厚松散层薄基岩浅埋煤层突水溃砂的可能性分析

以石圪台矿22304工作面为例,从厚松散含水层、薄基岩浅埋煤层开采时存在的突水溃砂问题入手、分析影响突水溃砂的4个影响因素、以现场监测、室内流固耦合相似模拟和水动力学等为主要研究手段,分析采区的特定的地质条件,研究煤层采动覆岩来压的规律,薄基岩破坏规律及研究水砂运移的动力机制,并给出突水溃砂临界水头高度及安全水头的计算和判定依据;得出了工作面的临界采宽是52.7 m,老顶首次来压计算步距50~79 m,周期来压步距16~19m。临界水力坡度为1.251、临界水头高度为13.54 m、实际水力坡度为3.25、实际水力坡度大于临界水力坡度,分析研究区在初始状态下有突水溃砂危险。     

韩家湾煤矿浅埋煤层富水区下溃砂突水性预测

针对韩家湾煤矿三盘区富水性中等有突水危险的问题,为了安全有效地开采2-2煤层,以地下水动力学为基本原理,建立了以渗透破坏的临界水力坡度为条件的预防突水溃砂发生的临界条件和预计公式,计算得出了该矿预防突水溃砂发生的临界水压的高度,为韩家湾煤矿制定矿井防治水工程方案提供理论依据.     

冲积层高水压含水体下工作面突水溃砂机理分析

冲积层砂砾含水层导致的工作面的突水溃砂事故，对人员安全和设备有重大威胁。赵固一矿大多数薄基岩工作面在留设防砂安全煤(岩)柱的条件下可实现安全开采，但在特殊水文地质条件下仍有工作面发生突水溃砂事故。在分析归纳多起突水溃砂事故的基础上，总结了防砂煤（岩）柱失稳的主要类型，认识了特殊水文地质条件下事故的形成原因，查明了突水溃砂的形成机理。研究结果表明：工作面出现压架事故，顶板岩层持续抽冒造成超限开采，导水裂缝带波及砂砾高水压“天窗区”是致灾的关键因素。建议采取加强顶板管理，论证支架支承力适用性，适当留设保护煤柱，加强冲积层探测，针对性调整采动影响等预防技术措施。研究结果对我国类似条件的工作面安全开采具有借鉴价值。     

厚表土层近风化带工作面安全煤岩柱留设研究

在分析平煤股份八矿已15煤层顶板水文地质条件与充水因素、受水害威胁的主要含水层富水性、采区覆岩岩性结构的基础上,对顶板突水危险性进行了评价,计算了采区工作面防砂和防塌安全煤柱垂直高度,并提出防止溃砂涌砂事故发生的安全管理措施,为保证工作面的安全顺利开采,提高矿井防灾抗灾能力提供了借鉴。     

松散砂层下煤层开采顶板溃砂的水动力条件分析

基于潜水完整井非稳定流理论及砂土体渗透运移临界水力梯度作用机理,分析了松散含水砂层下浅埋煤层开采过程中顶板涌水水流动力场特征,并按砂体运移溃入工作面的启动、发展及终止三步探讨潜水水动力条件的作用机理。提出了浅埋煤层开采过程中上覆松散潜水含水砂层涌水溃砂形成的临界水头及其计算公式。并以神府矿区柠条塔煤矿S1103潜埋工作面为例,计算得出该工作面上覆松散潜水含水砂层形成溃砂的临界水头高度为1.92 m,为该工作面顶板溃砂防治提供理论依据。     

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。     

神府矿区浅埋薄基岩煤层顶板涌水溃砂防控技术

针对威胁神府矿区浅埋煤层开采的涌水溃砂灾害,分析其成因认为富水砂层中的水力坡度是涌水溃砂的主控因素,理论计算表明当富水松散砂层的实际水力坡度达到砂层液化的临界水力坡度,将发生涌水溃砂。根据涌水溃砂的4项必要条件,以井下采煤工作面顶板预疏放水降低砂层实际水头高度与砂层注浆固化增大临界水力坡度相结合的技术理念探索了涌水溃砂综合防控技术,试验表明:注浆浆液在砂层中呈现劈裂、挤压和渗透3种迁移方式,可有效改善砂层物理力学特性。该技术应用于哈拉沟煤矿涌水溃砂高风险工作面,使工作面安全通过了危险区。     

