多次采动条件下浅埋覆岩裂隙带发育规律

以浅埋煤层的高家梁煤矿为背景,采用FLAC3D数值模拟方法研究近距离煤层层间距、下层煤的采高以及间隔层岩层强度对覆岩导水裂隙带发育高度的影响。结果表明:当层间距大于10 m时,覆岩裂隙带发育最大高度主要受上层煤开采影响;当层间距小于10 m时,覆岩导水裂隙带高度开始受下层煤开采影响明显增大;当下层煤采高在5 m以内时,导水裂隙带发育高度较小,采高超过5 m时,导水裂隙带高度迅速增大;导水裂隙带高度随间隔层岩层强度的增加而增大。灰色关联分析表明,影响导水裂隙带发育高度因素按重要程度依次为采高、间隔层强度、层间距。     

和善煤矿“两带”高度数值模拟及实测研究北大核心

为探究上位煤层采动影响对下位煤层垮落带及导水裂隙带发育规律的影响,在理论分析的基础上,运用UDEC数值模拟软件,模拟了不同层间距上位煤层底板断裂带深度与下位煤层覆岩“两带”高度变化规律,并以实际工作面为背景,采用双端堵水器对覆岩“两带”高度进行实测。结果表明:9+10号煤垮落带高度为10.6 m,导水裂隙带高度为45.79 m,上位煤层开采对下位煤层导水裂隙带的发育高度存在一定影响,且基本呈负相关趋势,上下两煤层导水裂隙带存在贯通的可能性。     

慈林山矿上覆采空区积水煤层开采突水危险性评价

为确定慈林山矿9号煤层开采是否会引起上方3号煤采空区积水涌入工作面,采用经验公式及数值模拟研究手段,预计原始条件9号煤开采引起覆岩导水裂缝带发育高度范围为65.96～69.6 m,采用井下俯孔压水试验法实测得到3号煤层底板破坏深度不小于21 m,3号煤和5号煤层间岩层平均厚度88.02 m,层间岩层厚度略小于9号煤层导水裂缝带与3号煤底板破坏带深度之和,因此,9号煤回采可能会导致上方3号煤采空区积水涌入工作面,9101首采工作面开采前需对上覆采空区水害进行疏放。     

高瓦斯多煤层大采高工作面覆岩裂隙演化规律研究

高瓦斯多煤层矿井运用大采高技术以实现矿井高产高效,开采工艺不同导致工作面瓦斯涌出规律的变化。以沁水煤田15#煤层大采高工作面煤层赋存条件和覆岩分布特征为背景开展采动覆岩裂隙演化规律研究,运用UDEC数值模拟大采高工作面在不同推进距离时覆岩裂隙形态发育及位移量,并提出基于示踪原理的实测覆岩裂隙发育规律的验证方法。研究表明:大采高工作面推进至120m时,煤层上覆岩层裂隙极限发育高度为65m,大采高工作面上邻近层8#煤层处于采动卸压范围,示踪气体法现场测试数据验证了数值模拟的准确性。由于大采高工作面覆岩裂隙发育范围扩展至上邻近层8#煤层,所以工作面回采过程中应增加上邻近层瓦斯抽采工艺。     

曹家滩煤矿导水裂隙带高度确定及水害防治

导水裂隙带发育高度是确定煤体回采后是否与上覆含水层及采空积水沟通的关键参数。特厚煤层回采导致上覆岩体破坏高度较大,导水裂隙带发育沟通采空积水区,将导致采空水经由新生裂缝涌入工作面,影响地下水赋存条件,进而影响矿山安全生产。为确定曹家滩煤矿122108工作面导水裂隙带发育高度,采用理论计算、数值模拟相结合的方法对覆岩层导水裂隙带的发育特征进行分析,并提出相应的水灾预防及应急措施。分析结果表明,随着煤层走向开采距离的增大,导水裂隙带高度逐渐增大,煤层充分采动后导水裂隙带高度趋于稳定,约为207～233 m,裂采比为20.7～23.3,为矿井的水害防治及矿区生态保护提供了科学的决策依据和技术支持。     

