,受构造破坏的区段具有底板突水的危险,建议减小工作面尺寸,查明底板地质特征,并加强在构造等薄弱区域的探放水以预防突水危险发生。     

庞庞塔煤矿9~#煤层带压开采安全性及治理措施

庞庞塔煤矿9~#煤层工作面为带压开采,以9-101首采工作面为背景,采用极限水压理论及突水系数法探究底板突水的危险性,模拟分析了工作面回采期间底板塑性破坏的深度及底板隔水层注浆加固效果。结果表明,正常条件下底板塑性破坏深度为27 m,底板存在较大的突水危险,注浆后底板破坏深度减小为10 m,奥灰含水层突水的危险性解除。可见,通过底板注浆改造,能够保障庞庞塔矿9-101工作面的安全回采。     

瞬变电磁法和突水系数法在安全评价中的应用

以阳煤五矿为例,采用矿井瞬变电磁法详细探查了工作面底板隐伏地质构造及富水异常区,并利用巷道控制点底板标高和钻孔数据计算突水系数,进而采用矿井瞬变电磁探测成果与突水系数相结合的方法,对地质构造复杂段的富水情况进行综合评价,确保了工作面底板带压区的安全回采。     

带压开采工作面底板破坏深度研究及突水危险性预测

为有效防治采动影响导致的底板突水事故,采用塑性理论及经验公式分析计算了带压开采工作面底板破坏深度,并进行了突水危险性预测。根据平煤股份十矿24130工作面己18煤层的埋藏特征,通过大量的现场实测和理论分析,绘制出了工作面底板破坏带的分布形态图,计算出了采动引起的底板最大破坏深度为11.7 m,底板有效隔水层厚度为44.3m,正常地质条件下不会对工作面回采造成影响,但不排除在断裂构造和寒武系灰岩水高水头压力的共同作用下,底板灰岩水可能通过构造破碎带或隔水层相对较薄的地方融入采煤工作面,造成突水事故的发生。提出了区域治理采用疏水降压、局部治理采用物探结合钻探、断裂构造附近采用注浆加固以及回采前完善工作面防排水系统、回采过程中加强水文地质巡查工作等一系列具体的防治水措施,保证了己18煤层的的安全开采。     

基于微震信号突变分析的底板断层突水预测

为了探索承压水上底板采动断层活化破坏特征,预防底板断层活化突水,利用微震监测技术对工作面底板采动断层进行了连续动态监测。结果表明：当工作面推进距断层约60 m时,断层就出现活化迹象,且随着工作面的推进,断层活化程度及破坏范围增大;底板断层活化破坏深度达到30.4 m,接近无断层底板破坏深度的2倍,活化破碎的断层带更容易形成导水通道诱发工作面底板突水。基于承压水上采动断层活化破坏特征信号,利用Origin数据处理软件对微震监测的底板断层活化破坏深度数据进行了4次多项式拟合,应用基于突变理论推导的底板采动岩体失稳突水判据对其进行了突变分析。依据分析预测结果,并结合放水孔水量、水温等信息,及时注浆加固了底板断层活化破坏区域,使工作面顺利推过断层区域,实现承压水上断层区域工作面的安全带压开采。     

底板注浆效果及突水危险性评价法在赵固二矿的应用

针对赵固二矿14030工作面底板突水危险性及注浆加固效果评价问题,采用"27381注浆改造评价体系"进行了评价。结果表明:工作面注浆前底板L2含水层及其导升带含水性中等,距离工作面底板较远,突水危险性较低,L8含水层含水性强,距离工作面底板近,突水危险性中等,二者之间无密切的水力联系;严重危险区多受到断层影响,Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ严重危险区含水类型为J型,突水危险性低;Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ严重危险区含水性为U型,突水危险性中等。工作面注浆后,严重危险区"三参量"评价结果为均为"好";工作面注浆过程经历了初始升高-注浆平稳-相互影响-终压稳固四个阶段,正常带单位面积注浆量为0.012t/m^3,断层带为0.220t/m^3,注浆系数为18.3,工作面注浆效果综合评价为"好",突水危险性评价为"较低"。     

不同条件下带压开采煤层底板破坏深度研究

为了预防工作面底板突水,保证矿井的安全生产,以梁北煤矿11141工作面为工程背景,采用数值模拟研究了带压开采工作面推进距离、埋深、煤层厚度、断层及断层位置等不同条件对底板破坏深度的影响。研究结果表明,工作面推进距离越大底板破坏深度越大,但推进至60m后,底板破坏深度保持不变趋于稳定;埋深越大底板破坏深度越大,400m埋深增加到800m埋深,每增加200m埋深,增大速度由50%降至12.25%,增大速度逐渐减小;煤层厚度越大,底板的破坏范围越大,对底板的破坏深度无影响;存在断层则底板破坏深度越大,底板最大破坏深度增加18.2%,断层位于初次来压影响范围内比位于周期来压影响范围内对底板破坏深度的影响要剧烈。     

工作面安全“带压开采”设计方法的应用

目前,我国有30多个煤田2×10~(10)t煤受到了底板奥灰承压水的威胁,频繁的突水事故给煤炭开采造成了极大的困难,尤其是部分老矿区,随着矿井可采储量的减少,这部分煤炭资源急待开发。30多年的治水经验表明,“带压开采”是适合我国国情的开采途径。所谓“带压开采”,就是利用煤层底板岩层的隔水作用,采用局部防治水措施,在煤层承受水压作用下进行的开采方法。经过多年现场观测和综合研究得出工作面开采方法的合理选择,是防止“带压开采”中底板突水事故发生的重要手段。 一、影响底板突水的因素 根据大量突水资料研究认为,底板突水与底板承压水水量、水压、隔水层厚度、岩