厚松散层薄基岩煤层开采突水溃砂风险评价

通过对43下20工作面水文地质资料及钻探结果的分析,揭示了第四系厚松散层含、隔水层特征、底部黏土厚度及隔水性以及上覆薄基岩结构特征,建立了厚松散层、薄基岩工作面回采数值模型,计算得出冒落带发育高度为14m,导水裂缝带发育高度33m;确定工作面开采安全煤岩柱类型为"顶板防砂安全煤岩柱",并计算得到防砂安全煤岩柱高度为24.3m。结果表明:导水裂缝带及理论计算煤岩柱高度均小于最薄基岩厚33m,工作面开采厚度为2.5m时不具有突水溃砂风险。     

西北矿区浅埋煤层突水溃砂危险性评价

我国西北地区煤矿矿区生态环境脆弱,尤其是浅埋煤层进行开采时,上覆岩层突水溃砂频发,造成重大的人身伤亡和经济损失。以西北转龙湾煤矿23105工作面为研究区,基于熵权法和GIS技术,选取了砂层厚度、含水层富水性、有效隔水层厚度和煤层采厚等4个指标作为影响研究区浅埋煤层工作面突水溃砂危险性的关键因素,建立了基于熵权法和GIS技术的浅埋煤层突水溃砂危险性评价模型,对研究区突水溃砂危险性进行了分区评价。根据模型评价结果与依据"三下规范"评价结果进行对比,结果表明:浅埋煤层工作面突水溃砂危险性多因素分区评价更加充分地考虑突水溃砂的诱发条件,得出了23105工作面突水溃砂危险性处于相对安全-极高危险,工作面从南至北、自东南向西北危险性逐渐减小的趋势,有利于有针对性地防治突水溃砂,在不同分区内采用最适当的工程防治措施。     

松软砂岩含水层下煤矿开采溃砂预测

以地下水动力学为基本原理，建立了以渗透破坏的临界水力坡度为条件的预防溃砂发生的临界条件和预计公式.并以铁北煤矿为例，计算得出了该矿预防溃砂发生的水头高度，为矿区制定防止突水溃砂工程方案提供理论依据.     

哈拉沟煤矿22402工作面初采期溃水溃沙机理及防治技术

结合哈拉沟煤矿22402工作面初采期煤层覆岩结构特征,对该工作面溃水溃沙事故的原因进行了分析,并提出了对应的防治措施。结果表明,22402工作面初采期煤层覆岩属单一关键层结构,关键层破断发生滑落失稳导致其上覆岩层整体断裂下沉,导水裂隙带导通了含水层与工作面,含水层水带动其上部沙粒溃入工作面而发生溃水溃沙事故。据此从开采前、开采期间和事故应急抢救3个方面,提出了工作面溃水溃沙事故的防治技术。     

含水松散层下厚煤层采掘溃砂危险性分析

针对含水松散层下厚煤层采掘溃砂工程难点,对含水松散层的岩性、厚度和富水性等水文地质条件进行研究,探讨了厚煤层分层开采留设安全煤岩柱合理尺寸,并确定了相应的开采方法;预计了(垮落带和导水裂隙带)"两带"高度,基于GIS的强大数据处理功能,对多因素引起的采动溃砂危险性进行了量化评价,分析得出了分层开采条件下顶板溃砂危险性分区图。     

采掘中突水溃砂机理研究现状及展望

从理论研究、室内试验等方面总结了煤矿突水溃砂机理的研究现状,指出上覆松散含水层的水头压力与溃砂通道宽度是建立描述突水溃砂机理的关键。通过对目前生产实践中采取的防治措施及安全评价方法的研究,认为应在综合评价影响采掘溃砂因素的基础上建立预测预警模型。并针对采掘溃砂过程中一些尚未解决的科学问题,诸如溃砂定量预测与计算、试验的可视化、采掘风险评价等。提出了＂以颗粒物质的流动行为来深入认识溃砂产生的机理＂这一观点,并引入了透明土试验技术,在深层次上揭示采掘溃砂过程机制、水砂混合物在岩体裂缝和破碎岩体中的运移规律的基础上,建立煤矿采掘溃砂安全评判模型,为松散含水层下安全开采提供技术支撑。     

东滩煤矿采区构造复杂程度及突水危险性分区对比探究

为了探究东滩煤矿五七采区开采山西组3煤层底板突水危险性,根据研究区地质、水文地质、断层和钻孔等资料,较系统分析了研究区断裂分布特征。在此基础上,采用分形分维方法和突水系数法对五七采区的断裂构造复杂程度及突水危险性分别进行了分区研究。结果发现,虽2种方法的计算原理和量化分区参数不同,但评价结果具有较好的匹配性。获得了五七采区煤层底板在东北部区域分维值高,地质构造复杂,突水系数值大,应属于突水危险区,东南部区域属于突水相对危险区,西部区域基本属于安全区。研究结果对五七采区安全带压掘采和水害防治具有重要的参考价值。     