榆神矿区中深埋厚煤层开采覆岩破坏规律研究

中深埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征与煤矿安全开采密切相关。为揭示陕北侏罗纪煤田中深埋工作面高强度开采下的覆岩破坏规律以及导水裂隙带发育规律,以榆神矿区小保当一号煤矿112201工作面为研究区域,采用数值模拟和现场实测相结合的方法开展了风沙滩地区中深埋煤层高强度开采下的煤层覆岩破坏规律研究。研究表明:112201工作面的初次来压步距约为100m,2-2煤充分采动后,导水裂隙带最终发育高度为169.2m,裂采比为29.27。根据高密度三维地震探查,导水裂隙带发育高度为178.42m,裂采比为30.87。研究成果可为中深埋煤层开采矿井水害防治和水资源保护提供指导。     

万利矿区煤层群开采覆岩裂隙发育规律研究

采用数值模拟软件UDEC建立了万利矿区煤层群采动的数值模型,模拟研究了采动裂隙发育和煤层群采动相互影响的演变过程,分析了3-1煤顶板岩层采动裂隙的发育规律与预计高度.模拟结果显示,5-1煤的采动可引起3-1煤的裂隙高度略有增加,最终发育高度分别为40 m,按经验公式预计则为41~50 m,经瞬变电磁、钻孔实测的裂隙发育高度为45 m。根据导水裂隙带的发育规律,按3-1煤上覆含水层的富水性、隔水层厚度将矿区分为无水区、不可保区、天然可保区、可保区和观察区,并针对可保区进行了相应的保水开采实践。     

开滦东欢坨矿北二采区上行开采5煤层可行性分析

针对东欢坨矿北二采区上行开采5煤层可行性进行研究。在分析北二采区5煤层上行开采影响因素的基础上,采用"三带法"、"比值法"进行了初步的经验方法判别。建立工作面开采数值模型预测回采下部8煤层与上行开采5煤层后顶板裂缝带波及范围。经验判别得出5煤层位于8煤层垮落带之上,采动影响系数大于经验临界值7.5,上行开采5煤层可行。数值模拟了采动影响下围岩的扩容区,以体积应变大于等于0.025的等值线密集区视为导水裂隙区,得到8煤层回采顶板导水裂缝带最大高度为53m,上行开采5煤层后顶板导水裂缝带最大高度向上增长0.4m。下部8煤层开采将5煤层顶板改造为极软弱顶板,导致其裂缝带发育高度偏小,利于上行开采。     

覆岩破坏机理和导水裂隙带发育高度研究

依据淮南矿业集团顾桥煤矿工作面回采地质条件,采用二维数值模拟软件FLAC2D5.0,分析了工作面顶板的塑性区、应力分布等特征,并分析了工作面回采中导水裂隙带的发育高度。研究表明,采厚3.5m的工作面回采后,上覆岩层导水裂隙带发育高度为66m～72m。     

近距离煤层下行开采工作面复合导水裂隙带高度研究

为研究近距离煤层下行开采工作面复合导水裂隙带发育高度,以某矿下行开采工作面为研究背景,采用工程地质调查、理论计算、数值模拟等手段进行了研究,研究结果表明：上工作面开采后形成的导水裂隙带高度为27.9 m;当层间距小于下工作面垮落带高度时,下工作面开采过程中,上工作面开采所形成的导水裂隙带会二次发育,两工作面复合导水裂隙带高度为48.4 m,大于两工作面间岩层厚度+上工作面采高+上工作面导水裂隙带高度,下行开采两工作面复合裂采比值为12.1。     

薄基岩风氧化带附近防水煤岩柱的合理留设

为了合理确定鲁西煤矿的开采上限,依据已有的钻孔资料以及水文地质补充勘探资料,对第四系下部隔水层情况、基岩厚度、基岩岩石力学参数、基岩风氧化带等条件进行综合分析,然后对比鲁西煤矿实测资料、“三下”规程经验公式以及兴隆庄矿薄基岩条件下的经验公式分别得出的导水裂缝带发育高度,确定应用“三下”规程中的经验公式预计3111_II工作面开采后覆岩裂缝带发育高度,选取覆岩岩性为“中硬”,取中误差为0。结果表明：利用该方法确定3煤分叉区只开采下分层,留设防水安全煤岩柱高度为38 m,3煤合并区按照2个分层开采,留设的防水安全煤岩柱高度为49 m。     

厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面覆岩破坏电法监测

掌握导水裂缝带发育高度对于厚松散层薄基岩煤矿工作面安全开采具有重要的意义。在煤层采动影响前,在工作面巷道向煤层工作面顶板施工1个仰孔,布置孔中电极电缆,形成钻孔电法监测系统。在巷道中连接并行电法仪器和钻孔电缆,数据采集方式称为AM法。随采煤工作面位置逐渐接近并进入钻孔控制范围,监测电极电流值和视电阻率值发生变化。结果表明:对潘北煤矿厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面电法监测显示,弯曲下沉带电极电流值和视电阻率值较为稳定,受采动影响程度较小;导水裂缝带内,电极电流值明显下降,视电阻率值明显升高;顶板高度0~40 m采动超前影响范围可达410 m左右;工作面坚硬顶板砂岩地层为控制覆岩破坏的关键层,采空区上方坚硬顶板岩层垮落滞后工作面9~16 m;工作面导水裂缝带高度为37 m,导水裂缝带未发育到基岩面,风化砂质泥岩裂隙在采动应力作用下存在闭合现象。     

榆神矿区中深煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水模型构建

煤层开采覆岩变形损伤是含水层失水主要原因,针对榆神矿区中深煤层开采影响下含水层失水规律研究程度不高问题,根据矿区主采煤层覆岩的地质与水文地质结构特征,总结提出中深煤层开采覆岩损伤变形影响下含水层"侧向直接与垂向渗漏"复合失水模式,以COMSOL多物理场耦合数值分析软件为平台,提出了中深煤层开采覆岩变形损伤与含水层失水数值分析模型的构建方法:①利用岩石力学模块,通过建立煤层开采条件下覆岩采动应力、孔隙率与渗透率耦合关系,模拟输出弯曲带覆岩各剖分节点的位移变形量,计算采动渗透系数变化;利用Mohr-Coulomb塑性破坏准则识别出采掘扰动下导水裂隙带的发育范围;②利用COMSOL软件平台中大变形几何体自动重新剖分计算模块,重新进行网格剖分,形成采动变形二次剖分网格;③在达西渗流模块中,根据含水层与导水裂隙带间的地下水运动状态的转化特征,把采动导水裂隙范围数值处理成达西渗流边界,重新输入采动渗透系数参数,以建立含水层地下水失水分析模型。最后以榆神矿区曹家滩煤矿为分析案例,建立工作面尺度上煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水分析模型,模拟得出工作面2~(-2)煤层分层开采(5 m采高)条件下导水裂隙最大高度为128 m,发育至直罗与延安组基岩含水层内部,含水层失水总量35.84 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为23.17,12.67 m~3/h,煤层开采对近地表松散含水层影响小;一次采全高(10 m采高)条件下导水裂隙最大高度为202 m,发育至富水性好的风化基岩含水层内部,失水总量增加至130.31 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为92.65,37.66 m~3/h,煤层开采对松散含水层影响较大。     

超大采高工作面过沟回采精准防治水技术

超大采高工作面开采造成上覆岩层剧烈运动，导致覆岩裂隙发育，为地表及含水层水体提供流动通道，成为了矿井安全生产的隐患。以上湾煤矿12402超大采高工作面为背景工程实践，进行离散元数值模拟，揭示了工作面回采过程中上覆岩层导水裂隙带高度发育规律，结果表明导水裂隙带能够贯通地表，沿工作面倾向上覆岩层导水裂隙形态呈现“马鞍形”分布，由于采空区中部区域压实作用，工作面斜巷对应上覆区域成为防治水重点区域|同时该工作面上方为石灰沟，沟内积水量约10万m3，且地表下沉变形量达7.19m，在降雨量较大季节时易造成地面积水，对井下防治水工作提出了挑战。针对此，提出了井上下一体化精准防治水技术，包括地面采用提前疏放和塌陷坑回填措施、设置地面水文观测孔自动监测水位、井下调整工作面开采参数、精准探放水、优化设置排水设施安装地点和管路参数，制定防治水应急预案。工程实践表明，应用上述技术措施，能够有效降低大采高工作面涌水量，确保井下安全生产。     

大柳塔煤矿多煤层开采覆岩变形破坏模拟研究

针对大柳塔煤矿远距离多煤层开采冒裂带发育及采动影响问题,通过相似模拟和数值模拟计算,系统研究了2个主采煤层开采过程中覆岩垮落、裂隙发育及地表沉陷规律。研究结果表明：浅部2-2煤覆岩主关键层破断后,顶板基岩会发生直达地表的整体切落现象,5-2煤一次采全高长壁开采冒裂带连通上部采空区,形成工作面涌水的导水通道;重复采动岩层与地表移动和变形值增大,非连续性破坏增加;采空区上覆岩体依据主应力分布可划分为双向拉应力区、拉压应力区和压应力区3个区,主应力状态对采动裂隙的形成、发育起着控制作用;采动影响与工作面几何参数密切相关,地表沉陷随着工作面斜长或采厚的降低而减小。研究成果对大柳塔及类似条件下的煤矿安全开采与设计有指导意义。     

