大埋深高承压水双层结构底板破坏机理及应用研究

平煤矿区首次开采近全岩下保护层工作面用于解放其上部受瓦斯突出威胁的己组煤炭资源,近千米埋深开采近全岩层势必加大底板破坏深度,一旦扰动隔水层内L5弱富水性含水层形成寒灰水间接补给通道,影响工作面底板安全稳定。为此首先建立双层结构底板塑性滑移线场理论模型,推导出三种工况下双层底板最大破坏深度解析解;然后通过自主设计的孔隙水压力（弹簧）和地层有效应力（千斤顶）协同工作的相似模拟试验平台,基于数字图像相关技术模拟分析了采场顶底板变形形态和破坏特征;最后使用钻孔应变测量方法在平煤十二矿己15-31040近全岩工作面开展底板破裂发育形态现场监测。结果表明：采用双层结构底板塑性滑移线场理论计算出己15-31040近全岩工作面底板最大破坏深度为16.59 m;相似模拟试验揭示了底板破坏集中于开切眼及工作面两端,具有明显滞后破坏特征,最大破坏深度为17.8 m,工作面推进159.9 m进入充分开采后,底板应力逐渐恢复;现场实测结果显示底板岩体在工作面前方7.9 m出现压剪滑移破坏,工作面推过钻孔前后底板分别表现出压剪和拉剪破坏,底板最大破坏深度介于16.5～18 m。现场实测与理论计算和相似模拟试验结果...     

带压开采煤层底板破坏深度研究

底板破坏深度影响底板注浆改造层位的选择,采取钻孔压水试验、声波测试、钻孔窥视3种实测技术手段,选择桑树坪煤矿下组煤3105工作面进行底板破坏深度综合测试。研究结果表明,钻孔压水试验测试显示底板破坏深度为14.9 m,声波测试显示底板破坏深度为14.7 m,钻孔窥视显示底板破坏深度为15 m,声波测试结果真实合理地反应了工作面回采过程中底板岩层应力、应变变化规律,最终综合评价3105工作面底板破坏深度为15 m,可应用于同一采区其他工作面,为底板注浆加固层位选择提供了技术参数。     

工作面开采后底板破坏带深度的计算

工作面开采过程中底板破坏带是导水导气的重要通道,对底板水防治和瓦斯抽采具有直接影响。为研究某矿01658工作面开采后底板破坏带的深度,采用断裂力学计算公式、塑性力学计算公式和经验公式对工作面采后底板的破坏带深度进行了分析。采用断裂力学计算得到01658工作面最大破坏深度为25.73 m;采用塑性力学计算得到的最大破坏深度为17.0 m;采用经验公式计算得出底板破裂带的最大深度为26.60 m。为保证安全生产,选择底板破坏带深度应为26.60 m。     

切顶卸压工作面底板采动破坏实测研究

为了研究采用预裂爆破进行切顶卸压对工作面底板破坏深度的影响,在九里山矿14141工作面采用特制电极电缆进行了底板钻孔直流电法测量,通过分析工作面在回采过程中底板岩体视电阻率的变化特征,结合观测时工作面与测点的空间位置关系,得出采动影响下的底板破坏深度,并将其与未考虑切顶卸压影响的统计公式值及理论公式值进行对比分析。结果表明:14141工作面底板最大破坏深度为9. 8m,相比未考虑切顶卸压情况下的计算值均有所减小,平均减幅为15. 1%,说明切顶卸压能够有效减小底板破坏深度,有利于带压开采工作面的安全回采。     

11308工作面底板岩层破坏深度现场实测分析

通过对某矿11308工作面实际开采底板岩层破坏深度进行钻孔注水探测实验,得到该工作面损伤底板岩层破坏深度为17.6 m.通过理论公式计算出的破坏深度预计值为17.93 m.结果表明,在误差允许的范围内,采用数值模型和损伤底板破坏深度公式得出的破坏深度值能够符合现场实测要求。     

14311综采工作面底板破坏带深度确定

为了研究14311综采工作面开采后的底板破坏带深度,采用力学模型公式,经验公式和数值模拟三种方法对综采工作面回采后造成的底板破坏带深度进行研究。应用规程中的公式计算得到底板破坏深度分别为8.7 m、8.3m、24.44 m、22.67 m和21.72 m,最大为24.44m。数值模拟得到的底板破裂深度分别为12 m和15 m。综合理论计算和数值模拟结果,得出最大可能的底板破坏深度为24.44 m。     

大同矿区特厚煤层采动底板破坏深度研究

为研究特厚煤层采动底板破坏深度,以大同矿区某矿综放工作面采场条件为工程背景,通过FLAC^3D数值模拟软件,建立特厚煤层开采的数值模型。通过模拟发现工作面底板破坏深度最大为16 m.为进一步研究底板破坏深度,结合了理论计算的方法,并在原有公式的基础上修正了公式。结合两种方法,得到底板最大破坏深度基本处于16～20.6 m.     