高水压突水危险工作面防治水关键技术

为实现赵固二矿11011工作面在高水压突水条件下安全回采,对高水压底板进行加固,对断层进行预注浆治理;利用相似模拟实验对底板突水及加固效果进行研究;并应用经验公式、力学理论分析、神经网络和基于支持向量机等多种方法预测底板破坏深度为20.12～23.63 m;利用直流电勘探法测得底板破坏深度为23.48 m。结果表明:底板加固后富水区明显减小,部分区域富水区消失,断层水量明显减小,开采未发生突水危险,实现了工作面的安全回采。     

哈拉沟煤矿四盘区首采面矿压规律分析

通过对四盘区首采工作面矿压观测,揭示了工作面初次来压和周期来压的基本规律,分析了基岩破断、溃水溃沙与来压规律的关系。为工作面防止溃水溃沙、实现保水开采提供了经验。     

采煤突水安全敏感性的AHP-熵权法分析

以不同矿区综采导水裂隙带高度的实例数据作为分析样本,利用Mathmatica软件对影响采煤突水安全的地质构造条件、岩石力学强度和开挖扰动等因素进行概化分析建立评估模型,运用AHP-熵权理论对导水裂隙带发育敏感性因素进行综合评估,从而对采煤突水安全性进行评价并提出相应的安全措施。研究表明：地下水位和开采厚度是影响导水裂隙带发育的各因素中所占权重最大的2个因素,其次是硬岩系数。地下水位与裂隙带高度大致呈指数增长关系,采厚与裂隙带高度大致呈二次函数的关系。由此可知,控制采厚和留设防水煤岩柱能大大降低导水裂隙带的高度,且优化采煤工作面有利于进一步减少突水灾害。该研究丰富了矿井顶板水害防范的方法,对水体下深部矿井的安全生产具有实际的指导意义。     

深部下组煤首采面带压试采奥灰突水危险性分区评价

为了探究华北型煤田深部下组煤底板带压开采安全可行性,以济北矿区某煤矿高承压水体下组煤首采面采掘为工程背景,结合在该面施工的9个奥灰钻孔和1个奥灰水文观测孔资料,运用突水系数法和底板岩层综合阻水强度法对正常块段奥灰突水的危险性进行预测评价与分区。分析表明奥灰突水值大于0.1 MPa/m的区域存在2处;而根据底板岩层综合阻水强度法计算,各个钻孔的综合阻水强度值均大于相应的实际水压值,并把实际水压值与其相应的综合阻水强度值作比值进行分析。2种方法对比分析表明,奥灰突水系数偏大的险区和实际水压与其相应的综合阻水强度的比值大的分布区域基本重合,比较符合实际情况。这为济北矿区及地质条件相似矿井煤炭资源向深部带压开采所引起的底板水防治提供了新的评价方法。     

水压作用下防砂安全煤岩柱失稳机理及留设方法

针对厚松散含水层、薄基岩等特殊地质条件下楔形区工作面防砂安全煤岩柱失稳溃砂的问题,以赵固一矿11071工作面突水溃砂灾害为例,结合地质钻孔资料,建立了楔形保水压采动溃砂地质模型。通过黏土液塑限试验,风化带岩石干燥饱和吸水率和崩解试验,得出了底黏及风化带泥类岩具有良好的隔水性能,可形成楔形保水压结构。并在此基础上,通过水压作用下风化带泥类岩采动裂隙扩展试验研究了受采动损伤的煤岩柱保护层在水压作用下失稳的内在致灾机理。结果表明：在高水压的作用下,风化带泥类岩采动裂隙扩展为管道,防砂煤岩柱保护层的阻砂性能失效;考虑煤岩柱保护层的损伤厚度,提出了水压作用下防砂安全煤岩柱的留设方法,并在11191工作面进行了工程应用,取得了预期效果。研究成果补充完善了我国防砂安全煤岩柱的留设方法,可减少煤矿溃砂事故。     

任楼煤矿提高回采上限首采面突水溃砂原因分析

针对任楼煤矿首个提高回采上限工作面回采过程中发生的突水、溃砂事故,从覆岩结构、矿压显现、支架阻力等角度,对突水溃砂的原因进行了分析。结果表明,风巷顶板破坏并沿巷帮发生失稳导致顶板侧向支承结构消失,周期来压期间覆岩整体破断时支架阻力不足、支护不及时而导致覆岩砌体梁结构失稳、端面漏冒加剧,进而造成严重突水溃砂。在后期的复采过程中,提高支架阻力、修复变形严重的风巷、改变巷道支护形式、完善排水系统以及加强工作面支护管理是防范突水溃砂的主要手段。