厚松散层薄基岩浅埋煤层导水断裂带高度研究

薄基岩浅埋煤层开采形成的导水断裂带易造成水资源破坏,导水断裂带高度确定是含水层免受破坏的关键。以青龙寺煤矿5-20101工作面为研究对象,采用物理相似模拟、理论计算及井下仰孔注水测漏法分析煤层开采导水断裂带发育高度。研究表明:工作面开采后采空区上方覆岩形成拱形梁结构,拱的边缘位置为拉应力区,该区域纵向切落裂缝为岩层的主要导水通道,导水断裂呈"八字形"分布;5-20101工作面导水断裂带发育高度为52.3~62 m,平均57.2,裂采比为24.2;导水断裂带发育不会与萨拉乌苏组含水层贯通,生产过程中不受含水层倒灌的威胁。     

半胶结中低强度围岩导水裂缝带发育特征研究

为获得半胶结中低强度围岩条件下巨厚浅埋煤层开采导水裂缝带高度及发育特征,以榆神矿区金鸡滩煤矿101工作面与转龙湾煤矿23103工作面为例,分别采用地面钻孔探测(岩芯工程地质编录、冲洗液漏失量观测及钻孔电视系统)与井下探测(钻孔双端封堵测漏法)对采空区上覆岩层导水裂缝带高度及形态进行了现场探查,采用相似材料模拟和数值模拟对不同开采煤层厚度的导水裂缝带演化规律及发育高度进行了研究。根据现场实测和模拟结果,结合其他相似条件的矿井实测数据,对导水裂缝带发育高度与煤层采厚的关系进行了拟合分析。研究表明：大跨度工作面导水裂缝带发育高度与煤层采厚为二项式关系,随采厚增加,导水裂缝带高度增大,但增大趋势变缓;导水裂缝带发育形态为平顶拱形,在工作面推进距离与工作面斜长近于相等时,“裂隙拱”在垂向上不再扩展,此时导水裂缝带高度达到最大。     

软弱覆岩综放开采导水裂缝带高度探析

为准确获得覆岩软弱、煤层厚度变化明显、综放开采条件下采场的导水裂缝带高度,以新登煤矿31101工作面为例,采用理论计算、相似模拟、现场注水漏失量检测等多种方法对比研究导水裂隙带高度.结果表明,在该工程背景下,不同方法所得结果差异较大,为保证生产安全,拟合在不同条件和方法下得到的最大"两带"高度,得出适应该矿井的计算模型...     

深埋特厚煤层综放开采覆岩导水裂缝带发育特征

以大佛寺煤矿为试验矿井,采用钻孔电视系统和钻孔简易水文观测法,探测深埋特厚煤层综放开采顶板导水裂缝带发育高度,并对导水裂缝带演化特征进行相似模拟和数值模拟试验研究。研究分析表明:大佛寺煤矿深埋特厚煤层综放开采顶板导水裂缝带发育高度为170.80~192.12 m;裂缝带区域内,裂隙数量自上而下逐渐增多,近煤层区域裂隙异常发育;钻孔砂岩区域,受拉伸作用,形成了纵横交错的裂隙,裂隙尺寸、角度较大;工作面回采距离与顶板导水缝隙带发育高度曲线呈"台阶"型。     

峰丛地貌下浅埋煤层开采覆岩裂隙演化规律研究

研究覆岩裂隙演变规律对贵州峰丛地貌下浅埋煤层的安全绿色开采具有重要的意义。针对贵州矿区峰丛地貌下浅埋煤层开采过程中覆岩裂隙演化特征，结合普洒煤矿实际工程地质情况，利用数值模拟与相似模拟实验，揭示了11013工作面推进过程中覆岩裂隙时空演化规律。结果表明：工作面推进50~100m，覆岩裂隙发育程度随推进距离呈上升趋势。工作面推进100~160m（地表属于下坡阶段），裂隙发育速度加剧，此时最大发育高度约108m，当推进155m左右时裂隙开始导通坡体；覆岩裂隙发育呈现孕育-扩张-闭合的演化特征，裂隙分布整体形态类似于斜梯形形状。研究结果能为类似地质条件下工作面绿色开采提供借鉴。