大采高工作面底板破坏深度实测与数值模拟

针对寺河矿3~#煤层带压开采问题,选取W2302综采工作面为工程背景,进行底板破坏深度研究。采用现场压水试验方法,对该工作面底板破坏规律进行采前、采后全过程实测,利用FLAC~(3D)数值模拟软件,对底板破坏深度和型态进行了数值仿真。研究结果表明:现场实测该工作面采后底板最大破坏深度为17.8 m;数值模拟底板破坏最大破坏深度为20 m,二者结果基本相吻合。     

深部矿井底板破坏深度范围确定

针对单侯煤矿首采区一煤西翼工作面底板破坏情况,基于矿井地质条件,分析工作面底板支承压力作用下底板破坏规律,并建立底板最大深度表达式,确定底板最大破坏深度30.68 m,通过井下俯孔压水试验法进行现场验证,确定工作面底板实际破坏最大深度31.7 m,相关结论可为工作面底板围岩控制提供指导。     

华北型煤田下组煤开采围岩破坏规律研究

为了防止华北型煤田下组煤开采因围岩破坏致煤层底板奥灰突水,基于FLAC3D数值模拟软件,建立了下组煤开采试验工作面数值模型,利用光纤光栅传感器技术,监测了工作面回采过程中底板突水信息,通过数值模拟与监测结果的对比,获得了工作面煤层顶底板应力与破坏特征.结果表明:试验工作面初次来压步距为35～40 m,周期来压步距为10～20 m;工作面底板存有3个应力分区,即应力增高区、应力降低区和应力恢复区;煤层顶板破坏形态为沿走向和沿倾向方向“马鞍形”的叠加;试验工作面煤层底板破坏深度10.0～12.5 m,开切眼与终采线位置附近煤层底板破坏深度均达22.5 m,终采线位置附近煤层底板破坏深度大是试验工作面突水的主要原因.     

采动底板导水破坏深度滞后煤壁二次加深规律探测

率先明确探测并提出底板采动导水破坏深度滞后煤壁二次加深的观点,并先后选择晋城、榆林、鄂尔多斯多个煤矿工作面做了验证,利用现场测试条件,在煤壁推过测点后,仍对底板采动破坏规律实施注水试验与底板岩层应变连续性探测。探测结果表明:1)底板岩层首次破坏发生在工作面刚推过测点的应力集中区;2)工作面推过测点15~20 m,即过测点后的第1次周期来压时,测点位置的底板导水破坏深度出现二次滞后加深,破坏加深程度一般在1~2 m;3)工作面推过测点2~4个周期来压后测点位置底板岩层变形状态趋于稳定;4)工作面推过测点后第1次周期来压到第4次周期来压之间(工作面推过测点15~60 m)这段距离为底板滞后突水高风险区域;5)底板注水试验与岩层应变探测试验的探测结果一致性很高。     

倾斜煤层底板破坏深度计算方法及主控因素敏感性分析

为研究倾斜煤层底板破坏主控因素对底板破坏深度的敏感性,根据弹性力学中的半无限体理论建立了沿煤层倾斜方向底板破坏深度求解力学模型,计算了倾斜煤层底板采动最大破坏深度。以阳城煤矿的采场条件为工程背景,基于FLAC3D数值仿真软件,按照正交试验设计方案对3306工作面底板破坏特征进行数值模拟。运用矩阵分析法以及方差分析法对模拟结果进行分析计算,确定各主控因素对底板破坏深度的敏感性。研究表明:(1)随着工作面推进距离的增大,底板最小主应力值与承压水压值越来越接近,且最小水平主应力与底板承压水压相等的区域不断扩大,底板突水危险性增加。(2)各主控因素对底板破坏深度影响的主次顺序为:工作面斜长采深黏聚力采厚煤层倾角水压内摩擦角,方差分析结果显示,各主控因素中工作面斜长对底板破坏深度的敏感度为高度显著;采深较为显著;黏聚力显著;采厚、煤层倾角、水压以及内摩擦角不显著。(3)运用矩阵分析法确定了正交模拟试验的最优方案,即按照此方案实施后底板破坏深度最小,可有效降低矿井底板突水的危险性。     

