深部巷道断层涌水治理研究

在系统研究巨野矿区某深井矿山胶带巷断层高压涌水特征的基础上,提出并实施了"疏水降压+浅部加固+深部截源"的治理方案。依据物探及水文地质分析,施工泄压钻孔进行疏水降压,使巷道周围含水层水压降至合理范围,结合中空螺旋注浆锚杆进行巷道浅部围岩加固,最终进行深部注浆封堵水源。为确定合理的疏水降压值,基于COMSOL有限元分析,建立渗流场-应力场耦合模型进行数值试验,模拟不同降压值情况下孔隙水压力以及围岩应力、位移的相应变化,数值试验优选最佳疏水降压值为3 MPa。现场实施后,有效封堵了巷道断层高压涌水,减水率达91%,且治理后巷道围岩稳定,满足了安全生产需要。     

陈四楼煤矿承压水上采动底板断层活化突水机理研究

根据陈四楼煤矿现场取断层带岩样,进行了断层岩样长期蠕变物理力学试验,得到了断层岩样的实验室数据。运用FLAC数值计算软件,对陈四楼煤矿底板断层进行渗流耦合模拟以及渗流蠕变分析研究。根据研究结果推导出断层带内不同深度处孔隙水压随采场推进距离的经验公式,为煤矿的断层防治水提供了理论依据。     

用地面注浆法封堵巷道涌水

安徽皖北互庄煤矿-100 m运输巷,因断层导水将太原组各层灰岩水、奥陶系灰岩水及地表水带入巷道,使地表下沉,形成深塌陷坑,并有逐渐扩展的趋势。采用地面打钻充填骨料和注浆,1个月时间封堵了涌水巷道,堵水率95％。     

立井井筒注浆封堵固液耦合数值模拟

针对某煤矿复杂水文地质条件下立井井筒严重涌水的实际情况,采用理论分析和数值模拟相结合的综合研究方法,深入分析了立井井筒涌水机理;结合井筒围岩特性和周围地下水渗流场的变化规律,通过试验研究,选择以马丽散N为主的注浆材料;在考虑水体作用条件下,通过FLAC3D对立井井筒注浆封堵进行固液耦合数值模拟,分析了马丽散N在立井井筒注浆封堵中的使用效果;经过实测煤矿涌水量最终小于0.05 m3/h,达到了防治井壁破裂、封堵涌水的目的,抑制了井壁附加应力。     

五沟煤矿采动断层稳定性控制技术研究

针对断层活化引起的突水问题,采用FLAC3D数值模拟软件,以五沟煤矿为背景,研究了在断层不同落差、水压及煤柱留设宽度下断层的活化规律。研究结果表明,断层落差及水压越大,断层活化越显著;煤柱留设宽度越大,断层活化越弱。选择粘土水泥浆材料对F2断层进行注浆加固,结合注浆加固现场实测数据分析,得出结论:五沟煤矿1033工作面留设防突煤柱宽度为36 m时,既对F2断层活化影响小,又符合安全和经济要求。     

用地面注浆法封堵巷道涌水

安徽皖北互庄煤矿-100m运输巷，因断层导水将太原组各层灰岩水、奥陶系灰岩水及地表水带入巷道，使地表下沉，形成深塌陷坑，并有逐渐扩展的趋势。采用地面打钻充填骨料和注浆，1个月时间封堵了涌水巷道，堵水率95％。     

深部巷道断层破碎带渗透性测试及动态监测研究

我国超过80%的矿井突水事故与断层有关,其中大多数是原始地质条件下的非导水断层在采动影响下发生突水。断层的构造缺陷及采动效应是导致断层突水的2大重要诱因。为深入探究断层突水机制,从断层自身阻渗特性及其易受采动效应的特性出发,对深部巷道断层进行了原位压水试验及水压动态监测,研究了断层的阻渗性能,监测了其在采动条件影响下的实时安全性。结果表明:通过对比正常底板的压水试验结果,发现断层与正常底板均出现流量突变-流量递增-流量突增的过程;断层及正常底板的阻渗性能分别为0.64、2.03 MPa/m,单位厚度断层的阻渗性能明显弱于正常底板;铺子支二断层在采动过程中内部渗流场发生一定变化,但并未导致断层活化突水。     

破碎围岩中隧道注浆层厚度确定

隧道涌水是隧道工程的一大技术难题,以某隧道为例,利用数值模拟方法计算了流固耦合作用下不同水位高度、渗透系数条件下的隧道洞身涌水量大小,围岩孔隙水压分布,并结合实际工况,以控制流量为标准,进行了注浆加固范围的防水效果研究。结果发现,水位差是影响隧道涌水大小的主要因素,相比之下,围岩渗透系数对渗流量的影响较小,同时,在V级围岩条件下,注浆加固圈的厚度为4 m时,既可以高效防止突涌水,又可以节省资源和成本。研究成果为某隧道施工提供了技术支持,也可为类似隧道提供参考。     

突水断层水量预测的数值模拟

基于对断层形态、产状要素、力学性质及断层导水性质的认识,分析了断层突水通道形成的影响因素,认为在水压与多次应力的作用下,裂隙的导水性变化与时间存在指数关系;给出了突水量预测的变参数渗流模型,并对赵各庄矿9水平东翼石门突水事故的突水量进行了模拟.计算结果表明:与一般渗流模型相比,变参数渗流模型能够模拟出突水量的变化过程,用于描述滞后突水或涌水具有合理性,更适合于分析突水水源、突水通道及突水量之间的变化关系.     