承压水上含隐伏构造底板突水机理研究

以昌恒煤矿9102工作面实际地质资料为基础,借助数值模拟与现场测试等手段,从底板应力分布特征与塑性区发育特征两方面分析了该工作面下隐伏构造对工作面推采的影响。研究结果表明：陷落柱等地质构造的存在,使得工作面回采时在地质构造前出现应力集中现象|工作面回采引发的底板岩体破坏形式主要以剪切破坏为主,且塑性区与陷落柱顶部靠近工作面一侧边界塑性区首先连通形成突水通道,进而引起底板突水|利用底板应变计监测工作面回采引发的煤层底板破坏情况,最终得出工作面回采引发的含隐伏构造底板的破坏深度与经验及理论公式的计算结果能保持一致,验证了现场测试方法的可行性及科学性,为承压水上底板含隐伏构造煤层的安全生产提供借鉴。     

高水压孤岛工作面底板突水防治技术研究

为解决邢东矿深部带压开采顶板来压剧烈导致底板突水的难题,采用现场调研、理论分析以及应力监测和微震监测等手段,研究了2129工作面底板突水危险性和防治技术。研究结果表明：2129工作面开采地质条件复杂,顶板剧烈来压时底板突水危险性较大|减小基本顶来压步距可有效减小底板采动破坏深度,提出了顶板水力压裂卸压底板突水防治技术|2129工作面平均来压步距为5.25m,较2222工作面减小了近76%,来压动载系数最大值为1.47|微震监测结果表明底板破坏集中在浅部岩层且未形成导水通道,该防治技术可有效降低底板突水危险性,保障高水压下孤岛工作面安全带压开采。     

深部倾斜煤层采动底板破坏演化特征分析

为研究深部倾斜煤层底板破坏特征及破坏深度,以羊东煤矿8469工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,对煤层采后底板应力分布规律、塑性区发育特征及破坏深度进行了研究。通过数值模拟与理论分析可知:煤层开采后,作用在周围煤岩体上的支承压力产生不同的应力分区。沿煤层走向方向,应力呈对称性变化,形状近似马鞍状,在工作面两端处产生应力集中;沿煤层倾向方向,倾斜剪切力的存在使底板岩体由采动破坏转变成滑移破坏,塑性破坏区和应力变化大致呈勺型分布形态,最大应力集中区出现在工作面下侧。随着工作面向前推进,底板破坏范围相应增大,但推进255m后,破坏深度不再增加。现场实测表明,底板浅部岩层最早受到扰动,且受到的扰动程度最高。扰动范围随最大注水量的减少而增加,在底板下25m范围内的岩层受影响较小。由此可知,该工作面底板破坏深度为25.0～29.2m。     

陈四楼煤矿煤层底板导水破坏深度预测

煤层底板破坏深度的确定是煤层底板是否发生突水的重要决定因素,因此对煤矿深部煤炭开采中煤层底板破坏深度的预测对于煤层底板承压水突出危险性程度判别具有重要意义,基于人工神经网络,在考虑底板破坏各影响因素作用的同时,通过对大量样本数据的分析处理,预测了陈四楼煤矿21201工作面、21301工作面以及2408工作面的底板破坏深度分别为11.67、13.61、14.1 m。并得到了底板破坏深度和采深关系的预测公式。     

埠村矿条带开采底板破坏规律分析

针对埠村煤矿911采区首采条带工作面初采阶段发生底板突水的问题,采用数值模拟与现场实测等方法,就工作面宽度对底板破坏深度的影响进行了研究。结果表明:条带采宽为15～20 m时,对应的底板破坏深度均为5～7 m;多个工作面叠加影响后底板破坏最大深度为10m。将采区条带工作面宽度由15 m增至20 m,提高了资源回收率,在保证安全回采的前提下取得了显著的经济效益。     

水力测试法在煤层底板破坏探测试验中的应用

针对团柏煤矿下组10#媒带压开采的现状,对该煤层10-115工作面开采引起的底板破坏深度采用水力测试法进行了探测.结果表明:①从定压进水量测试结果看,在煤层开采过程中底板岩层因矿压增减发生了裂隙收缩与扩张,采面距在0～25 m阶段底板最为薄弱,此后底板裂隙进入收缩的恢复阶段,但裂隙的闭合性又远远低于原始状态;②从起始水压测试结果看,10#煤底板的矿压直接破坏深度为9.4m,其下的扰动带岩层抗水压强度明显减弱,矿压与扰动破坏深度共计12 m.     

采场底板岩层应力的解析法计算及应用

在分析矿山压力的基础上，建立了煤层底板应力分析计算模型，运用弹性理论对煤层底板随工作面推进相对固定位置剖面处应力分布规律进行了求解.结合实际资料，随着工作面推进，煤层某相对固定位置底板应力沿深度变化幅度越来越小，在一定深度范围内垂直应力的释放速度远大于水平应力的释放速度，故最大主应力的方向由开始的垂直方向变为后来的水平方向.这可为带压开采下煤层底板突水和工作面底鼓防治提供理论依据.