动压影响下巷道掘进断层突水机理及防治

矿井断层突水是煤矿生产中的重大问题。针对田庄煤矿掘进巷道的突水问题,根据矿井水文地质条件,对断层突水机理进行了理论及数值模拟分析。分析表明:采场动压与断裂带应力集中区域相互叠加,使断层活化区和煤层底板塑性区连通,诱发导水通道的产生,奥灰水沿断层面渗流突变,造成突水。在上述分析的基础上,采取地面施工钻孔注浆进行堵水治理,取得了成功,对动压影响下断层活化突水防治具有一定的借鉴作用。     

煤峪口矿81010工作面煤层底板裂隙发育特征及防治

针对煤炭开采过程中出现的突水事故,采用RFPA数值模拟软件建立采动模型,对底板裂隙破断过程和声发射进行模拟,研究煤层底板采动裂隙扩展突水通道,结果表明:离断层越近,断层内水压导升高度越高,断层出现活化,裂隙扩展发育,最终贯通形成导水通道,在进行注浆改造后,单个钻孔的最大涌水量为8 m³/h,说明注浆加固防治水效果较好,能确保工作面的安全回采。     

煤层注水致工作面前方集中应力前移的机理分析

针对新兴矿煤层注水消除工作面冲击地压和煤与瓦斯突出过程中集中应力前移的问题,分析了注水润湿煤体并使其支撑能力下降而导致集中应力前移的机理;结合新兴矿地质条件,对钻孔注水过程进行了数值模拟,着重分析了注水后集中应力前移、煤壁位移增大和注水钻孔周边渗流场分布情况;数值模拟结果与理论分析结果相一致。另外推导出在注水时间一定时,注水钻孔的渗透半径及应力前移距离公式。     

高承压动水条件下裂隙型突水封堵技术研究

基于邢东矿2228工作面出水封堵项目,研究动水条件下出水通道封堵技术。底板突水是威胁我国煤矿安全生产的主要灾害之一,随着我国进入下组煤的开采以及开采煤层深度的加大,煤矿受奥灰承压水的威胁越来越严重。煤层开采后,在采动应力与水压力共同作用下会引起底板岩体破坏失稳,引发底板裂隙奥灰突水,逐步成为主要的底板突水形式。发生底板突水后,首要问题便是对出水通道的封堵,目前对出水通道的封堵局限在静水条件下实施,需对出水通道在动水条件下进行封堵展开研究。     

深部开采构造型突水危险性数值模拟分析

本文以三山岛金矿为工程背景,利用FLAC3D数值软件建立矿井深部开采流-固耦合数值模型,采用房柱式交替向上充填采矿法,在模拟采动条件下,尤其是采场通过F3断层时,矿体、充填体内渗流场以及塑性区的演化过程,对矿井不同开采时段、不同开采区域的突水危险性进行分析.试验结果表明:①距离断层较远时(-825 m-1盘区),随着回...     

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。     

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"。     

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。     

深部软岩巷道注浆扩散规律的数值模拟研究

为了研究软岩巷道破碎岩体注浆扩散规律,以裴沟煤矿深部42采区巷道为背景,建立了注浆液体扩散的数值计算模型,采用离散元软件分析了5种不同注浆压力和5种不同水灰比条件下浆液扩散特征,研究表明影响浆液扩散半径显著的因素排序为注浆压力大于水灰比,并探讨了巷道围岩径向和切向方向上注浆压力随着距离巷道表面距离增加呈先增大而后衰减的变化规律,但衰减具有差异性,最后进行了注浆效果的检验。研究结果对软岩巷道破碎岩体注浆加固具有很好的参考价值。     

大柳塔煤矿薄基岩浅埋煤层工作面矿压规律研究

为了研究薄基岩浅埋煤层矿压规律,防止薄基岩浅埋煤层工作面发生切顶事故,造成溃砂溃水事故,通过对大柳塔煤矿22614工作面现场矿压观测,得出了薄基岩浅埋煤层工作面矿压显现规律,结果表明：工作面上覆基岩厚度大于10 m的区域,工作面顶板来压比较明显,支架动载系数相对比较大,工作面上覆基岩厚度小于10 m的区域,工作面顶板来压不明显,实测工作面支架工作阻力大部分为5 400～7 200 kN,现有支架能满足生产需求。     

工作面底板注浆改造施工技术及效果评价

陈四楼煤矿南五、南十五采区所有工作面在回采过程中均发生不同程度的底板灰岩突水,给矿井的安全生产造成较大影响。研究了工作面底板注浆改造施工技术,主要包括断层发育区注浆改造情况、物探异常区施工情况、钻探揭露富水区施工情况以及底板注浆改造情况分析,然后对物探验证方法、钻探验证方法和突水系数评价进行评价。